Examen de Fundamentos de Física UVIC 2018 · Parcial de Fonaments de Física (15 de novembre de 2018)

Qüestió 1. Força sobre una persona en un ascensor que frena en baixar

Un individu de $60\text{ kg}$ de massa viatja a l'interior d'un ascensor que es desplaça en sentit descendent. Amb l'objectiu de detenir-se, sobre l'ascensor actua una acceleració de frenada vertical de $2\text{ m/s}^2$. Durant aquest període de frenada, quina és la força total que el terra de la cabina exerceix sobre la persona?

Qüestió 2. Acceleració en un moviment rectilini uniformement frenat

Un mòbil puntual descriu un moviment rectilini uniformement accelerat sobre un pla horitzontal, de manera que el seu mòdul de velocitat es redueix progressivament en el temps (el mòbil frena). Aquest desplaçament té lloc sota l'efecte d'una força horitzontal externa $F$ que empeny en sentit oposat a l'avanç, conjuntament amb la resistència d'una força de fregament horitzontal $F_r$. Tenint en compte aquestes condicions, quina afirmació és certa?

Qüestió 3. Llei al·lomètrica de consum d'oxigen en mamífers (bou i vedell)

La relació al·lomètrica que modelitza la taxa metabòlica de consum d'oxigen en repòs ($y$, en $\text{mL O}_2/\text{min}$) respecte de la massa corporal ($m$, en $\text{kg}$) en els mamífers ve donada per l'expressió $y = 11{,}6 \cdot m^{0{,}76}$.

Imaginem que comparem un vedell amb un bou adult les dimensions lineals del qual són exactament el doble (2 vegades més alt, 2 vegades més ample i 2 vegades més llarg que el vedell). Quina és la relació o quocient entre el consum d'oxigen en repòs del bou i el del vedell ($y_{\text{bou}}/y_{\text{ved}}$)?

Qüestió 4. Llei al·lomètrica de la massa de l'esquelet (humà i elefant)

La relació al·lomètrica que vincula la massa de l'esquelet ($y$) amb la massa corporal total ($m$) en mamífers respon a la funció $y = y_0\,m^{1{,}09}$, on ambdues magnituds es mesuren en $\text{kg}$. A partir de les dades fisiològiques d'una persona de $70\text{ kg}$ amb un esquelet de $9{,}2\text{ kg}$, determineu la massa aproximada que tindrà l'esquelet d'un elefant de $5000\text{ kg}$.

Qüestió 5. Balanç tèrmic i equilibri de gel i aigua líquida

En un recipient aïllat tèrmicament de l'exterior s'introdueixen i es barregen 0,250 kg de gel a 0 °C amb 0,500 kg d'aigua líquida a 37 °C.

Dades:

Calor latent de fusió del gel a 0 °C i 1 atm: $L_f(\text{gel}) = 3,335 \times 10^5\text{ J/kg}$

Calor específica de l'aigua líquida: $c(\text{aigua}) = 4,18 \times 10^3\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$

Quina és la composició i l'estat del sistema quan s'arriba a l'equilibri final?

Un gas ideal monoatòmic descriu les etapes indicades al diagrama de pressió-volum $P - V$ de la Figura 1. La transició $1 \rightarrow 2$ correspon a una expansió adiabàtica reversible, mentre que la transformació $2 \rightarrow 3$ és un procés isòcor.

Tenint en compte els estats assenyalats, quina relació d'ordre guarden les energies internes $U_1$, $U_2$ i $U_3$?

Un gas ideal monoatòmic descriu les etapes indicades al diagrama de pressió-volum $P - V$ de la Figura 1. La transició $1 \rightarrow 2$ correspon a una expansió adiabàtica reversible, mentre que la transformació $2 \rightarrow 3$ és un procés isòcor.

Considerant la transformació $1 \rightarrow 2 \rightarrow 3$ representada al diagrama $P-V$ de la Figura 1, quina de les següents afirmacions sobre el treball o la calor transferida és correcta?

Un gas ideal monoatòmic descriu les etapes indicades al diagrama de pressió-volum $P - V$ de la Figura 1. La transició $1 \rightarrow 2$ correspon a una expansió adiabàtica reversible, mentre que la transformació $2 \rightarrow 3$ és un procés isòcor.

Qüestió 8. Relació de volums en una expansió adiabàtica d'un gas monoatòmic

Durant el procés adiabàtic reversible $1 \rightarrow 2$ mostrat a la Figura 1, la pressió descendeix des de $P_1$ fins a $P_2 = P_1/3$. Quina relació exacta guarda el volum final $V_2$ respecte al volum inicial $V_1$ per a aquest gas monoatòmic?