cuarta olimpiada interuniversitaria

“CUARTA OLIMPIADA INTERUNIVERSITARIA

DE CIENCIAS BÁSICAS”

Facultad de Ingeniería

Universidad de San Carlos de Guatemala

2010

2

Facultad de Ingeniería

Universidad de San Carlos de Guatemala

Junta Directiva

Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos DECANO

Inga. Glenda Patricia García Soria VOCAL PRIMERO

Inga. Alba Maritza Guerrero de López VOCAL SEGUNDO

Ing. Miguel Ángel Dávila VOCAL TERCERO

Br. Luis Pedro Ortíz de León VOCAL CUARTO

Agr. José Alfredo Ortíz Herincx VOCAL QUINTO

Ing. Hugo Humberto Rivera Pérez SECRETARIO

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ÍNDICE 1. PRESENTACIÓN 04 2. CUARTA OLIMPIADA INTERUNIVERSITARIA DE LAS CIENCIAS BÁSICAS 05 2.1 Antecedentes de actividades realizadas (Facultad de Ingeniería USAC) 05 2.2 Niveles de competencia 05 2.3 Pruebas 06 2.4 Inscripción 06 2.5 Premios 06 2.6 Financiamiento y patrocinio 07 2.7 Comisión organizadora 07 2.8 Colaboradores académicos 07

3. CONTENIDOS DE LAS PRUEBAS 09

3.1 Área de Matemática 09 3.2 Área de Física 10 3.3 Área de Química 11 3.4 Área de Biología 11

4. PRUEBAS Y SOLUCIONES 13

4.1 Matemática 13 4.2 Física 47 4.3 Química 67 4.4 Biología 90

5. PARTICIPANTES

5.1 Matemática 110 5.2 Física 114 5.3 Química 116 5.4 Biología 118

Cuarta Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas 2010 .

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1. PRESENTACIÓN La Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala con el apoyo de la Secretaria Nacional de Ciencia y Tecnología –SENACYT- organizó la Cuarta Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas, evento académico cuyo propósito fue generar un espacio para la divulgación, socialización y disfrute de las Ciencias Básicas por lo estudiantes universitarios de carreras técnico científicas de las diferentes universidades del país, y constituyó una competencia científica en la que se evaluaron las habilidades específicas en las áreas de matemática, física, química y biología. Por otro lado, con la finalidad de tener un intercambio de ideas y experiencias entre los profesores universitarios de Ciencias Básicas, el 7 de octubre de 2010 se realizó con la presencia de Dr. Mario Blanco investigador del Instituto Tecnológico de California –CALTECH- Pasadena, C. A. Estados Unidos de América, el “Taller con profesores Universitarios de Ciencias Básicas”, en el cual se discutieron aspectos relacionados con: a) Principales problemáticas en la enseñanza de las ciencias básicas; b) Programas o experiencias innovadoras ensayadas en la educación científica en cada universidad; c) Necesidades formativas para los docentes; y d) Acciones conjuntas para resolver la problemática y necesidades detectadas. Como resultado del taller se llegaron a las siguientes conclusiones: a) Definir propuestas de contenidos a enseñar en el nivel medio; b) Realizar talleres con profesores universitarios para unificar programas de los cursos de Ciencias Básicas; c) Crear un Consejo Académico Interuniversitario que arbitre lo que se hace en Ciencias Básicas; d) Realizar un encuentro anual con profesores de Ciencias Básicas; e) Programar cursos, talleres, seminarios de actualización dirigido a docentes de las Ciencias Básicas; f) Crear vínculos entre universidades y Ministerio de Educación que permitan establecer los perfiles de egreso del nivel medio e ingreso a las universidades. La Olimpiada se realizó el 9 de octubre de 2010 en las instalaciones de la Universidad del Valle de Guatemala Campus Central, Universidad del Valle Campus Sur, Santa Lucía Cotzumalguapa, Escuintla, Universidad del Valle de Guatemala Campus Altiplano, Sololá y Universidad de San Carlos de Guatemala Centro Universitario de Occidente –CUNOC- Quetzaltenango, con una participación total de 256 estudiantes. Para la organización de la Cuarta Olimpiada, se contó con la participación de profesores y profesionales de las diferentes universidades del país y con el patrocinio de empresas privadas. La realización de la Cuarta Olimpiada se enmarca dentro de la misión del Plan de Ciencia, Tecnología e Innovación 2005-2014 en el que se contempla “Apoyar la formación de recursos Humanos de alto nivel académico y técnico”. El presente documento incluye información general de la actividad, las pruebas realizadas y sus respectivas soluciones.

“ ID Y ENSEÑAD A TODOS “ Ing. Edwin Adalberto Bracamonte Orozco

Coordinador IV Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas


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2. CUARTA OLIMPIADA INTERUNIVERSITARIA DE LAS CIENCIAS BÁSICAS

2.1 Antecedentes de actividades realizadas (Facultad de Ingeniería de la USAC)

En el año 2004 la Licenciatura en Matemática Aplicada organizó un certamen denominado Juego Matemático en el que participaron 60 estudiantes de las distintas carreras que se imparten en la Facultad de Ingeniería. El evento se organizó en tres niveles de participación que incluían un problema por nivel que debía ser resuelto usando calculadoras graficadoras Texas Instruments. Posteriormente, en el 2006, la Dirección de la Escuela de Ciencias de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala, con la colaboración de los departamentos de Matemática y Física y el respaldo del Decano, organizaron un certamen de Matemática y Física con el objetivo de promover el interés de los estudiantes de ingeniería por profundizar y mejorar el aprendizaje de la Matemática y Física, además de tener el fin de localizar a estudiantes con alta capacidad y conocimientos de estas ciencias. En este evento la participación de los estudiantes se organizó en dos niveles y fueron premiados los ganadores de los tres primeros lugares. Para el año 2007 se decidió en ampliar la convocatoria de todos los estudiantes de la USAC y de otras universidades del país, incluyendo la Química entre las áreas de la competencia, denominando al evento Primera Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas. En el año 2008 se amplió la convocatoria, incluyendo Biología entre las áreas de la competencia, denominando al evento Segunda Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas, con un incremento del 77% de participación en el evento. El año pasado se extendió a las sedes departamentales y otras universidades, denominando la actividad Tercera Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas y en el presente año se han consolidado las expansiones realizadas por el evento denominándolo Cuarta Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas.

2.2 Niveles de competencia

La competencia se realizó en dos niveles en cada área, definidos de la siguiente manera:

Nivel 1: En él participaron únicamente los estudiantes que ingresaron a cualquier universidad nacional en los años 2009 ó 2010 (año actual y uno anterior) y estén cursando primero ó segundo año de la carrera. Nivel 2: En él participaron los estudiantes universitarios que no hayan cerrado pensum en una carrera con el grado de licenciatura.


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2.3 Pruebas

Las pruebas fueron escritas y se realizaron simultáneamente en el campus de la Universidad del Valle el 09 de octubre de 2010, a partir de las 14:00 horas. Cada estudiante participo únicamente en un área (Matemática, Física, Química y Biología), en uno de los dos niveles indicados. Cada prueba incluyó temas a desarrollar con una duración estimada de 2.5 horas, en esta cuarta versión de la olimpiada las pruebas incluyeron problemas de un nivel accesible a sectores amplios de la población estudiantil universitaria y otros que requieren de conocimientos y habilidades más desarrolladas. Para efectos de calificación es tan importante el razonamiento y los procedimientos utilizados para resolver los problemas planteados como la forma en que se escriban y estructuren las soluciones propuestas por los participantes.

2.4 Inscripción

El estudiante que participó pudo inscribirse a través de la página de la Facultad de Ingeniería – USAC – ( http://www.ingenieria-usac.edu.gt ) Únicamente se pudo participar en un área (Matemática, Física, Química o Biología), en unos de los dos niveles indicados.

2.5 Premios

A todos los estudiantes que participaron en la olimpiada se les otorga un diploma de participación. En cada uno de los niveles descritos para cada área se otorgarán premios correspondientes al primer, segundo y tercer lugar. Mención honorífica al cuarto y quinto lugar de cada nivel.

http://www.ingenieria-usac.edu.gt/


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2.6 Financiamiento y patrocinio

SENACYT a través de la línea del fondo de apoyo a la ciencia y tecnología

– FACYT- Universidad de San Carlos de Guatemala FUNSIN Cervecería Centroamericana S. A.

2.7 Comisión Organizadora

Personas que participaron y contribuyeron en la organización e implementación de la Cuarta Olimpiada Interuniversitaria de Ciencias Básicas.

Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos, Decano Facultad de Ingeniería USAC Ing. Edwin Bracamonte, Coordinador de la Olimpiada Ing. Arturo Rodrigo Samayoa Dardón Ing. Otto Miguel Hurtarte Hernández Dra. Casta Zeceña Zeceña Licda. Ana Fortuny Inga. Helen Ramírez de Reyes Srita. Clyda Susana González Girón

2.8 Colaboradores Académicos

Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería Departamento de Matemática

Ing. Miguel Angel Castillo Carías Inga. Vera Gladis Marroquín Argueta Inga. Silvia Patricia Hurtarte Hernández Inga. Glenda Patricia García Soria Inga. Ericka Johanna Cano Díaz Ing. José Alfredo González Díaz Ing. Juan Orlando López Orozco Ing. Oscar Humberto Montes Estrada Ing. César Ariel Villela Rodas Ing. Carlos Alberto Garrido López Ing. José Alberto Boy Piedrasanta Ing. Francisco Javier García Flores Ing. Douglas Kenedy Román Avila Ing. César Armando Del Cid Juárez Lic. Francisco Raúl De La Rosa Lic. Gustavo Adolfo Santos Orozco


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Departamento de Física Lic. Ricardo Enrique Contreras Folgar Lic. César Antonio Izquierdo Merlo Br. Bárbara Yaeggy Srita. Rebeca Chavarría

Departamento de Química General Ing. Byron René Aguilar Uck Ing. Edgar Gamaliel de León Hernandez Ing. Alberto Arango Sieckavizza

Universidad Rafael Landivar

Ing. Álvaro Zepeda, Decano Facultad de Ingeniería Licda. Beatriz Cosenza Ing. Eddy Roldán Manzo Inga. Miriam Chávez Ing. Salvador Tuna

Universidad del Valle de Guatemala Dr. Adrían Francisco gil Méndez, Decano Facultad de Ciencias y Humanidades


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3. CONTENIDO DE LAS PRUEBAS

3.1 Área de Matemática

Nivel I Escuela de Ciencias

Departamento de Matemática Contenido Ecuaciones y desigualdades Funciones y graficas Geometría Funciones polinomiales y racionales Funciones exponencial y logarítmica Funciones trigonométricas Trigonometría analítica Geometría analítica Límites y derivadas Reglas de derivación Aplicaciones de la derivada Nivel II Escuela de Ciencias

Departamento de Matemática Contenidos Integrales Técnicas de integración Aplicaciones de la Integral Ecuaciones paramétricas, coordenadas polares y ecuaciones de las cónicas en polares Sucesiones y series infinitas Vectores y geometría analítica en el espacio Funciones vectoriales y derivadas parciales Integrales múltiples Calculo vectorial Ecuaciones diferenciales de primer orden Modelos matemáticos y métodos numéricos Ecuaciones lineales de orden superior


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3.2 Área de Física

Nivel I Escuela de Ciencias Mecánica Departamento de Física Contenidos Física y mediciones Vectores Movimiento en una dimensión Movimiento en dos dimensiones Las leyes del movimiento Movimiento circular y otras aplicaciones de las leyes de Newton. Energía y transferencia de energía Energía potencial Cantidad de movimiento lineal y colisiones Rotación de un cuerpo rígido alrededor de un eje fijo. Cantidad de movimiento angular Equilibrio Elasticidad Gravitación universal Mecánica de fluidos Mecánica de fluidos dinámica Movimiento oscilatorio Energía de oscilador armónico simple Nivel II Electricidad y Escuela de Ciencias Magnetismo Departamento de Física Contenidos Ley de Coulumb Campo eléctrico Ley de Gauss Potencial eléctrico Capacitadotes y dieléctricos Corrientes y resistencia Circuitos eléctricos Fuerza magnética Ley de Ampere Ley de Faraday y la ley de inducción Inductancia


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3.3 Área de Química

Nivel I Escuela de Ciencias

Área de Química General Contenidos Ciencia química y medición Teoría atómica: el núcleo Teoría atómica: el electrón Nivel II Escuela de Ciencias

Área de Química General Contenidos Estequiometría de las reacciones Soluciones Cinética química Equilibrio químico Electroquímica Termodinámica

3.4 Área de Biología

Nivel I Facultad de Farmacia

Área de Biología Contenidos Introducción al estudio de los seres vivos Bases químicas de la vida Las células Procesos energéticos fundamentales División y muerte celular Genética Mecanismos de la evolución


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Nivel II Facultad de Farmacia

Área de Biología Contenidos Introducción al estudio de los seres vivos Bases químicas de la vida Las células Procesos energéticos fundamentales División y muerte celular Genética Mecanismos de la evolución Diversidad de los seres vivos Estructura y función de los sistemas del cuerpo humano Ecología


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4. PRUEBAS Y SOLUCIONES

4.1 Matemática

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE CIENCIAS, DEPARTAMENTO DE MATEMATICA

CUARTA OLIMPIADA INTERUNIVERSITARIA

EXAMEN DE MATEMATICA NIVEL I

Instrucciones: A continuación se le presenta una serie de problemas, resuélvalos correctamente en el cuadernillo de trabajo. El tiempo de la prueba es de 100 minutos.

Problema 1: (20 puntos)

Resuelva las siguientes ecuaciones por el método que considere conveniente

1.1 2

2

48 410

3 3

x x

xx

1.2 2 6 1 6x x x


Un reloj marca las 2:00 pm. Determine el área del triángulo formado entre el minutero y el segundero, cuando la aguja horaria y el minutero forman un ángulo recto y la aguja horaria se encuentre entre las 2 y las 3 de la tarde. La aguja del minutero tiene 3 centímetros de longitud y la del segundero 5 centímetros.


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La figura muestra una circunferencia de 8 centímetros de radio que tiene inscritas tres circunferencias. Las dos circunferencias pequeñas tienen radio de 3 centímetros y son tangentes a la circunferencia mayor y al diámetro mostrado con línea discontinua. La otra circunferencia tiene radio desconocido y es tangente a las dos circunferencias pequeñas y a la circunferencia mayor, teniendo ambas un diámetro en el mismo segmento. Determine el valor del área sombreada.


Encuentre las constantes k y b tal que 3

2

1lim 0

1x

xkx b

x


Un triángulo ABC está formado por una cuerda BC de la parábola 𝑦 = 𝑘𝑥2 y las rectas tangentes AB y AC que pasan por cada extremo de la cuerda. Si BC permanece perpendicular al eje de la parábola y se aproxima al vértice a una razón de 2 unidades por segundo. Encuentre la razón a la cual varía el área del triángulo cuando la cuerda BC está a 4 unidades por encima del vértice.


Una esfera de radio R está inscrita en una pirámide de base cuadrada, de tal forma que la esfera toca la base de la pirámide y cada uno de los cuatro lados. Encuentre las dimensiones de la pirámide de volumen mínimo posible y calcule su volumen.


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SOLUCION DE LA PRUEBA Problema 1

Resuelva las siguientes ecuaciones por el método que considere conveniente

1.1 2

2

48 410

3 3

x x

xx

1.2 2 6 1 6x x x

Solución

1.1 Multiplicandoambos lados de la ecuación por 23x se obtiene

4 3

4 3

144 10 120

10 120 144 0

x x x

x x x

Las posibles raíces racionales de la ecuación polinomial anterior son

1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 36, 48, 72, 144

Usando división sintética con 2x

1 10 0 120 144 2

2 24 48 144

1 12 24 72 0

De donde se concluye que 2x es una solución de la ecuación.

Utilizando división sintética ahora con 6x se tiene

1 12 24 72 6

6 36 72

1 6 12 0

De donde 6x es una solución de la ecuación. Al resolver la ecuación

cuadrática 2 6 12 0x x usando fórmula cuadrática, se obtienen las otras

dos soluciones de la ecuación.

Todas las soluciones de la ecuación son:

2, 6, 3 21x x x


16

1.2 Una forma de resolver ésta ecuación consiste en redefinir las expresiones que tienen valor absoluto, al hacer esto se obtiene que

2

2 2

2

6 si 2

6 6 si 2 3

6 si 3

x x x

x x x x x

x x x

De la misma forma

1 si 11

1 si 1

x xx

x x

Al reescribir la ecuación de forma que no contenga valor absoluto, se obtienen 4 posibilidades

(a) Si 2x

2

2

( 6) (1 ) 6

2 11 0

x x x

x x

Al resolver la ecuación cuadrática se tiene

1 2 3x y 1 2 3x

De las cuales solamente 1 2 3x satisface la ecuación original.

(b) Si 2 1x

2

2

( 6) (1 ) 6

1 0

x x x

x


1x y 1x

Siendo ambas soluciones de la ecuación original.

(c) Si 1 3x

2

2

( 6) ( 1) 6

2 1 0

x x x

x x


1x

Que es solución de la ecuación original.


17

(d) Si 3x

2

2

( 6) ( 1) 6

13 0

x x x

x


13x y 13x

De las cuales solamente 13x satisface la ecuación original.

Por lo tanto las soluciones de la ecuación son

1 2 3, 1, 1, 13x x x x


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Problema 2

Un reloj marca las 2:00 pm. Determine el área del triángulo formado entre el minutero y el segundero, cuando la aguja horaria y el minutero forman un ángulo recto y la aguja horaria se encuentre entre las 2 y las 3 de la tarde. La aguja del minutero tiene 3 centímetros de longitud y la del segundero 5 centímetros.

Solución

La figura siguiente muestra un reloj a las 2 en punto y otro entre las 2 y las 3 de la tarde, en el momento quelas agujas horaria y minutero forman un ángulo de 90 grados

Velocidad a la que gira la aguja horaria: 11 rev

720 minw

Velocidad a la que gira la aguja del minutero: 21 rev

60 minw

Si t es el tiempo en minutos transcurrido a partir de las 2 de la tarde, entonces el ángulo en revoluciones, recorrido por la aguja horaria en revoluciones

1w t

El ángulo recorrido por la aguja del minutero es

2w t

Como el ángulo entre las dos agujas debe ser de 1/4 de revolución y la aguja horaria ya inicialmente estaba desplazada 1/6 de revolución con respecto al minutero se tiene que

2 11 1

4 6w t w t


19

Al despejar el tiempo en la ecuación anterior se obtiene que

2 1

2 1

1 1

4 6

5

12( )

51 1

1260 720

30027.273min

11

w w t

tw w

Suponiendo que tanto el minutero como el segundero tienen movimientos continuos, se tiene que el ángulo en grados, recorrido por el minutero en 27.273 minutos es

1360

(27.237) 163.64º6

El ángulo recorrido por el segundero en 0.273 minutos es

2360

(0.273) 98.28º1

El ángulo entre las dos agujas es

1 2 163.64º 98.28º 65.36º

Una de las alturas del triángulo es

5sen 5sen(65.36º ) 4.54h cm

El área del triángulo es

21 1(3)(4.54) 6.82 cm

2 2A bh


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Problema 3

La figura muestra una circunferencia de 8 centímetros de radio que tiene inscritas tres circunferencias. Las dos circunferencias pequeñas tienen radio de 3 centímetros y son tangentes a la circunferencia mayor y al diámetro mostrado con línea discontinua. La otra circunferencia tiene radio desconocido y es tangente a las dos circunferencias pequeñas y a la circunferencia mayor, teniendo ambas un diámetro en el mismo segmento. Determine el valor del área sombreada.

Solución

En la siguiente figura se han trazado algunos segmentos que muestran las relaciones entre los radios de las circunferencias.

Por medio del teorema de Pitágoras se obtiene la ecuación

2 2 3(8 ) 4 (3) (3 )R R

Resolviendo la ecuación anterior para R

2 2144 24 9 9 6

30 144

144 24

30 5

R R R R

R

R


21

El área sombreada en la figura es

2

2 2

2

24 576(8) 2 (3) 64 18

5 25

574cm

25

sA


22

Problema 4

Encuentre las constantes k y b tal que

3

2

1lim 0

1x

xkx b

x

Solución

2 2 33

2 2

3 2

2

( 1) ( 1) ( 1)1lim lim

1 1

( 1) 1lim

1

x x

x

kx x b x xxkx b

x x

k x bx kx b

x

Para que el límite anterior sea cero, el grado del numerador debe ser menor que el grado del denominador en la función racional, de donde se obtiene que

1k y 0b .

Al calcular el límite con éstos valores se tiene

3 23

2 2

2

( 1) 11lim lim

1 1

1lim

1

0

x x

x

k x bx kx bxkx b

x x

x

x

De donde los valores buscados son 1k y 0b .


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Problema 5

Un triángulo ABC está formado por una cuerda BC de la parábola 𝑦 = 𝑘𝑥2 y las rectas tangentes AB y AC que pasan por cada extremo de la cuerda. Si BC permanece perpendicular al eje de la parábola y se aproxima al vértice a una razón de 2 pies por segundo. Encuentre la razón a la cual varía el área del triángulo cuando la cuerda BC está a 4 pies por encima del vértice.

Solución

En la siguiente figura se muestra la parábola y el triángulo formado por la recta horizontal y las dos rectas tangentes.

H

h

A

B C

oy

ox

Las coordenadas de los puntos A, B y C son 0(0, )A y , 0( , )B x h y 0( , )C x h .

El área del triángulo está dada por

0

0 0

0 0

1(2 )2

1(2 )2

A x H

x h y

x h y

La pendiente de la recta tangente es 0 0( ) 2m f x kx , por lo que la ecuación

de la recta tangente está dada por

0 02 ( )y h kx x x

Sustituyendo 0x en la ecuación de la tangente podemos despejar 0y

20 02y kx h


24

Sustituyendo el resultado anterior en la expresión del área del triángulo

2 2 30 0 0 0 0 0 02 2 2A x h y x h kx h x kx kx

Como 20h kx , se obtiene que 0

hx

k

El área del triángulo se puede expresar como

3

2h

A kk

Derivando la ecuación con respecto al tiempo

1/2 1/2

6 13

2

dA k h dh h dh

dt k k dt k dt

Evaluando cuando 4h pies y pies

2seg

dh

dt

4 123 ( 2)

dA

dt k k

Por lo tanto el Área del triángulo disminuye a razón de 12

k

2pies

seg


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Problema 6

Una esfera de radio R está inscrita en una pirámide de base cuadrada, de tal forma que la esfera toca la base de la pirámide y cada uno de los cuatro lados. Encuentre las dimensiones de la pirámide de volumen mínimo posible y calcule su volumen.

Solución

La siguiente figura muestra una sección transversal de la esfera inscrita en la pirámide de base cuadrada de lado 2a y altura h.

h

R

2a

R

El volumen de la pirámide está dado por

2 21 4(2 )3 3

V a h a h

Relacionando los lados proporcionales de triángulos semejantes y despejando 2a se obtiene

2 2

2 2

2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2

2 2 22

2

( )

( ) ( )

2

( 2 )

22

a a h

R h R

a h R R a h

a h R R a h

a h a hR a R a R R h

a h hR R h

R h R ha

h Rh hR


26

Sustituyendo en la expresión de volumen y simplificando se obtiene

22

2 2

4 4

3 3 2

4( )

3 2

R hV a h h

h R

R hV h

h R

El dominio de la función anterior es el intervalo (2 , )R

Derivando con respecto a h y simplificando

2 2 2

2

2 2 3 2 2

2

2

2

( 2 ) 2 (1)4( )

3 ( 2 )

4 2 4

3 ( 2 )

4 4

3( 2 )

h R R h R hV h

h R

R h R h R h

h R

R h h R

h R

El único valor crítico de la primera derivada es 4h R

Al realizar la prueba de la primera derivada se obtiene que ( )V h es decreciente

si 2 4R h R y es creciente si 4h R , por lo tanto la función tiene un

mínimo absoluto cuando 4h R . El volumen mínimo de la pirámide es

2 22 2

min

43

(4 )4 4

3 2 3 4 2

64 32

6 3

R RR hV

h R R R

RR

R


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ESCUELA DE CIENCIAS, DEPARTAMENTO DE MATEMATICA


EXAMEN DE MATEMATICA NIVEL II Instrucciones: A continuación se le presenta una serie de problemas, resuélvalos correctamente en el cuadernillo de trabajo. El tiempo de la prueba es de 100 minutos. Problema 1 (10 puntos)

1. Resolver la integral: 1 sin cosp p px x x dx

2. Resolver la integral: 2

tan 1

tan 1

xdx

x

Problema 2 (15 puntos)

El círculo de radio unitario mostrado en la figura es tangente a la curva .2xy dos

veces. Encuentre el área de la región que yace entre las dos curvas Problema 3 (10 puntos)

Determinar el área interior a 2r sin y exterior a r sin cos

x

y


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Encuentre el flujo del campo vectorial 2 3F z i x j z k

hacia arriba a través de

la superficie del cilindro 4y z cortada por los planos 0x , 1x & 0z


Compruebe el teorema de Green para el campo vectorial 2F y xi x j

donde R es

la región acotada por las circunferencias de radio 1 y radio 4 con centro en el origen.

Problema 6 (15 puntos) Un tanque contiene, en un principio 40 litros de salmuera con 8 kilos de sal en solución. Entra en el tanque, a razón de 8 litros por minuto salmuera conteniendo 1/8 kilo de sal por litro. La mezcla bien agitada para que sea homogénea, sale del tanque a razón de 4 litros por minuto.

a) Calcular la cantidad de kilos de sal que hay en el tanque a los 5 minutos.

b) A los 10 minutos se modifica la concentración de entrada de sal a 81

+ c

kilos de sal por litro. Si se mantienen los otros datos, calcule c de modo que a los

20 minutos la concentración de sal en el tanque sea de 256

kilos de sal por litro.

Problema 7 (10 puntos) Halle las ecuaciones simétricas de la recta que pasa por el punto (3, 6, 4), corta al eje z

y es paralela al plano 653 zyx .

Problema 8 (10 puntos) Después de que una masa que pesa 20 libras se sujeta a un resorte de 10 pies, éste llega a medir 12.5 pies. Esta masa se retira y se sustituye con una de ½ slug. A continuación se coloca al sistema en un medio que ofrece una fuerza de amortiguamiento igual a 4 veces la velocidad instantánea. La masa se suelta desde un punto que está 6 pulgadas sobre la posición de equilibrio con una velocidad dirigida hacia abajo de V0 pie/ segundo. Determine los valores de V0 de modo que posteriormente la masa pase por la posición de equilibrio.


29

SOLUCION DE LA PRUEBA Problema 1 (10 puntos)

1. Resolver la integral: 1 sin cosp p px x x dx

Solución:

Efectuando la sustitución sin pu x ; 1 cosp pdu px x dx

22

1sin1

sin cos2 2

p

p p pxu

x x x dx udu C Cp p p

Otra forma, usando la identidad del doble ángulo se tiene

1 sin cosp p px x x dx

= 11sin 2

2

p px x dx

Efectuando la sustitución pxu 2 ; dxpxdu p 12

Se transforma en: 1 1

sin cos4 4

u du u cp p

Restableciendo la variable: 1 1sin cos cos 2

4

p p p px x x dx x Cp

2. Resolver la integral: 2

tan 1

tan 1

xdx

x

Solución:

2 2

2 2

sec sec

sec tan 1 1 tan tan 1

x xdx dx

x x x x

2

tan 1 tan 1 1

tan 1 tan 1 tan 1 tan 1

x xdx dx dx

x x x x


30

Efectuando sustitución xu tan xdxdu 2sec

Queda: 11 2 uu

du

Al separar en fracciones parciales queda: 22

1

1 11 1

A Bu C

u uu u

Por lo cual. 111 2 uCBuuA

Desarrollando los productos: CAuCBuBA 21

Escribiendo el sistema de ecuaciones correspondiente:

CA

CB

BA

1

0

0

Al resolver el sistema queda 1 1 1

, ,2 2 2

A B C

Por lo que: 22

1 1 11 2 2 2

1 11 1

u

u uu u

Por lo tanto: 22

1 1 1 1

2 1 2 11 1

du udu du

u uu u

2 2

1 1 2 1

2 1 2(2) 1 2 1

du u dudu

u u u

21 1 1

ln 1 ln 1 arctan2 4 2

u u u C

21 1 1

ln tan 1 ln tan 1 arctan tan2 4 2

x x x C

21 1 1ln tan 1 ln tan 1

2 4 2x x x C


31


El círculo de radio unitario mostrado en la figura es tangente a la curva .2xy dos

veces. Encuentre el área de la región que yace entre las dos curvas Solución:

La figura es simétrica, por lo tanto se puede trabajar únicamente en el primer cuadrante, con lo siguiente.

Encontrando la pendiente entre C (0, )k y P 2( , 1 )a k a , utilizando la

ecuación de la circunferencia 22 1x y k

x

y

x

y

C

P


32

221 1

0cp

k a k am

a a

Como la tángente a un círculo, es perpendicular al radio, por lo que el producto de la

pendiente cpm con pendiente )2( de la recta dada es menos uno, queda:

Elevando al cuadrado, ambos lados 22

2

121

a

a

2214 aa

254 a

5

4a

Al trabajar del lado derecho del círculo tomamos 5

4a por lo que el punto P tiene

coordenadas 5

4,

5

2 yax que al sustituirlas en la ecuación de la

circunferencia queda: 15

4

5

42

k

5

1

5

42

k

5

1

5

4 k resolviendo para k queda:

5

1

5

4k

Nota: Como pyk entonces: 5

1

5

4k así que 5k

Por lo que la ecuación del círculo es: 1522 yx

De tal manera que: 215 xy

21

2 1a

a


33

Por lo tanto la integral para calcular el área pedida es:

2

5 2

0

2 5 1 2Area x x dx

Separando en tres integrales queda:

2 2 25 5 52

0 0 0

2 5 2 1 4Area dx x dx xdx

a B c Resolviendo cada integral independientemente.

a)

25

0

22 5 2 5 0 4

5dx

b)

25 2

0

2 1 x dx se resuelve utilizando sustitución trigonométrica

sinx ddx cos

21cos x

Sustituyendo en la integral queda:

2 22 1 cosx dx d

22 1 1 cos 2x dx d

22 1 1 cos 2x dx d d

2 12 1 sin 2

2x dx c

cdxx cossin22

112 2

x

21 x

1


34

Que al regresar a la variable inicial, queda:

2 25 52 2

00

2 1 arcsin 1x dx x x x

22

5 2 2

0

2 2 22 1 arcsin 1 arcsin 0 0 1 0

5 5 5x dx

25 2

0

2 2 5 42 1 arcsin

55 5x dx

2

5 2

0

2 22 1 arcsin

55x dx

c)

2255 2

0 0

44

2x dx x

2

25

0

2 84 2

55x dx

Al sumar las integrales, el área pedida es:

2 2 8

4 arcsin5 55

Area

22 arcsin .8929

5Area


35


Determinar el área interior a 2r sin y exterior a r sin cos

Solución:

Gráfica

2r sin

r sin cos

Igualando las ecuaciones y resolviendo para encontrar las intersecciones de las curvas

cossinsin2

cossin

1tan

1arctan

4

Determinar los ángulos para los cuales las curvas tocan el polo

Si 01 r

0sin2

0sinacr

,0

Si 02 r

0cossin

1tan

4

3

r

θ=π/4

θ=π/2


36

Por lo que el área está dada por:

4

3

4

2

4

2cossin

2

1sin2

2

1

ddArea

a b Resolviendo la integral “a”

2 2

44 4 4

1 1) 2sin 2 sin 1 cos 2 sin 2

2 2a d d d

2

4

1 1 3 12sin 0

2 4 2 4 2d

Resolviendo la integral “b”

3 33

4 4 42

4 4 4

1 1 1) sin cos 1 2sin cos 1 sin 2

2 2 2b d d d

33

44 2

4 4

1 1 1 1 3 1sin cos cos 2 0 0

2 2 2 2 4 4 2 2 4d

Entonces el área pedida es

42

1

4

3 Area

2

1

2

Area


37


Encuentre el flujo del campo vectorial 2 3F z i x j z k

hacia arriba a través de

la superficie del cilindro 4y z cortada por los planos 0x , 1x & 0z

Solución:

Solución:

24 4 0y z z y ; y

2

2 2

2

4 1

z yg yj k

g z y y

y

x

z


38

S R

dydxF dS F

k̂

2

2

2 3

14 1

4 1R

xy z dydx

y

y

2 3

R

xy z dydx

22 3 4

R

xy ( y ) dydx

1 2

2

0 02 3 12xy y dydx

212 3

0 0

12( xy y y ) dx

212 3

0 0

12( xy y y ) dx

1

04 16x dx

Flujo

12

02 16 2 16 14x x


39


Compruebe el teorema de Green para el campo vectorial 2F y xi x j

donde R es

la región acotada por las circunferencias de radio 1 y radio 4 con centro en el origen.

Solución:

Teorema de Green

cR

N MMdx Ndy ( ) dxdy

x y

4 1r r R

N MMdx Ndy Mdx Ndy ( ) dxdy

x y

y

x


40

Las ecuaciones paramétricas de las circunferencias

4 4r( t ) costi sent j circunferencia de radio 4

r( t ) costi sentj circunferencia de radio 1

22

04

4 4 4 4 4

r

Mdx Ndy ( sent ) cos t sentdt cos t cos tdt

2 23 2

0 04

256 16

r

Mdx Ndy sen t cos tdt cos tdt

2 2

3

0 04

256 8 1 2

r

Mdx Ndy sen t cos tdt cos t dt

2 2 23

0 0 04

256 8 1 4 2 2

r

Mdx Ndy sen t cos tdt dt cos t dt

24

2 2

0 004

256 8 4 24

r

sen tMdx Ndy t sen t

4

16

r

Mdx Ndy

1 1r r

Mdx Ndy Mdx Ndy

22

01r

Mdx Ndy ( sent ) cos tsentdt cos t cos tdt

2 23 2

0 01r

Mdx Ndy sen t cos tdt cos tdt


41

2 2

3

0 01

11 2

2r

Mdx Ndy sen t cos tdt cos t dt

2 2 23

0 0 01

1 11 2 2

2 4r

Mdx Ndy sen t cos tdt dt cos t dt

224

20

001

1 12

4 2 4r

sen tMdx Ndy t sen t

1r

Mdx Ndy

4 1

16 15

r r

Mdx Ndy Mdx Ndy

Por Coordenadas Polares:

4 2

1 01 2

R

N M( ) dxdy r cos rsen rd dr

x y

4 2 4 4

3 2

11 0 12 2 15r r cos sen d dr rdr r

Entonces:

4 1

15

r r R

N MMdx Ndy Mdx Ndy ( ) dxdy

x y


42

Problema 6 (15 puntos) Un tanque contiene, en un principio 40 litros de salmuera con 8 kilos de sal en solución. Entra en el tanque, a razón de 8 litros por minuto salmuera conteniendo 1/8 kilo de sal por litro. La mezcla bien agitada para que sea homogénea, sale del tanque a razón de 4 litros por minuto.

a) Calcular la cantidad de kilos de sal que hay en el tanque a los 5 minutos.

b) A los 10 minutos se modifica la concentración de entrada de sal a 81

+ c

kilos de sal por litro. Si se mantienen los otros datos, calcule c de modo que a los

20 minutos la concentración de sal en el tanque sea de 256


Solución:

a): V0 = 40 litros de solución hay inicialmente en el tanque. Q0 = 8 kilos de sal hay al inicio en la solución.

b = ingresan en una solución 81


e = entran 8 litros de salmuera por minuto f = la solución bien mezclada sale a razón de 4 litros/min. Con estos datos se puede plantear la ecuación diferencial siguiente:

t

Q

dt

dQ

440

41

o bien: 1

10

t

Q

dt

dQ

Esta es una ecuación lineal y su factor integrante se calcula así:

teeIFtt

dt

10..

10ln10

por lo que se tiene:

k

tdtttQ

2

10)10()10(

2

despejando para Q:

t

ktQ

102

10 ec. 1, luego se sustituye ,8,0 Qt en ec. 1, así:


43

102

108

k , entonces 30k , de donde:

t

tQ

10

30

2

10 ec. 2

Luego se calcula la cantidad de sal en el tanque a los 5 y 10 minutos, sustituyendo estos tiempos en 2:

5

10 5 309.5

2 10 5tQ

kilos

10

10 10 3011.5

2 10 10tQ

kilos

b): Como ya pasaron 10 minutos de iniciado el proceso entonces en el tanque hay 40 litros más de solución. V0 = 80 litros de solución hay inicialmente en el tanque. Q0 = 11.5 kilos de sal hay al inicio en la solución.

b = ingresan en una solución c81


e = entran 8 litros de salmuera por minuto f = la solución bien mezclada sale a razón de 4 litros/min. Por lo que la nueva ecuación diferencial es:

t

Qc

t

Qc

dt

dQ

2081

480

48

81

, o escrita de otra forma:

ct

Q

dt

dQ81

20

El factor integrante es:

teIF tdt

20.. 20

entonces:

nt

cdttctQ

2

)20()81()20()81()20(

2


44

o bien:

t

ntcQ

202

)20)(81( ec. 3

Luego, para encontrar n, se sustituye 5.11,0 Qt , en ec. 3:

202

)20)(81(5.11

nc

, de donde

nc 16002005.1120 o bien

cn 160030 , sustituyendo en 3 se tiene:

t

ctcQ

20

160030

2

)20)(81( ec. 4

Para encontrar el valor de c, se sabe que Q debe ser 256

kilos de sal por litro, o

bien 8.28120256 kilos de sal a los 20 minutos de iniciado todo el proceso, o sea

10 minutos de iniciada la parte (b), por lo que el volumen de solución también aumento otros 40 litros o sea llegó a 120 litros, sustituyendo estos datos en 4 se obtiene:

1020

160030

2

)1020)(81(8.28

cc,

así se tiene que 19.0c .


45

Problema 7 (10 puntos) Halle las ecuaciones simétricas de la recta que pasa por el punto (3, 6, 4), corta al eje z

y es paralela al plano 653 zyx .

Solución:

Ya que la recta corta al eje z , entonces la recta pasa por el punto (0, 0, q ) y como

además pasa por (3, 6, 4) se puede encontrar un vector que una estos puntos

3, 6, 4B q

. Luego la recta es paralela al plano 653 zyx , entonces es

perpendicular al vector normal del plano 1, 3,5N

, por lo que los vectores

&B N

son perpendiculares. Ya que los vectores son perpendiculares, entonces su

producto punto debe ser igual cero, por lo que:

3, 6, 4 1, 3, 5 3 18 20 5 0q q , de donde 1q , por lo tanto 3, 6, 3B

que es el vector director de la recta, de donde las ecuaciones simétricas de la recta son:

3

4

6

6

3

3

zyx

Problema 8 (10 puntos) Después de que una masa que pesa 20 libras se sujeta a un resorte de 10 pies, éste llega a medir 12.5 pies. Esta masa se retira y se sustituye con una de ½ slug. A continuación se coloca al sistema en un medio que ofrece una fuerza de amortiguamiento igual a 4 veces la velocidad instantánea. La masa se suelta desde un punto que está 6 pulgadas sobre la posición de equilibrio con una velocidad dirigida hacia abajo de V0 pie/ segundo. Determine los valores de V0 de modo que posteriormente la masa pase por la posición de equilibrio. Solución:

Definición de variable: x(t) posición de la masa en el tiempo t (segundos)

La constante del resorte: 20 = k(2.5) k= 8 lb/pie Ecuación Diferencial y condiciones iniciales (PVI) que modela el problema:

2

20

d x dxm kx

dt dt Ecuación de movimiento libre amortiguado


46

2

2

14 8 0

2

d x dxx

dt dt

sujeto a las condiciones iniciales: x(0)= - ½ pie, x´(0)= V0 pie/seg Pregunta a responder: Vo = ? Resolución de la ED aplicando condiciones iniciales:

2

28 16 0

d x dxx

dt dt

Ecuación auxiliar

2 2

1 28 16 0 ( 4) 0 4m m m m m

Aplicando condiciones iniciales 4 4

1 2( ) t tx t C e C te

4(0) 4(0)

1 2 1

1 1(0)

2 2C e C e C

4 4 4 4 4

2 2 2

1( ) (́ ) 2 4

2

t t t t tx t e C te x t e C e C te

4(0) 4(0) 4(0)

0 2 2 0 2 2 02 4 (0) 2 2V e C e C e V C C V

4 4

0

1( ) ( 2)

2

t tx t e V te

pasa por la posición de equilibrio

4

0 0

0

1 1 10 ( 2) ( 2)

2 2 2( 2)

te V t V t tV

Como t = 0 fue el tiempo inicial, para que t > 0, tenemos que tener V0 > 2. Conclusión: Para que la masa pase posteriormente por la posición de equilibrio V0 > 2.


47

4.2 Física


ESCUELA DE CIENCIAS, DEPARTAMENTO DE FISICA


EXAMEN DE FISICA NIVEL I

Problema No. 1 Un objeto que se encuentra en caída libre y a partir del reposo, cae la 2da mitad del

recorrido en un tiempo . Deduzca una expresión general para determinar el tiempo

que dura su caída en términos del tiempo . Calcúlelo para = 10 s. Problema No. 2 Una barra delgada de longitud L se articula del punto C ubicado a una distancia b de su centro G, como se muestra en la figura. La barra se suelta desde el reposo en posición horizontal y oscila libremente. Determine la distancia b para la cual la velocidad angular de la barra cuando pasa por su posición vertical es máxima. Problema 3 Un péndulo físico es un buen método para realizar mediciones precisas de la gravedad. Se diseña el siguiente experimento: se coloca un péndulo físico con dos puntos de pivote posibles; uno con una posición fija p y el otro p´ ajustable a lo largo de la longitud del péndulo, como se muestra en la figura. El período del péndulo cuando está suspendido en el pivote fijo es T = 1.10s. El péndulo luego es invertido y suspendido

L

b

G C


48

del pivote ajustable. La posición de este pivote p´ se mueve hasta que por medio de pruebas sucesivas el péndulo tiene el mismo período T que en el pivote fijo. El nuevo pivote se encuentra a una distancia l=30 cm del pivote fijo. Encuentre el valor de la aceleración de la gravedad. Problema No. 4 El vector de posición de un electrón que se mueve bajo la acción de un campo eléctrico y magnético esta dado por :

ktRtSenwjctitRtCoswr nnˆ)(ˆˆ)( (1)

La curva espacial que describe el electrón es una hélice cónica. Determine el radio de curvatura de la trayectoria que describe el electrón cuando t = 0, asumiendo que ese instante describe una trayectoria semejante a la circular. Ayuda Cuando un objeto se mueve con rapidez constante pero a lo largo de una trayectoria que no es un línea recta, se producen cambios en el vector velocidad, ya que su dirección y sentido constantemente están cambiando, este cambio de velocidad lo produce una aceleración que será perpendicular a la trayectoria. Para un movimiento circular esta aceleración corresponde con la aceleración centrípeta y el radio de la circunferencia corresponde con el radio de curvatura., es decir:

curvaturaderadiorr

vac dondeen

2

p

cm

p´

l

d


49

SOLUCION DE LA PRUEBA Problema No. 1 Un objeto que se encuentra en caída libre y a partir del reposo, cae la 2da mitad del

recorrido en un tiempo . Deduzca una expresión general para determinar el tiempo

que dura su caída en términos del tiempo . Calcúlelo para = 10 s. Solución:

La segunda mitad del recorrido lo realiza en un tiempo . Al momento de ir a la mitad

de la caída llevará un tiempo ( t - )s, donde t es el tiempo total de la caída. Analizando el objeto desde su punto de partida hasta la mitad de su recorrido tenemos:

22

1 gttvy o 2

21

2)( tghh ( I )

Analizando el objeto desde su punto de partida hasta el final de su recorrido:

22

10 gth ( II )

Al resolver la ecuación ( I ) y ( II ) :

024 22 tt

De manera que la ecuación general de tiempo es:

)22( t

Y calculada para = 10 s nos da:

s 14.34t


50

Problema No. 2 Una barra delgada de longitud L se articula del punto C ubicado a una distancia b de su centro G, como se muestra en la figura. La barra se suelta desde el reposo en posición horizontal y oscila libremente. Determine la distancia b para la cual la velocidad angular de la barra cuando pasa por su posición vertical es máxima. Solución: La energía se conserva en todo momento, por lo que identifiquemos dos estados:

Estado A Estado B Por la conservación de la energía:

BA EE

22

10 CImgb 2mbII GC

2212

1 mbmLIC

Al realizar las sustituciones correspondientes obtenemos para la velocidad angular:

22

121

2

bL

gb

Para obtener b para la cual la velocidad es máxima es necesario realizar:

0db

d,

L

b

G

L

b

G

L

b

G

Nivel de referencia C C


51

De manera que: 02

21

22

121

bL

gb

db

d

db

d

Al realizar la derivada y despejar b obtenemos: 12

Lb

Problema 3 Un péndulo físico es un buen método para realizar mediciones precisas de la gravedad. Se diseña el siguiente experimento: se coloca un péndulo físico con dos puntos de pivote posibles; uno con una posición fija p y el otro p´ ajustable a lo largo de la longitud del péndulo, como se muestra en la figura. El período del péndulo cuando está suspendido en el pivote fijo es T = 1.10s. El péndulo luego es invertido y suspendido del pivote ajustable. La posición de este pivote p´ se mueve hasta que por medio de pruebas sucesivas el péndulo tiene el mismo período T que en el pivote fijo. El nuevo pivote se encuentra a una distancia l=30 cm del pivote fijo. Encuentre el valor de la aceleración de la gravedad.

Solución

El período de un péndulo físico viene definido como Mgd

I pT 2 , de manera que si

despejamos la gravedad obtenemos:

MdT

Ig

p

2

24 (1)

Determinemos ahora el momento de inercia. Analicemos las oscilaciones del péndulo respecto al eje p´. Si en el eje p´ el período de oscilación es el mismo que en el eje p, quiere decir que p´ es el punto de oscilación, cuya definición indica el lugar en donde se puede concentrar toda la masa para que el péndulo oscile como un péndulo simple, cuerda – masa , de manera que recordando la ecuación que relaciona la longitud del centro de oscilación y un péndulo físico tenemos:

lMdIMd

Il p

p

p

cm

p´

l

d


52

Si sustituimos el momento de inercia en la ecuación (1) obtenemos:

MdT

Mdl

MdT

Ig

p

2

2

2

244

2

2

2

2

)s10.1(

m)3.0(44

T

lg

2s

m78.9g

Note que el valor de g no depende del momento de inercia del objeto.

Problema No. 4 Un electrón se mueve bajo la acción de un campo eléctrico y magnético de manera que su vector posición esta definido por :

ktRtSenwjctitRtCoswr nnˆ)(ˆˆ)(

La curva espacial que describe el electrón es una hélice cónica. Determine el radio de curvatura de la trayectoria que describe cuando t = 0. Solución: Recordemos que para una partícula que se mueve en el espacio la aceleración total se puede escribir como:

ˆ)2(ˆ)( 2 rrrrra ( I )

Ahora tomando la ecuación dada para r, obtenemos al derivar y elevar al cuadrado:

22222 CtwRRr

22

0

2 CRr t

( II )


53

Para la aceleración obtenemos al derivar dos veces la ecuación ( I )

kSenwtRtwRwCoswtitCoswtrwRwSenwtr ˆ)2(ˆ)2( 22

kRwrt

ˆ20

( III )

El radio de curvatura lo obtenemos de la componente apropiada de la aceleración de la ecuación ( I ):

curvaturaderadiorr

rrar

22

ˆ

Rw

CRr

2

22


54


ESCUELA DE CIENCIAS, DEPARTAMENTO DE FISICA


EXAMEN DE FISICA NIVEL II

Problema 1 Considere el corte transversal de un cilindro sólidono conductor largo, el cual posee una

densidad volumétrica de carga 𝜌 = 4.18 𝑛𝐶/𝑚3 , está centrado en el origen de

coordenadas, su radio vale 𝑅= 10 cm. Este cilindro posee un agujero en forma de cilindro paralelo a su eje, el cual está centrado en el punto (−5, −4) 𝑐𝑚 , tiene un radio 𝑏 = 3 cm. Calcular el campo eléctrico en el punto (4, −6) 𝑐𝑚. Problema 2

Un anillo no conductor posee una carga 𝑄 = +5.0𝐶 , el anillo es un disco de radio 𝑅 = 6 𝑚𝑚 con un agujero de radio 𝑅/2 , como se muestra en la figura.

Un electrón se coloca a lo largo del eje del anillo (eje 𝑥) a una distancia 𝑥 = 12 𝑚𝑚, se suelta a partir del reposo, el electrón se mueve a lo largo del eje del anillo, para el

instante que pasa por el centro del anillo (en 𝑥 = 0) encuentre la rapidez que lleva el electrón.


55

Problema 3

Un electrón viaja en la dirección del eje 𝑥 con una rapidez constante 𝑣𝑜𝑥 , en el

instante que el electrón pasa por el origen se activa un campo magnético 𝑩 = 𝐵𝑧𝒌 T.

Siendo 𝐵𝑧 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 a) Escribir las ecuaciones de movimiento del electrón.

b) Resolver las ecuaciones de movimiento bajo las condiciones iniciales ,en el

instante 𝑡 = 0𝑠 , la posición inicial es cero 𝒓 0 = 0,0,0 la velocidad inicial es

𝑣 𝑜 = 𝑣𝑜𝑥 , 0,0 y mostrar que el movimiento se da en el plano (𝑥, 𝑦)

c) Demostrar que la trayectoria del electrón es un círculo en el plano (𝑥, 𝑦) centrado

en 0 ,𝑣𝑜𝑥

𝜔 y que gira con una rapidez angular 𝜔 =

𝑒 𝐵𝑧

𝑚.

Problema 4

Una espira conductora cuadrada de lado 𝐿, de 𝑁 vueltas, posee una resistencia

eléctrica 𝑅 y masa 𝑚. La espira esta pivoteada sobre el eje 𝑧 (ver figura) y puede girar

libremente. En el instante 𝑡 = 0 𝑠 se activa un campo magnético constante 𝑩 = 𝐵𝑦𝒋 𝑇

, la espira se encuentra paralela al eje 𝑥, y se deja caer, encontrar el momento (o

torque) cuando la espira ha girado un ángulo respecto al eje 𝑥.


56

SOLUCION DE LA PRUEBA

Problema 1 Considere el corte transversal de un cilindro sólido no conductor largo, el cual posee

una densidad volumétrica de carga 𝜌 = 4.18 𝑛𝐶/𝑚3 , está centrado en el origen de coordenadas, su radio vale 𝑅= 10 cm. Este cilindro posee un agujero en forma de cilindro paralelo a su eje, el cual está centrado en el punto (−5, −4) 𝑐𝑚, tiene un radio 𝑏

= 3 cm. Calcular el campo eléctrico en el punto (4, −6) 𝑐𝑚.

Solución: Por el principio de superposición el campo en el punto (4, −6 ) 𝑐𝑚 es la suma

vectorial del campo debido al cilindro de radio 𝑅 más el campo debido al cilindro hueco, el cual se considera como un cilindro sólido con densidad de carga igual que la del

cilindro de radio 𝑅, ahora, como realmente no es un cilindro sólido entonces el campo eléctrico del hueco se resta al del cilindro sólido, de tal manera que:

𝑬 = 𝑬 𝑠 − 𝑬 𝑕

Siendo: 𝐸 el campo eléctrico en el punto (4, −6) 𝑐𝑚

𝐸 𝑠 el campo eléctrico debido al cilindro sólido en el punto (4, −6) 𝑐𝑚

𝐸 𝑕 el campo eléctrico debido al cilindro hueco en el punto (4, −6) 𝑐𝑚 Se calcula primero el campo eléctrico dentro y fuera de un cilindro no conductor con densidad volumétrica de carga:

Dentro: 𝐸 ∙ 𝑛 𝑑𝐴 = 𝑞𝑒𝑛𝑐

𝜖𝑜 ⇒ 𝐸2𝜋𝑟𝑙 =

𝜌𝜋 𝑟2𝑙

𝜖𝑜 ⇒ 𝐸 =

𝜌𝑟

2𝜖𝑜 ∴ 𝑬 =

𝜌𝑟

2𝜖𝑜𝒓

Fuera: 𝐸 ∙ 𝑛 𝑑𝐴 = 𝑞𝑒𝑛𝑐

𝜖𝑜 ⇒ 𝐸2𝜋𝑟𝑙 =

𝜌𝜋𝑅2𝑙

𝜖𝑜 ⇒ 𝐸 =

𝜌𝑟𝑅2

2𝜖𝑜𝑟 ∴ 𝑬 =

𝜌𝑅2

2𝜖𝑜𝑟𝒓


57

Calculemos ahora el campo eléctrico para el cilindro sólido:

𝐸 𝑠 =𝜌𝑟

2𝜖𝑜𝒓

𝑟 = 4, −4 su magnitud 𝑟 = 42 + 62 = 52 = 7.21 𝑐𝑚

∴ 𝒓 = 4

5.66,−6

5.66 = 0.55, −0.83

𝜌𝑟

2𝜖𝑜=

4.18𝐸 − 9 7.21𝐸 − 2

2 8.85𝐸 − 12 = 17.03

𝑁

𝐶 ∴

𝑬 𝑠 = 17.03 0.55, −0.83 = 9.44, −14.17 𝑁

𝐶

Calculemos ahora el campo eléctrico para el cilindro hueco:

𝑬 𝑕 =𝜌𝑏2

2𝜖𝑜𝑟´𝑟 ´

Según la figura

𝒂 + 𝒓 ´′ = 𝒓 ∴ 𝒓 ´ = 𝒓 − 𝒂 = 4, −6 — 5, −4 = 9 , −2 𝑐𝑚

𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑟′ = 92 + 22 = 9.22 𝑐𝑚

𝒓 ´ = 9

9.22,−2

9.22 = 0.98 , −0.22

𝜌𝑏2

2𝜖𝑜𝑟´=

4.18𝐸 − 9 0.03 2

2 8.85𝐸 − 12 (9.22𝐸 − 2)= 2.31

𝑁

𝐶

𝐸 = 2.31 0.98 , −0.22 ∴ 𝑬 𝑕 = 2.25 , −0.50 𝑁

𝐶

Por lo tanto 𝑬 = 𝑬 𝑠 − 𝑬 𝑕 = 9.44, −14.17 − 2.25 , −0.50

𝑬 = 𝟕. 𝟏𝟗 , −𝟏𝟑.𝟔𝟕 𝑵

𝑪


58

Problema 2

Un anillo no conductor posee una carga 𝑄 = +5.0𝐶 , el anillo es un disco de radio 𝑅 = 6 𝑚𝑚 con un agujero de radio 𝑅/2 , como se muestra en la figura. Un electrón se coloca a lo largo del eje del anillo(eje 𝑥) a una distancia 𝑥 = 12 𝑚𝑚, se suelta a partir del reposo, el electrón se mueve a lo largo del eje del anillo, para el

instante que pasa por el centro del anillo (en 𝑥 = 0) encuentre la rapidez que lleva el electrón. Solución: El trabajo necesario para mover al electrón está dado por:

𝑊 = −𝑞∆𝑉 Por el teorema de trabajo y energía 𝑊 = ∆𝐾 , sustituyendo:

∆𝐾 = −𝑞∆𝑉 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑞 = −𝑒 𝑦 𝐾 =1

2𝑚𝑣2

1

2𝑚𝑣𝑓

2 −1

2𝑚𝑣𝑜

2 = − −𝑒 𝑉𝑓 − 𝑉𝑜

Al inicio el electrón se encuentra en la posición 𝑥 = 12 𝑚𝑚 y su rapidez es cero 𝑣𝑜 =0,en el estado final su posición es 𝑥 = 0 y su rapidez vale 𝑣𝑓 .

∴ 1

2𝑚𝑣𝑓

2 = 𝑒 𝑉𝑓 − 𝑉𝑜 ⇒ 𝑣𝑓 = 2𝑒 𝑉𝑓 − 𝑉𝑜

𝑚

Procedamos a calcular el potencial eléctrico debido al anillo a una distancia 𝑥 del eje. Para realizar este cálculo imaginemos que el disco está formado por un por un conjunto de anillos delgados infinitesimales,


59

Para un anillo delgado

𝑉 =1

4𝜋𝜖𝑜

𝑑𝑞

𝑟=

1

4𝜋𝜖𝑜

𝑑𝑞

𝑎2 + 𝑥2 1/2=

1

4𝜋𝜖𝑜

𝑄

𝑎2 + 𝑥2 1/2

𝑉 𝑥 =1

4𝜋𝜖𝑜

𝑄

𝑎2 + 𝑥2 1/2

Consideremos sobre el anillo, un anillo delgado infinitesimal

𝑑𝑉 =1

4𝜋𝜖𝑜

𝑑𝑞

𝑦2 + 𝑥2 1/2=

1

4𝜋𝜖𝑜

𝜍2𝜋𝑦 𝑑𝑦

𝑦2 + 𝑥2 1/2

𝑉 =1

4𝜋𝜖𝑜

𝜍2𝜋𝑦 𝑑𝑦

𝑦2 + 𝑥2 1/2

𝑅

𝑅2

=2𝜍𝜋

4𝜋𝜖𝑜 𝑅2 + 𝑥2 −

𝑅

4

2

+ 𝑥2

Siendo 𝑄 = 𝜍 𝜋𝑅2 − 𝜋𝑅

4

2 =

3𝜍𝜋𝑅2

4 ⇒ 𝜍 =

4𝑄

3𝜋𝑅2, sustituyendo:

𝑉 𝑥 =2𝑄

3𝜋𝜖𝑜𝑅2 𝑅2 + 𝑥2 −

𝑅

4

2

+ 𝑥2

Evaluando :

𝑉𝑜 = 2 5𝐸 − 9

3𝜋 8.85𝐸 − 12 6𝐸 − 3 2 6𝐸 − 3 2 + 12𝐸 − 3 2 −

6𝐸 − 3

4

2

+ 12𝐸 − 3 2

= 3.49𝐸03 𝑉

𝑉𝑓 = 2 5𝐸 − 9

3𝜋 8.85𝐸 − 12 6𝐸 − 3 2 6𝐸 − 3 2 + 0 2 −

6𝐸 − 3

4

2

+ 0 2 = 9.99𝐸03 𝑉


60

La rapidez final vale:

𝑣𝑓 = 2𝑒 𝑉𝑓 − 𝑉𝑜

𝑚= 𝑣𝑓 =

2 1.6𝐸 − 19 9.99𝐸03 − 3.49𝐸03

9.11𝐸 − 31= 4.78𝐸07 𝑚/𝑠

𝒗𝒇 = 𝟒. 𝟕𝟖𝑬𝟎𝟕 𝒎/𝒔

Problema 3

Un electrón viaja en la dirección del eje 𝑥 con una rapidez constante 𝑣𝑜𝑥 , en el

instante que el electrón pasa por el origen se activa un campo magnético 𝑩 = 𝐵𝑧𝒌 T.

Siendo 𝐵𝑧 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 a) Escribir las ecuaciones de movimiento del electrón.

b) Resolver las ecuaciones de movimiento bajo las condiciones iniciales ,en el

instante 𝑡 = 0𝑠 , la posición inicial es cero 𝒓 0 = 0,0,0 la velocidad inicial es

𝑣 𝑜 = 𝑣𝑜𝑥 , 0,0 y mostrar que el movimiento se da en el plano (𝑥, 𝑦)

c) Demostrar que la trayectoria del electrón es un círculo en el plano (𝑥, 𝑦)centrado

en 0 ,𝑣𝑜𝑥

𝜔 y que gira con una rapidez angular 𝜔 =

𝑒 𝐵𝑧

𝑚.

Solución: Inciso a) Consideremos la siguiente figura que muestra al electrón en el instante inicial.

La fuerza que actúa sobre el electrón es 𝑭 = 𝑞 𝒗 × 𝑩

𝑭 = −𝑒 𝒊 𝒋 𝒌

𝑣𝑥 𝑣𝑦 𝑣𝑧

0 0 𝐵𝑧

= −𝑒 𝑖 𝑣𝑦𝐵𝑧 − 0 − 𝑗 𝑣𝑥𝐵𝑧 − 0 + 𝑘 0

𝑭 = −𝑒 𝑣𝑦𝐵𝑧𝒊 + 𝑒 𝑣𝑥𝐵𝑧𝒋 + 0 𝒌 . Aplicando la segunda ley :

𝑭 = 𝑚𝒂 ⇒ 𝑭 = −𝑒 𝑣𝑦𝐵𝑧𝒊 + 𝑒 𝑣𝑥𝐵𝑧𝒋 + 0 𝒌 = 𝑚𝑎𝑥𝒊 + 𝑚𝑎𝑦𝒋 + 𝑚𝑎𝑧𝒌


61

Siendo 𝑚 la masa del electrón. Igualando los vectores, obtenemos las ecuaciones de movimiento

−𝒆 𝒗𝒚𝑩𝒛 = 𝒎𝒂𝒙 𝒆 𝒗𝒙𝑩𝒛 = 𝒎𝒂𝒚 𝟎 = 𝒎𝒂𝒛

Inciso b) Rescribiendo la primera ecuación:

−𝑒 𝑣𝑦𝐵𝑧 = 𝑚𝑎𝑥 ⇒ −𝑒𝑑𝑦

𝑑𝑡𝐵𝑧 = 𝑚

𝑑𝑣𝑥

𝑑𝑡 ⇒ −𝑒 𝐵𝑧 𝑑𝑦 = 𝑚 𝑑𝑣𝑥

Integrando:

−𝑒 𝐵𝑧 𝑑𝑦𝑦

0

= 𝑚 𝑑𝑣𝑥

𝑣𝑥

𝑣𝑜𝑥

; −𝑒𝐵𝑧 𝑦 = 𝑚𝑣𝑥 − 𝑚𝑣𝑜𝑥

De donde:

𝑚𝑣𝑥 = −𝑒𝐵𝑧 𝑦 + 𝑚𝑣𝑜𝑥 Tomando la segunda ecuación de movimiento :𝑒 𝑣𝑥𝐵𝑧 = 𝑚𝑎𝑦 , despejando 𝑣𝑥

𝑣𝑥 =𝑚𝑎𝑦

𝑒 𝐵𝑧 𝑠𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑚

𝑚𝑎𝑦

𝑒 𝐵𝑧 = −𝑒𝐵𝑧 𝑦 + 𝑚𝑣𝑜𝑥

Reordenando 𝑎𝑦 = − 𝑒 𝐵𝑧

𝑚

2

𝑦 +𝑒 𝐵𝑧

𝑚𝑣𝑜𝑥 𝑙𝑙𝑎𝑚𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑖𝑚𝑝𝑙𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝜔 =

𝑒 𝐵𝑧

𝑚

La cual es la frecuencia angular o la rapidez angular del electrón, reescribiendo: 𝑑2𝑦

𝑑𝑡2 + 𝜔2𝑦 =𝑒 𝐵𝑧

𝑚𝑣𝑜𝑥 .Cuya solución es 𝑦 = 𝐶1𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡 + 𝐶2𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 +

𝑒 𝐵𝑧

𝑚𝜔2 𝑣𝑜𝑥

Aplicando las condiciones iniciales:

𝑦 = 𝐶1𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡 + 𝐶2𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 +𝑣𝑜𝑥

𝜔 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡 = 0 𝑦 = 0 ∴ 𝐶2 = −

𝑣𝑜𝑥

𝜔

𝑦 = 𝐶1𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡 −𝑣𝑜𝑥

𝜔𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 +

𝑣𝑜𝑥

𝜔 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡 = 0 𝑙𝑎 𝑣𝑜𝑦 = 0


62

Sacando la primera derivada y aplicando esta condición:

𝑣𝑦 = 𝜔𝐶1𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 + 𝜔 𝑣𝑜𝑥 𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡 = 0 𝑙𝑎 𝑣𝑜𝑦 = 0 ∴ 𝐶1 = 0

La solución particular es: 𝑦 = −𝑣𝑜𝑥


𝑣𝑜𝑥

𝜔

---------------------------------------------------------- Rescribiendo la segunda ecuación:

𝑒 𝑣𝑥𝐵𝑧 = 𝑚𝑎𝑦 ⇒ 𝑒𝑑𝑥

𝑑𝑡𝐵𝑧 = 𝑚

𝑑𝑣𝑦

𝑑𝑡 ⇒ 𝑒 𝐵𝑧 𝑑𝑥 = 𝑚 𝑑𝑣𝑦

Integrando:

𝑒 𝐵𝑧 𝑑𝑥𝑥

0

= 𝑚 𝑑𝑣𝑦

𝑣𝑥

0

𝑒𝐵𝑧 𝑥 = 𝑚𝑣𝑦

De donde 𝑚𝑣𝑦 = 𝑒𝐵𝑧 𝑥

Tomando la primera ecuación de movimiento −𝑒 𝑣𝑦𝐵𝑧 = 𝑚𝑎𝑥 despejando 𝑣𝑦

𝑣𝑦 = −𝑚𝑎𝑥

𝑒 𝐵𝑧 𝑠𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑚 −

𝑚𝑎𝑥

𝑒 𝐵𝑧 = 𝑒𝐵𝑧 𝑥 𝑎𝑥 = −𝜔2𝑥

Reescribiendo 𝑑2𝑥

𝑑𝑡2 + 𝜔2𝑥 = 0 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑥 = 𝐶3𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡 + 𝐶4𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡

𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡 = 0 𝑥𝑜 = 0 𝐶4 = 0

Sacando la primera derivada𝑣𝑥 = 𝜔𝐶3𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡 = 0 𝑣𝑜𝑥 = 𝜔𝐶3

La solución particular es 𝑥 = 𝑣𝑜𝑥

𝜔 𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡

----------------------------------------------------------------- Tomando la tercera ecuación de movimiento

𝑎𝑧 = 0 ⇒ 𝑑𝑣𝑧

𝑑𝑡= 0 ⇒ 𝑣𝑧 = 𝐶 ó

𝑑𝑧

𝑑𝑡= 𝐶 ∴ 𝑧 = 𝐶𝑡 + 𝑏

Aplicando las condiciones iniciales 𝑡 = 0 𝑧𝑜 = 0 ⇒ 𝑏 = 0

Su primera derivada 𝑣𝑧 = 𝐶 𝑡 = 0 𝑣𝑜𝑧 = 0 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑙𝑢𝑦𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝐶 = 0.


63

Por lo tanto el movimiento se da en el plano (𝑥, 𝑦) siendo sus ecuaciones paramétricas:

𝒙 = 𝒗𝒐𝒙

𝝎 𝒔𝒆𝒏𝝎𝒕 , 𝒚 = −

𝒗𝒐𝒙

𝝎𝒄𝒐𝒔𝝎𝒕 +

𝒗𝒐𝒙

𝝎

Inciso c)

Procedamos a elevar al cuadrado 𝑥 y 𝑦 , y luego sumemos:

𝑥2 + 𝑦2 = 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

𝑠𝑒𝑛2𝜔𝑡 + 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 + 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

𝑥2 + 𝑦2 = 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

− 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡

De la ecuación 𝑦 = −𝑣𝑜𝑥


𝑣𝑜𝑥

𝜔 , 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 =

𝜔

𝑣𝑜𝑥 𝑣𝑜𝑥

𝜔− 𝑦

Sustituyendo:

𝑥2 + 𝑦2 = 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

− 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2 𝜔

𝑣𝑜𝑥 𝑣𝑜𝑥

𝜔− 𝑦 = 2

𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

− 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

+ 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔 𝑦

𝑥2 + 𝑦2 − 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔 𝑦 = 0

Completando cuadrados:𝑥2 + 𝑦2 − 2 𝑣𝑜𝑥

𝜔 𝑦 +

𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

− 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

= 0

𝑥2 + 𝑦 −𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

= 𝑣𝑜𝑥

𝜔

2

Esta ecuación representa la trayectoria del electrón, la cual es un círculo centrado en el

punto 0 ,𝑣𝑜𝑥

𝜔 y radio 𝑅 =

𝑣𝑜𝑥

𝜔.


64

Problema 4

Una espira conductora cuadrada de lado 𝐿, de 𝑁 vueltas, posee una resistencia eléctrica 𝑅 y masa 𝑚. La espira esta pivoteada sobre el eje 𝑧 (ver figura) y puede girar

libremente. En el instante 𝑡 = 0 𝑠se activa un campo magnético constante 𝑩 = 𝐵𝑦𝒋 𝑇,

la espira se encuentra paralela al eje 𝑥, y se deja caer, encontrar el momento (o torque)

cuando la espira ha girado un ángulo respecto al eje 𝑥. Solución: El torque que experimenta la espira es debido primero, a su propio peso,

𝜏 𝑔 = 𝑟 × 𝑚𝑔 , luego en el instante qque empieza a girar , el flujo de campo magnético

que pasa a través del área que encierra la espira empieza a variar, y por la ley de inducción de Faraday se inducirá una corriente en la espira, lo cual es la causa de que

la espira experimente otro torque 𝜏 𝐵 = 𝜇 × 𝐵 . El torque neto será entonces:𝜏 = 𝜏 𝑔 + 𝜏 𝐵.

Caculemos el torque debido al peso: Consideremos la espirando girando y en cierto instante

En que ha recorrido un angulo 𝜃 (ver figura adjunta)

𝑟 =𝐿

2𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑖 −

𝐿

2𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑗 𝑚 , 𝑚𝑔 = 𝑚𝑔 −𝑗 𝑁

𝝉 𝑔 = 𝒓 × 𝑚𝒈 =

𝒊 𝒋 𝒌

𝐿

2𝑐𝑜𝑠𝜃 −

𝐿

2𝑠𝑒𝑛𝜃 0

0 −𝑚𝑔 0

= 𝒊 0 − 𝒋 0 + 𝒌 −𝑚𝑔𝐿

2𝑐𝑜𝑠𝜃


65

𝝉 𝑔 =𝑚𝑔𝐿𝑐 𝑜𝑠𝜃

2 −𝒌 𝑁𝑚 el torque debido al peso hace girar la espira en contra de las

manecillas de un reloj.

Torque debido al campo magnético 𝜏 𝐵 = 𝜇 × 𝐵 . Siendo 𝜇 el momento dipolar magnético cuya magnitud vale 𝜇 = 𝑁𝐼𝐴 𝑁 = Número de vueltas de la espira, 𝐴 = área que encierra la espira, ya que es un

cuadrado 𝐴 = 𝐿2 y 𝐼 = es la corriente eléctrica inducida según la ley de faraday. La ley de Inducción de Faraday dice.

ℰ = −𝑁𝑑Φ𝐵

𝑑𝑡

ℰ = es la fem inducida = 𝑅𝐼 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑅 = la resistencia de la espira.

Φ𝐵 = 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑜 = 𝐵 ∙ 𝑛 𝑑𝑎 = 𝐵 ∙ 𝑛 𝐿2 ver figura

𝛼 + 90 − 𝜃 = 90 ⟹ 𝛼 = 𝜃

𝐵 ∙ 𝑛 = 𝐵𝑦 1 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 𝐵𝑦 𝑐𝑜𝑠𝜃

Φ𝐵 = 𝐵𝑦 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝐿2 ∴ 𝑑Φ𝐵

𝑑𝑡= −𝐵𝑦𝐿

2𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑑𝜃

𝑑𝑡 = −𝐵𝑦𝐿

2𝑠𝑒𝑛𝜃 𝜔 = −𝜔𝐵𝑦𝐿2𝑠𝑒𝑛𝜃

ℰ = −𝑁 −𝜔𝐵𝑦𝐿2𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝑅𝐼 ⇒ 𝐼 =

𝑁𝜔𝐵𝑦𝐿2𝑠𝑒𝑛𝜃

𝑅

Por lo tanto la magnitud del momento dipolar magnético vale:

𝜇 = 𝑁𝐼𝐴 = 𝑁 𝑁𝜔𝐵𝑦𝐿

2𝑠𝑒𝑛𝜃

𝑅 𝐿2 =

𝑁2𝜔𝐵𝑦𝐿4𝑠𝑒𝑛𝜃

𝑅 𝐴𝑚2


66

El torque debido al campo magnético vale

𝜏 𝐵 = 𝜇 × 𝐵 , los vectores se visualizan en la figura:

Como se mostro𝜃 = 𝛼

𝝉 𝐵 = 𝝁 × 𝑩 = 𝑖 𝑗 𝑘

𝜇 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝜇 𝑐𝑜𝑠𝜃 00 𝐵𝑦 0

= 𝑖 0 − 𝑗 0 + 𝑘 𝐵𝑦𝜇𝑠𝑒𝑛𝜃

𝝉 𝐵 = 𝐵𝑦 𝜇 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑘 𝑁𝑚 , el torque debido al campo magnético hace girar la espira en

contra de las manecillas de un reloj. El torque total vale :

𝜏 = 𝜏 𝑔 + 𝜏 𝐵 = −𝑚𝑔𝐿

2𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑘 + 𝐵𝑦𝜇𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑘

Sustitullendo el valor del momento dipolar magnético:

𝜏 = −𝑚𝑔𝐿

2𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝐵𝑦

𝑁2𝜔𝐵𝑦𝐿4𝑠𝑒𝑛𝜃

𝑅 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑘

𝝉 = −𝒎𝒈𝑳𝒄𝒐𝒔𝜽

𝟐+

𝑵𝟐𝝎𝑩𝒚𝟐𝑳𝟒𝒔𝒆𝒏𝟐𝜽

𝑹 𝒌 𝑵𝒎


67

4.3 Química


ESCUELA DE CIENCIAS, ÁREA DE QUÍMICA GENERAL


EXAMEN DE QUIMICA NIVEL I

Instrucciones. A continuación se le presentan dos series generales de problemas, con instrucciones y valor adjunto. Está permitido el uso de Tabla Periódica, tabla de factores de conversión, ecuacionario y calculadora. No está permitido el uso de celular. Primera Serie (50 puntos). Consta de 20 preguntas de selección múltiple todas corresponden a la parte teórica. Subraye la respuesta correcta. Si necesita razonar una respuesta, hágalo en la parte de atrás de la hoja, indicando el número de inciso que se razona. 1. La Temperatura es uno de los Observables Primarios; es decir, los observables

creados en el Big Bang. Otros son el espacio, el tiempo (concebidos como uno solo

en la Relatividad) y la materia. El observable Temperatura, se puede reducir sin

embargo, un observable derivado de los anteriormente citados; de esta manera, se

puede considerar como:

a. La cantidad de calor que posee un sistema

b. La sensación de “frío” o “caliente” que un sistema transmite al entorno

c. La energía cinética de las partículas del sistema

d. La energía química potencial de las partículas del sistema

e. a y b son correctas

f. a, b y c son correctas

g. todas son correctas


68

2. Suponga que mezcla un líquido A con un líquido B, siendo A > B. Si las masas de A

y B son iguales, entonces:

a. La densidad de la mezcla está más cerca de la densidad de A

b. La densidad de la mezcla está más cerca de la densidad de B

c. La densidad de la mezcla es el promedio de las dos densidades

3. Una reempe sólo puede albergar a dos electrones, nunca a más de dos; estos es así

porque:

a. Los electrones son bosones

b. Los electrones son fermiones

c. El Número de simetría es fraccionario

d. Existe el Principio de exclusión de Pauli

e. Existe el Principio de Mínima Energía de Yeu Ta

f. a y e son correctas

g. c y d son correctas

h. b, c, y d son correctas

4. Para los metales de transición interna, el electrón diferenciante tiene un número de

impulso angular igual a:

a. 0

b. 1

c. 2

d. 3

e. 4

5. Los anfígenos tienen en común los siguientes números cuánticos:

a. n y l

b. l y m (ml)

c. l, m (ml) y ms

d. ms y S

e. S y C


69

6. ¿Cuál de los siguientes elementos tiene al menos 2 electrones de igual energía

mecánica?

a. Litio

b. Berilio

c. Boro

d. Carbono

e. a y b son correctas

f. b y c son correctas

g. b, c y d son correctas

h. todas son correctas

7. Esencialmente, dos núcleos isotópicos se diferencian entre sí por:

a. Su carga

b. Su masa

c. Su carga y su masa

8. La masa y carga son “propiedades internas” de la materia. Otra “propiedad interna”

es el espín. Las propiedades internas se manifiestan al exterior como campos (por

ejemplo, la masa crea el campo gravitatorio, la carga en movimiento crea el campo

electromagnético). Se conocen cinco campos, cuál de ellos es creado por el espín:

a. Gravitatorio

b. Eléctrico

c. Magnético

d. Nuclear fuerte

e. Nuclear débil

f. Ninguno

9. ¿Cuál es la máxima cantidad de elementos que puede haber en un período, cuáles

períodos tienen ese número?

a) 18, tienen ese número los períodos 4, 5 6 y 7 b) 18, poseen ese número los períodos 4 y 5 c) 32, poseen ese número los período 6 y 7 d) 32, ese número lo posee solamente el período 6 e) Ninguna es correcta


70

10. Considere el elemento Tannium, Tnn, que se ha descubierto en el lejano planeta

Bactricuo. Una muestra representativa consta medio mol de átomos de Tnn,

repartidos así: doscientos mil trillones son de 254Tnn, trece por cien son de 255Tnn y el

resto es de 256Tnn ¿Cuál es la masa elemental de Tnn? (Use aproximación para

estimar la masa de cada uno de los átomos).

a. 0.5 uma

b. 255.13 uma

c. 254.54 uma

d. 1.79 uma

e. 255.87 uma

11. ¿Cuál de los siguientes enunciados describe las características generales de la

tabla periódica? a) Identifica y localiza los elementos representativos y de transición b) Presenta la secuencia de los elementos y su relación con la estructura atómica c) Divide los elementos en períodos y familias d) Clasifica los elementos en metales, no metales y metaloides e) Todas son correctas

12. En la mayoría de casos, la carga nuclear efectiva determina la atracción de un

núcleo hacia los electrones propios y ajenos. ¿Cuál de los siguientes átomos tiene

mayor carga nuclear efectiva hacia los electrones propios pero no hacia los ajenos?

a. C

b. N

c. O

d. F

e. Ne

13. En una unión química, cuando la densidad de carga negativa se distribuye más del

lado de un núcleo que del otro (heterogéneamente) se puede interpretar también

con respecto al tiempo: quiere decir que los electrones del enlace pasan más

tiempo con un núcleo que con el otro. ¿En cuál de los siguientes casos, la

distribución de carga en el espacio-tiempo es más desigual?

a. N-H en el amoníaco

b. N-H+ en el ión amonio

c. La distribución de carga es igual en a y b


71

14. Cuál es el estado de oxidación de C en:

:O: :O:

—- .. || .. —- —- .. || .. —-

:O — C — O: :O — C — O:

¨ ¨ ¨ ¨

Al+3 Al+3

:O:

—- .. || .. —-

:O — C — O:

¨ ¨

a. -4 b. +4 c. 2 d. -2 e. 0

15. El estaño forma dos cloruros cuyos contenidos de estaño son:

a. 88.12% y 78.76%

b. 76.99% y 78.76%

c. 62.60% y 45.56%

d. 62.60% y 88.12%

e. Ninguna de las anteriores

16. Cuál de las siguientes sustancias es más rica en sodio?

a. Nitrato de sodio

b. Nitrato de potasio

c. Cloruro de sodio

d. Oxido de sodio

e. Todas tiene la misma cantidad de sodio


72

17. Considere la siguiente reacción para la formación de caolinita (Al2Si2O5(OH)4) en el

suelo:

KAlSi3O8 + H2CO3 + H2O → KHCO3 + Al2Si2O5(OH)4 + H2SiO3 Si en la ecuación química, el coeficiente estequiométrico del carbonato ácido de

potasio es 8, ¿cuál debe corresponder a la caolinita?

a. 1

b. 2

c. 4

d. 6

e. 8

f. Ninguna de las anteriores

18. Para un sistema físico gas ideal, si el volumen y la cantidad de partículas se

mantienen constantes y la presión del sistema aumenta:

a. La rapidez media de la partículas disminuye

b. La rapidez media de las partículas aumenta

c. La rapidez media de las partículas permanece constante

19. Considere los cuatro postulados del sistema hipotético Gas Ideal: 1. Las partículas

que lo forman son puntos-masa; 2. Las partículas no interaccionan (no crean ningún

campo); 3. Los choques de las partículas son elásticos (cada partícula conserva su

energía cinética) y 4. Las posiciones y velocidades iniciales de las partículas es

completamente al azar (el genial postulado de Maxwell). Todos estos postulados

contradicen la realidad (entendida según la ciencia); más aun: dos de esos

postulados se contradice entre sí, ¿cuáles son?

a. El 1 y el 2.

b. El 2 y el 3.

c. El 3 y el 4.

d. El 4 y el 1.

e. El 1 y el 4.


73

20. Un gas ideal no se puede licuar porque:

a. Sus partículas son puntos masa.

b. Sus partículas no interaccionan.

c. Sus partículas chocan elásticamente.

d. a y b son correctas

e. b y c son correctas

f. a y c son correctas

g. Todas son correctas

h. Ninguna de las anteriores es correcta

Segunda Serie. (50 puntos). A continuación encontrará 5 problemas. Resuélvalos correctamente en su cuadernillo de trabajo. Deje constancia escrita, objetiva, lógica, explícita y ordenada todo su procedimiento y todas sus suposiciones. Resalte sus resultados y ecuaciones más importantes de forma inequívoca y anote la respuesta específica en el temario. Problema 1. Análisis dimensional. En la Ciudad de Guatemala sus 3.5 millones de habitantes consumen un promedio de 33 galones percapita por dia. Cuantas toneladas cortas de fluoruro sódico al 45% de flúor en masa se necesitarán por año para darle a esta agua una dosis anticarie de 1 parte por millón de flúor en masa? Respuesta: ____________________________________________________ Problema 2. Análisis dimensional. ¿Qué altura alcanzaría el caucho desgastado por los neumáticos de los vehículos tipo sedan cada año en Guatemala, considerando que todo el caucho es apilado con 1 metro de profundidad a lo largo de un terreno de 7 metros de ancho, si la trama útil de un neumático es de 5/16 pulgadas y se puede conducir durante 35,000 millas antes de que se desgaste. Una llanta tiene un ancho de 15 cm y radio de 38 cm. El parque vehicular en Guatemala se estima en 1.2x106 autos y el número promedio de millas conducidas por año es aproximadamente de 12,000? Respuesta:_____________________________________________________


74

Problema 3. Enlace y Nomenclatura de compuestos. Halle las fórmulas y nombres para las sales báricas del azufre. Dibuje las estructuras de Lewis. Describa el número de enlaces iónicos, covalentes y covalentes coordinados. Respuesta:

Enlaces Enlaces Enlaces cov.

Nombre Fórmula Iónicos Covalentes Coordinados

Problema 4. Estequiometría. La soda cáustica puede obtenerse por medios electroquímicos de una salmuera; los productos secundarios son cloro e hidrógeno gaseosos: 2NaCl + 2H2O → 2Na(OH) + Cl2 + H2 Suponga que tiene 100 galones de una salmuera al 26 por 100 m/m, cuya densidad es 1.19443 g/mL y el rendimiento es de 85 por 100; ¿Cuántas libras de hidróxido de sodio se obtienen? ¿Cuántos kg de reactivo en exceso sobran? Respuesta: Na(OH) producido (lb):_______________________ Reactivo en exceso: kg:_________________________________________ Problema 5. Gases. En cierta cumbre, el aire enrarecido tiene una densidad de 0.49 g/L, y está compuesto por nitrógeno y oxígeno; en este lugar inhóspito, la temperatura es de -18°C y la presión es 0.35 atm. ¿Cuál es la fracción molar de oxígeno?

Respuesta:_____________________


75

SOLUCION DE LA PRUEBA RESPUESTAS DE LA PARTE TEORICA:

1) C; 2) B; 3) D; 4) D; 5) C; 6) H; 7) B; 8) B; 9) D; 10) C; 11) E;

12) E; 13) B; 14) B; 15) C; 16) D; 17) C; 18) B; 19) A; 20) B

Segunda Serie. (50 puntos). A continuación encontrará 5 problemas. Resuélvalos correctamente en su cuadernillo de trabajo. Deje constancia escrita, objetiva, lógica, explícita y ordenada todo su procedimiento y todas sus suposiciones. Resalte sus resultados y ecuaciones más importantes de forma inequívoca y anote la respuesta específica en el temario. Problema 1. Análisis dimensional. En la Ciudad de Guatemala sus 3.5 millones de habitantes consumen un promedio de 33 galones percapita por día. Cuantas toneladas cortas de fluoruro sódico al 45% de flúor en masa se necesitarán por año para darle a esta agua una dosis anticarie de 1 parte por millón de flúor en masa? Solución: Densidad del agua es 1.00 g/ml (3.5E-6 personas) * (33 gal/ persona día) * (3.785 L/ gal) * (1000 ml/L) * (1 g/ml) * (1 g de F/1 E-6 g de H2O) * (100g de NaF/45g de F) * (1 lb/454g) * (1 ton/2000 lb)* (365 días/ año) = 390.52 ton / año Problema 2. Análisis dimensional. ¿Qué altura alcanzaría el caucho desgastado por los neumáticos de los vehículos tipo sedan cada año en Guatemala, considerando que todo el caucho es apilado con 1 metro de profundidad a lo largo de un terreno de 7 metros de ancho, si la trama útil de un neumático es de 5/16 pulgadas y se puede conducir durante 35,000 millas antes de que se desgaste. Una llanta tiene un ancho de 15 cm y radio de 38 cm. El parque vehicular en Guatemala se estima en 1.2x106 autos y el número promedio de millas conducidas por año es aproximadamente de 12,000?


76

Solución: En primer lugar se puede calcular el total de llantas millas / año: Total de llantas millas/año = número de vehículos x 4 llantas/vehículo x recorrido/año Total de llantas millas/año = (1.2x106 vehículos)(4 llantas/vehículo)(12,000 millas/año) = 5.76x1010 El número N de llantas desgastadas por año se puede expresar de la siguiente manera: N = total de llantas millas/año Millas/llantas desgastadas N = 5.76x1010 / 35,000 millas = 1.646x106 llantas/año El volumen de caucho gastado por cada neumático durante un año está dado por: V = 2 π r x ancho x espesor de recubrimiento desgastado x 1 año V = 2 π (0.38 m) x 0.15 m x 0.0079 m x 1 año = 0.0028 m3 / neumático El volumen de caucho gastado por el total de llantas es: (1.646x106 llantas/año)( 0.0028 m3 / neumático) = 4654.70 m3 /año Finalmente, la altura de la “pila” de caucho gastado en un año será: V = profundidad x ancho x altura Altura = V / (profundidad x ancho) = (2304.4 m3 /año) / (1 m x 7 m) = 664.95 metros/año

Problema 3. Enlace y Nomenclatura de compuestos. Halle las fórmulas y nombres para las sales báricas del azufre. Dibuje las estructuras de Lewis. Describa el número de enlaces iónicos, covalentes y covalentes coordinados.


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Solución:

Enlaces Enlaces Enlaces cov.

Nombre Fórmula Iónicos Covalentes Coordinados

Hipo Sulfito de Bario

BaSO2 2 2 0

Sulfito de Bario

BaSO3 2 2 1

Sulfato de Bario

BaSO4 2 2 2

Problema 4. Estequiometría. La soda cáustica puede obtenerse por medios electroquímicos de una salmuera; los productos secundarios son cloro e hidrógeno gaseosos: 2NaCl + 2H2O → 2Na(OH) + Cl2 + H2 Suponga que tiene 100 galones de una salmuera al 26 por 100 m/m, cuya densidad es 1.19443 g/mL y el rendimiento es de 85 por 100; ¿Cuántas libras de hidróxido de sodio se obtienen? ¿Cuántos kg de reactivo en exceso sobran? Solución: Se calculan la cantidad de cloruro de sodio presente en la salmuera, tomando en cuenta la densidad de la solución y la concentración. 100 gal * (3.785 L/1 gal) * (1000 ml/1 L) * (1.19443 g/ml) * (26g NaCl/100g salmuera) = 117,543.86g NaCl Y hay 334,547.90 g H2O Como la relación estequiométrica entre el cloruro de sodio y el agua es de 2 a 2 y la masa molar del cloruro de sodio es mayor que la del agua, nuestro reactivo limitante es el cloruro de sodio.


78

117,543.86 g NaCl * (1mol NaCl/58.45g NaCl) * (2 mol NaOH/2 mol NaCl) * (40 g NaOH/mol NaOH) * (1 lb NaOH/454 g NaOH)= 177.18 lb NaOH Para determinar el reactivo en exceso que no reacciona primero hay que calcular cuánto del reactivo en exceso reacciono para que se consuma todo el reactivo limitante. 117,543.86 g NaCl * (1mol NaCl/58.45g NaCl) * (2 mol H2O/2 mol NaCl) * (18 g H2O/1 mol H2O) * (1Kg H2O/1000g H2O) = 36.19 Kg H2O consumidos La cantidad de agua que no reacciono: lo que teníamos al inicio menos lo que se consumió. 334.55 Kg – 36.19 Kg = 298.36 Kg H2O que no reaccionaron Problema 5. Gases. En cierta cumbre, el aire enrarecido tiene una densidad de 0.49 g/L, y está compuesto por nitrógeno y oxígeno; en este lugar inhóspito, la temperatura es de -18°C y la presión es 0.35 atm. ¿Cuál es la fracción molar de oxígeno?

Partimos de la ecuación PV = nRT n=m/M, ρ = m/V

Donde V = volumen P = presión n = moles R = 0.08206 L- atm/mol K T = Temperatura en kelvin m = masa M = masa molar ρ = densidad Sustituyendo en la ecuación de estado las otras dos ecuaciones tenemos PV = (m/M)RT acomodando la ecuación PM = (m/V)RT Sustituyendo la densidad PM = ρRT M = ρRT/P M = (0.49 g/L) * (0.08206 L- atm/mol K) * (255.15 K) / (0.35 atm) M= 29.316 g/mol


79

Tenemos que la m = n M nt = n de O2 + n de N2 mO2 = nO2 MO2 y mN2 = nN2 MN2 M = (mO2 + mN2)/n = (nO2 MO2 + nN2 MN2)/n Y = nO2/n y X = nN2/n Y + X = 1 y X = 1 - Y M = Y MO2 + X MN2 M = Y (32 g/mol) + (1- Y) (28g/mol) 29.316 g/mol = Y (32 g/mol) + (28g/mol) - (28g/mol)Y YO2 = 0.328


80


ESCUELA DE CIENCIAS, ÁREA DE QUÍMICA GENERAL


EXAMEN DE QUIMICA NIVEL II

Instrucciones. A continuación se le presentan dos series generales de problemas, con instrucciones y valor adjunto. Está permitido el uso de Tabla Periódica y calculadora. No está permitido el uso de celular. Primera Serie (60 puntos). Consta de 20 preguntas de selección múltiple todas corresponden a la parte teórica. Subraye la respuesta correcta. Si necesita razonar una respuesta, hágalo en la parte de atrás de la hoja, indicando el número de inciso que se razona.

1. Cuál de las siguientes no es una propiedad de las soluciones.

a) Es una mezcla homogénea de composición variable.

b) Es una mezcla homogénea de composición fija.

c) Las partículas de soluto tienen tamaño iónico o molecular

d) Generalmente se puede separar el soluto del solvente solo con medios

físicos.

e) Las soluciones son estables.

2. Cuál de los siguientes compuestos es falso.

a) Solubilidad es la cantidad de una sustancia (soluto) que se puede disolver en

una cantidad específica de otra sustancia solvente.

b) El proceso de la solución es química.

c) La mayor parte de los nitratos son solubles.

d) A mayor temperatura mayor solubilidad de las sales en el agua.

3. La expresión 10% de NaOH significa.

a) Que por cada 100g de solución hay 10g de NaOH.

b) Que por cada 100g de H2O hay 10g de NaOH

c) Que por cada 100g de solución hay 90g de H2O

d) Que por cada 100g de solución hay 90g de NaOH

e) a y c son correctos.


81

4. Al diluir 20ml de HCl 0.12M. Mediante la adición de 60ml de agua, la

concentración de la nueva solución es.

a) 0.064

b) 0.04M

c) 0.03M

d) 0.12M

e) Ninguno

5. Determine los gramos de NaOH necesarios para preparar 500ml de solución

acuosa 2m la densidad de la solución es 1.05g/ml.

a) 38.9

b) 19.5

c) 59.5

d) 10.5

e) Ninguna

6. Cuál de los siguientes conceptos es falso.

a) La disminución en la presión de vapor por la adición de un soluto no volátil es

proporcional a la fracción molar del soluto.

b) El ascenso ebulliscópico de la solución es directamente proporcional a la

molaridad de las partículas de soluto.

c) El descenso en el punto de congelación de la solución es proporcional a la

molalidad de las partículas de soluto.

d) Cuando dos soluciones de diferentes concentraciones se separan por una

membrana semipermeable, el solvente emigra de la solución más diluida a la

más concentrada hasta alcanzar el equilibrio.

e) El agua disuelve a sustancias polares.

7. Si una solución acuosa ebulle a 100.26ºc su concentración molal es.

a) 0.26

b) 2.6

c) 0.1

d) 0.5

e) 0.026

8. Si se mezcla 0.3L 1N de H2SO4 con 0.2L 2N de H2SO4 la N de la solución

resultante será.

a) 1.4

b) 1.0

c) 0.7

d) 2

e) 1.5


82

9. La sangre tiene una concentración de [ H+ ]= 4 x 10-8M, calcular el pH de la

sangre.

a) 6.4

b) 7.4

c) 8.4

d) 4

e) 8

10. En cuál de las siguientes casos la reacción no avanza significativamente hacia el

producto.

a) K= 62.8

b) K= 4 x 102

c) K= 0.03

d) K= 4 x 105

e) 1

11. Cuál de las siguientes formulas no es correcta.

a) 1 A = 1c/s

b) IV = 1 j/c

c) I = E/R

d) 1v = 1C/J

e) 1 A.S = 1C

12. En la electrólisis del cloruro de sodio fundido, es cierto.

a) En el cátodo interviene el Na+

b) En el cátodo interviene el H2O

c) En el ánodo interviene el Cl-

d) En el ánodo interviene el Na+1

e) b y d son falsas

13. Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa.

a) En la pila galvánica el cátodo es positivo

b) En la pila galvánica el ánodo es negativo

c) En la pila electrolítica el cátodo es negativo

d) En la pila electrolítica el ánodo es negativo

e) En el cátodo se produce la reducción.


83

14. Cuál de los siguientes conceptos es falso.

a) 1 F = 96,500 C

b) En la reacción 2Cl- → Cl2 (g) + 2e- se utilizan 2 faraday

c) Cuando pasa 1 F en la reacción anterior se produce 71g de Cl2

d) En la reacción 40H- → O2 (g) + 2H2O + 4 e- cuando pasa 2F se forma medio

mol de O2

e) 1 e- = 1.6022 x 10-19 C

15. De la pila de Daniell, cual es falso.

a) La Fem de una pila standard de Daniell es 1.10v.

b) En el ánodo se da la reacción Zn → Zn+2 + 20-

c) En el cátodo se da la reacción Cu+2 → 2e- → Cu

d) Las concentraciones de las soluciones son 1M

e) La Fem de la pila standard deDaniell es 1.5 V

16. Cuál de las siguientes formulas no es correcta.

a) ΛGº = -nF Eº

b) ΛGº = ΔHº - TASº

c) ΛGº = -2.303 R T log K

d) E = Eº + 0.05916 V logQ

nF e) Λsº = T AS0

T 17. Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa.

a) Una reacción de primer grado V = K [ A ]

b) La velocidad de reacción es proporcional a la concentración de los reactivos.

c) La energía de activación es la energía mínima necesaria para que los

reactivos pasen a productos.

d) En la reacción A2(g) + B2(g) → 2 AB (g) la velocidad de desaparición de

A2 = + Δ[ Δ2] /Δ t

e) La velocidad de desaparición de Δ2 es igual a la de B2

18. La ecuación de ARRHENIUS ES

a) K = Ae –Ea/kt

b) K = Ae +Ea/RT

c) K = e +Ea/RT

d) K = e – Ea/RT

A e) K = A. Ea

KT


84

19. En la expresión: V = K [ NO ]2 [ H2 ] es falso.

a) El orden de la reacción es de 3

b) El orden de la reacción es de 2 con respecto al NO

c) El orden de la reacción es de 1 con respecto a [ H2 ]

d) El orden de la reacción es de 0 con respecto a [ H2 ]

e) La expresión de V corresponde a la experimentación de los reactivos y

productos.

20. Si se disuelven 9.8g de H2SO4 en 1000g de H2O la solución.

a) 0.0098m

b) 9.8 m

c) 0.01m

d) 0.1m

Segunda Serie. (40 puntos). A continuación encontrará 5 problemas. Resuélvalos correctamente en su cuadernillo de trabajo. Deje constancia escrita, objetiva, lógica, explícita y ordenada todo su procedimiento y todas sus suposiciones. Resalte sus resultados y ecuaciones más importantes de forma inequívoca y anote la respuesta específica en el temario. Problema No. 1 Calcule los gramos de Ca3 (PO4)2 que se puede obtener cuando se mezclan 20ml de solución 3M de H3 PO4 y 30ml de solución 2N de Ca (OH)2 H3 PO4 + Ca (OH)2 → Ca3 (PO4)2 + H2O Problema No. 2 Se disuelve una muestra de un compuesto orgánico desconocido que pesa 1.20g en 50.0g de benceno, la solución congela a 4.92ºC. Determine el peso molecular del compuesto. Punto de congelación del benceno = 5.48ºC. Kc= 5.12º c/m Problema No. 3 A 500K 1.0 mol de ONCl (g) . Se introduce en un recipiente de 1L. en equilibrio el ONCl (g). Se disocia en 9.0%. 20NCl (g) ↔ 2 NO (g) + Cl2(g). Calcule el valor de K para el equilibrio a 500K. Problema No. 4 En la electrólisis del CuSO4, qué cantidad de cobre es depositada sobre el cátodo por una corriente de 0.75A en 10.0 minutos.


85

Problema No. 5 Tenemos la reacción: A + B ↔ C + 0 Es una reacción de segundo orden global y de segundo orden con respecto a B, la K a 30ºC = 0.622 L/mol S.

a) Cuál es la vida media de B cuando reaccionan 4.1 x 10-2M de B con respecto a

A.

b) Cuántos minutos deben pasar para que se haya gastado una concentración 7.0

x 10-3M de B, si se mezcla una concentración 4.0 x 10-2M de B con exceso de A?

Veamos primero cuánto B queda después de gastarse una concentración 7.0 x 10-3 M de B:


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SOLUCION DE LA PRUEBA RESPUESTAS PARTE TEORICA:

1) B; 2) B ; 3) E; 4) C; 5) A; 6) B; 7) D; 8) A; 9) A; 10) C;

11) D; 12) E; 13) D; 14) C; 15) E; 16) D; 17) D; 18) A; 19) D; 20) D

Segunda Serie. (40 puntos). A continuación encontrará 5 problemas. Resuélvalos correctamente en su cuadernillo de trabajo. Deje constancia escrita, objetiva, lógica, explícita y ordenada todo su procedimiento y todas sus suposiciones. Resalte sus resultados y ecuaciones más importantes de forma inequívoca y anote la respuesta específica en el temario. Problema no. 1 Calcule los gramos de Ca3 (PO4)2 que se puede obtener cuando se mezclan 20ml de solución 3M de H3 PO4 y 30ml de solución 2N de Ca (OH)2 H3 PO4 + Ca (OH)2 → Ca3 (PO4)2 + H2O Solución: Primero se balancea la ecuación. 2 H3PO4 + 3Ca (OH)2 → Ca3 (PO4)2 6 H2O 20ml 30ml g? 3M 2N Segundo: Cálculo de moles de cada uno de los reactivos. 3 moles de H3PO4 x 20ml = 0.06 moles H3PO4 1000 ml 2 eq - Ca (OH)2 x 30ml x 1 mol = 0.03 moles Ca ( OH )2 1000 ml eq – g Ca (OH)2 Tercero: cálculo reactivo limitante, aplicando el factor: f F para H3PO4 = 0.06 = 0.03 2 F para Ca (OH)2 = 0.03 = 0.01 3 Por lo tanto el Ca (OH)2 es el reactivo limitante Cuarto: aplico las relaciones estequiométricas. 1 mol Ca3 (PO4)2 x 0.03 moles Ca (OH)2 x 310 g = 3.1g 3 moles Ca (OH)2 1mol Ca3(PO4)2 Ca3(PO4)2


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Problema No. 2 Se disuelve una muestra de un compuesto orgánico desconocido que pesa 1.20g en 50.0g de benceno, la solución congela a 4.92ºC. Determine el peso molecular del compuesto. Punto de congelación del benceno = 5.48ºC. Kc= 5.12º c/m Solución: ΔTc = 5.48ºC - 4.92ºC = 0.56ºC ΔTc= m Kc entonces m ΔTc = 0.56ºC = 0.11 m Kc 5.12ºC M A partir de la molalidad tenemos 0.11 moles compuesto x 50g de benceno = 0.0056/moles 1000g benceno Entonces el PM = g de soluto = 1.20g soluto = 213.9 Mol 0.00561 mol Problema No. 3 A 500K 1.0 mol de ONCl (g) . Se introduce en un recipiente de 1L. en equilibrio el ONCl (q). Se disocia en 9.0%. 20NCl (g) ↔ 2 NO (g) + Cl2(g). Calcule el valor de K para el equilibrio a 500K. Solución: Puesto que el ONCl se disocia en una 9%, el número de moles disociados = 0.090 (1 mol)= 0.090 moles de ONCl. Quiere decir que 0.090 fue lo que reaccionó, entonces lo que queda en el equilibrio fue: [ONCl] = 1 mol/L – 0.090 mol/L = 0.091 mol/L Según la ecuación balanceada nos queda: 2 ONCl ↔ 2NO + Cl2 Inicio 1 mol 0 0 Equilibrio 0.91 0.090 0.045 K = [ NO ] 2[ Cl2 ] = ( 0.090 ) ( 0.045 ) = 4.4 x 10-4 mol/L [ ONCl ]2 ( 0.91 ) Problema No. 4 En la electrólisis del CuSO4, qué cantidad de cobre es depositada sobre el cátodo por una corriente de 0.75A en 10.0 minutos.


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Solución: Calculo del número de Faraday F = 10 minutos x 60s x 0.75 C x 1 F = 0.00466F 1 minuto 1s 96500C Cu + 2 + 2e- → Cu (s) g Cu = 0.00466F ( 63.5g Cu ( s ) ) = 0.148g Cu ( s ) 2F Problema No. 5 Tenemos la reacción: A + B ↔ C + 0 Es una reacción de segundo orden global y de segundo orden con respecto a B, la K a 30ºC = 0.622 L/mol S.

c) Cuál es la vida media de B cuando reaccionan 4.1 x 10-2M de B con respecto a

A.

d) Cuántos minutos deben pasar para que se haya gastado una concentración 7.0

x 10-3M de B, si se mezcla una concentración 4.0 x 10-2M de B con exceso de A?

Veamos primero cuánto B queda después de gastarse una concentración 7.0 x 10-3 M de B:

A) Solución:

T ½ = 1 . = 1 . . = 39.2 min K[B0] ( 0.622M-1 minuto -1 ) ( 4.10 x 10-2M )

B) Solución:

? M B restante = 0.040 M - 0.0070 M = 0.033 M = [B] Si aplicamos la relación 1 - 1 = kt [B] [B]0 Y despejamos t, resulta t = 1 ( 1 - 1 ) = 1 ( [B]0 - [B] ) K ( [B] [B]0) k ( [B][B]0 ) = 1 ( 7.0 x 10-3 M ) 0.622 M-1. Min-1 ( 0.00132 M2 ) t = 8.5 minutos


89

4.4 Biología

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA


EXAMEN DE BIOLOGIA NIVEL I

INSTRUCCIONES GENERALES: Esta prueba consta de cinco series. Cada serie posee instrucciones específicas en el cuadernillo, léalas antes de responder las preguntas. Debe responder las preguntas en tinta negra o azul. Puede usar calculadora, pero no celular.El tiempo para responder la prueba es de 90 minutos. Guatemala, 9 de octubre 2010 I SERIE SELECCIÓN MÚLTIPLE (30 puntos) INSTRUCCIONES: En su hoja de respuestas marque una X en la opción de la respuesta correcta. 1) ¿Cuál opción en la siguiente serie presenta el orden jerárquico de % en peso de los

elementos en el cuerpo humano? a) O, C, H, N, Ca b) H, O, Mn, Fe, Cr c) C, H, O, N, S, d) C, O, Cu, Ni, Zn

2) Las plantas necesitan macro y micronutrientes. Seleccione la opción que contenga

únicamente micronutrientes. a) Hierro, Hidrógeno, Oxígeno b) Azufre, Fósforo, Magnesio c) Calcio, Potasio, Nitrógeno d) Zinc, Boro, Manganeso

3) El grupo funcional _______________ contiene un átomo de nitrógeno unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno. a) carbonilo b) carboxilo c) amino d) fosfato


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4) El/La _________________ es un disacárido.

a) galactosa b) fructosa c) glucosa d) maltosa

5) La quitina es una molécula del grupo de los/las __________________ .

a) proteínas b) carbohidratos c) ácidos nucleicos d) nucleótidos

6) El siguiente es un ejemplo de proteína que transporta CO2.

a) hemoglobina b) miosina c) queratina d) colesterol

7) ¿Cuál de los siguientes es un aminoácido polar?

a) Pro b) Trp c) Phe d) Ser

8) ¿Cuál de los siguientes ejemplifica la estructura secundaria en las proteínas?

a) Interacciones de van der Waals b) lámina plegada beta c) puente disulfuro d) secuencia de aminoácidos

9) Una grasa neutra consiste en: a) un anillo de isopreno unido a dos ácidos grasos. b) un grupo amino unido a un grupo carboxilo. c) una molécula de glicerol unida a uno, dos o tres ácidos grasos. d) un ácido graso insaturado.

10) ¿Cuál de las siguientes es una función de los lípidos?

a) almacenan energía b) son componentes de membranas celulares c) son precursores de hormonas d) todas son correctas


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11) El siguiente NO es un ejemplo de molécula del grupo de los lípidos:

a) carotenoides b) esteroides c) fosfolípidos d) quitina

12) El ATP está formado por… a) Tres grupos fosfato, una ribosa y una glicina. b) Tres grupos fosfato, una pentosa y una base nitrogenada. c) Adenina, timina y prolina d) Adenina, tirosina y tres grupos fosfato

13) ¿Cuáles son las funciones del ADN y del ARN?

FUNCIONES del ADN FUNCIONES del ARN

A. Almacenamiento de información genética.

Componente estructural de la pared celular de plantas.

B. Digiere proteínas.

Almacena carbohidratos.

C. Almacenamiento de información genética.

Transmisión y expresión de la información genética.

D. Fuente de energía celular.

Medio de aislamiento térmico.

14) El/La ___________ es una base del grupo de las pirimidinas.

a) leucina b) adenina c) uracilo d) guanina

15) Las células procariotas poseen: a) membrana plasmática b) membrana nuclear c) plastidios d) núcleo

16) ¿Cuál de los siguientes enunciados es FALSO?

a) Las bacterias son procariotas. b) Las células eucariotas poseen membrana nuclear. c) Las células procariotas poseen membrana nuclear. d) Las células procariotas poseen menos estructuras que las eucariotas.


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17) Una de las diferencias entre células vegetales y animales es la:

a) Presencia de mitocondrias en las células animales b) Formación de placa celular en la mitosis de células vegetales c) Presencia de ribosomas en células animales d) Formación de membrana plasmática en células vegetales

18) ¿Cuál de los siguientes enunciados es FALSO? a) La membrana plasmática es impermeable. b) Las membranas celulares actúan como superficies para diversas reacciones

bioquímicas. c) Las membranas celulares permiten el intercambio selectivo de iones o

moléculas. d) Las membranas captan información que permite a la célula detectar cambios en

su entorno y reaccionar a ellos.

19) La membrana plasmática está formada principalmente de: a) fosfolípidos b) aminoácidos c) carbohidratos d) celulosa


a) Conforme al modelo de mosaico fluido, las membranas consisten en una bicapa fluida de fosfolípidos, en la cual están incluidas diversas proteínas.

b) Las moléculas de fosfolípidos son anfipáticas; tienen regiones hidrófilas e hidrófobas.

c) Las cabezas hidrófilas se encuentran en el interior de la bicapa lipídica y las cadenas de ácidos grasos se localizan en las dos superficies de la bicapa.

d) Las proteínas periféricas se asocian a la superficie de la bicapa.

21) Organelo que posee la siguiente función: síntesis de lípidos y destoxificación de sustancias. a) retículo endoplásmico liso b) centríolo c) lisosoma d) mitocondria

22) El _____________ almacena almidón.

a) aparato de Golgi b) retículo endoplásmico liso c) centríolo d) leucoplasto


93

23) Los _______________ contienen enzimas que degradan materiales ingeridos, secreciones y desechos celulares. a) cilios b) flagelos c) lisosomas d) ribosomas

24) Tubos huecos compuestos de subunidades de la proteína tubulina, forman parte del citoesqueleto, brindan soporte estructural y participan en el movimiento celular. a) microtúbulos b) microfilamentos c) filamentos intermedios d) cilios

25) Sacos membranosos que se encuentran principalmente en plantas y algas; se encargan del almacenamiento de materiales, desechos y agua. a) lisosomas b) peroxisomas c) cromoplastos d) vacuolas

26) En el interior de los cloroplastos se encuentran los ________________ . a) cilios b) tilacoides c) lisosomas d) estomas

27) El ciclo de Calvin sucede en el ________________. a) cromosoma b) tilacoide c) estroma d) nucleolo

28) Las/los ________________ son conductos que comunican células vegetales

adyacentes. a) uniones estrechas b) uniones en hendidura c) desmosomas d) plasmodesmos

29) En la ____________, la célula expulsa productos de desecho o secreciones, como hormonas o moco, por fusión de una vesícula a la membrana plasmática. a) exocitosis b) endocitosis c) fagocitosis d) pinocitosis


94

30) ¿Cuál es la definición CORRECTA de ósmosis?

a) Movimiento de un soluto a través de una membrana semipermeable desde una región de alta concentración hacia una región de baja concentración de ese soluto.

b) Movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable desde una región de alta concentración hacia una región de baja concentración de ese solvente.

c) Movimiento de agua a través de una membrana semipermeable desde una región de baja concentración hacia una región de alta concentración de agua.

d) Movimiento de un soluto a través de una membrana impermeable. II SERIE. VERDADERO O FALSO (15 PUNTOS) INSTRUCCIONES: A continuación encontrará una serie de enunciados. Lea cada uno detenidamente. Si el enunciado es verdadero marque una X en la letra V de la hoja de respuestas. Si el enunciado es falso, marque una X en la letra F de su hoja de respuestas. CONTESTE UNICAMENTE EN LA HOJA DE RESPUESTAS

1. La primera ley de la termodinámica afirma que la entropía en el universo aumenta de manera continua.

2. Los enlaces de hidrógeno mantienen unidas las moléculas de agua, mediante un

fenómeno llamado cohesión.

3. El agua alcanza su mayor densidad a los 0 °C.

4. Los buffers normalmente mantienen el pH de la sangre humana muy cercano a 7.4.

5. La precipitación ácida ha disminuido el pH de un lago a 4.0. La concentración

del ion hidrógeno del lago es de 10-4M.

6. El catabolismo se refiere a las diversas vías metabólicas en las cuales se sintetizan moléculas complejas a partir de sustancias más sencillas.

7. La respiración anaerobia es un proceso redox en el cual se transfieren electrones

de la glucosa al oxígeno.

8. En la glucólisis se degrada una molécula de glucosa y se forman dos moléculas de piruvato.

9. Esta es la reacción resumida de la respiración aerobia: C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 6 CO + 12 H2O + ENERGÍA (36 A 38 moléculas de ATP).


95

10. Los productores o heterótrofos son organismos que pueden elaborar moléculas orgánicas a partir de materias primas inorgánicas.

11. La clorofila se encuentra en los tilacoides de los cloroplastos.

12. La importancia de la fotosíntesis es la producción de carbohidratos que pueden

utilizarse después como combustible por las células.

13. La energía lumínica es convertida en energía química en las reacciones fotoindependientes.

14. Las reacciones de fijación de carbono de la fotosíntesis requieren ATP y NADPH.

15. El oxígeno que se libera durante la fotosíntesis proviene del CO2.

III SERIE APAREAMIENTO (20 puntos) INSTRUCCIONES: En la columna I se encuentran 20 términos que debe relacionar con las definiciones de la columna II. Escriba en la hoja de respuestas la letra a la par del número que relacione de manera correcta ambas columnas. Vea el ejemplo 0.

COLUMNA I COLUMNA II

0. Biología A Célula resultante de la división meiótica en plantas.

1. Anafase I B Ciencia que estudia los seres vivos.

2. Anafase II C Conjunto visible de cada par de cromosomas homólogos, durante la meiosis.

3. Autosomas D Cromosomas de un cariotipo que no determinan el sexo de un individuo.

4. Centrosoma E Cromosomas que en un cariotipo forman un par, con igual longitud, posición de centrómero y patrón de tinción.

5. Cinetocoro F División del núcleo que asegura la repartición equitativa del material genético en células hijas.

6. Entrecruzamiento G Dotación de ADN de una célula.

7. Espora H Estructura del cromosoma donde se adhieren algunos microtúbulos del huso en la mitosis.

8. Fecundación I Estructura que en células vegetales determina el punto de citocinesis.

9. Fisión binaria J Etapa de meiosis en que los cromosomas homólogos se separan y avanzan hacia los polos opuestos de la célula.

10. Genoma K Etapa en la que comienza la formación del huso mitótico.


96

11. Genotipo L Etapa de la mitosis que se caracteriza por la alineación de los cromosomas en el plano medio de la célula.

12. Homólogos M Fase de la meiosis en la que se separan las cromátides hermanas.

13. Interfase N Fase de la meiosis donde ocurren la sinapsis y el entrecruzamiento.

14. Gameto O Fase durante la cual la célula duplica sus cromosomas.

15. Metafase P Información genética de un individuo.

16. Mitosis Q Mecanismo que contribuye a la variación genética que ocurre con la reproducción sexual.

17. Placa celular R Orgánulo sin membrana que organiza los microtúbulos celulares a lo largo del ciclo celular.

18. Profase S Célula haploide en el ciclo de vida animal.

19. Profase I T Proceso sexual que restituye el número diploide de las células.

20. Tétrada U Tipo de reproducción característico de procariotes.

IV SERIE PROBLEMA DE GENÉTICA (10 PUNTOS) INSTRUCCIONES: Resuelva el siguiente problema de genética. Deje constancia de su procedimiento. Si 17% de los individuos de una población en equilibrio genético son recesivos (dd), ¿cuál es la frecuencia del alelo recesivo en la población? ¿Cuál es la frecuencia del alelo dominante? ¿Cuál es la frecuencia de los heterocigotos?


97

SOLUCION DE LA PRUEBA

INSTRUCCIONES: Marque con tinta la respuesta correcta.

I SERIE.

Selección múltiple

A B C D

A B C D

16 X

1 X

17 X

2 X

18 X

3 X

19 X

4 X

20 X

5 X

A B C D

A B C D

21 X

6 X

22 X

7 X

23 X

8 X

24 X

9 X

25 X

10 X

A B C D

A B C D

26 X

11 X

27 X

12 X

28 X

13 X

29 X

14 X

30 X

15 X


98

II SERIE

III SERIE

Verdadero o Falso

Apareamiento

V F

0 B

1 X

1 J

2 X

2 M

3 X

3 D

4 X

4 R

5 X

5 H

6 X

6 Q

7 X

7 A

8 X

8 T

9 X

9 U

10 X

10 P

11 X

11 G

12 X

12 E

13 X

13 O

14 X

14 S

15 X

15 L

16 F

17 I

IV SERIE

18 K

q = 0.41

fr.alelo recesivo 19 N

p = 0.59

fr.alelo dominante 20 C

2pq = 0.48 fr. heterocigotos


99

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA


EXAMEN DE BIOLOGIA NIVEL II

INSTRUCCIONES GENERALES: Esta prueba consta de cinco series. Cada serie posee instrucciones específicas en el cuadernillo, léalas antes de responder las preguntas. Debe responder las preguntas en tinta negra o azul. Puede usar calculadora, pero no celular.El tiempo para responder la prueba es de 90 minutos. Guatemala, 9 de octubre 2010 I SERIE SELECCIÓN MÚLTIPLE (30 puntos) INSTRUCCIONES: En su hoja de respuestas marque una X en la opción de la respuesta correcta.

1) ¿Cuál opción en la siguiente serie presenta el orden jerárquico de % en peso de los elementos en el cuerpo humano?

a) O, C, H, N, Ca b) H, O, Mn, Fe, Cr c) C, H, O, N, S, d) C, O, Cu, Ni, Zn

2) El grupo funcional _______________ contiene un átomo de nitrógeno unido

covalentemente a dos átomos de hidrógeno. a. carbonilo b. carboxilo c. amino d. fosfato

3) La quitina es una molécula del grupo de los/las __________________ .

a. proteínas b. carbohidratos c. ácidos nucleicos d. nucleótidos


100

4) ¿Cuál de los siguientes es un aminoácido polar? a. Pro b. Trp c. Phe d. Ser

5) ¿Cuál de los siguientes ejemplifica la estructura secundaria en las proteínas?

a. Interacciones de van der Waals b. lámina plegada beta c. puente disulfuro d. secuencia de aminoácidos

6) Una grasa neutra consiste en:

a. un anillo de isopreno unido a dos ácidos grasos. b. un grupo amino unido a un grupo carboxilo. c. una molécula de glicerol unida a uno, dos o tres ácidos grasos. d. un ácido graso insaturado.

7) El/La ___________ es una base del grupo de las pirimidinas.

a. leucina b. adenina c. uracilo d. guanina


a. Las bacterias son procariotas. b. Las células eucariotas poseen membrana nuclear. c. Las células procariotas poseen membrana nuclear. d. Las células procariotas poseen menos estructuras que las eucariotas.

9) Una de las diferencias entre células vegetales y animales es la:

a. Presencia de mitocondrias en las células animales b. Formación de placa celular en la mitosis de células vegetales c. Presencia de ribosomas en células animales d. Formación de membrana plasmática en células vegetales


a. Conforme al modelo de mosaico fluido, las membranas consisten en una bicapa fluida de fosfolípidos, en la cual están incluidas diversas proteínas.

b. Las moléculas de fosfolípidos son anfipáticas; tienen regiones hidrófilas e hidrófobas.

c. Las cabezas hidrófilas se encuentran en el interior de la bicapa lipídica y las cadenas de ácidos grasos se localizan en las dos superficies de la bicapa.

d. Las proteínas periféricas se asocian a la superficie de la bicapa.


101

11) Organelo que posee la siguiente función: síntesis de lípidos y destoxificación de sustancias.

a. retículo endoplásmico liso b. centríolo c. lisosoma d. mitocondria

12) Sacos membranosos que se encuentran principalmente en plantas y algas; se

encargan del almacenamiento de materiales, desechos y agua. a. lisosomas b. peroxisomas c. cromoplastos d. vacuolas

13) El ciclo de Calvin sucede en el ________________.

a. cromosoma b. tilacoide c. estroma d. nucleolo

14) Las/los ________________ son conductos que comunican células vegetales

adyacentes. a. uniones estrechas b. uniones en hendidura c. desmosomas d. plasmodesmos

15) ¿Cuál es la definición CORRECTA de ósmosis?

a. Movimiento de un soluto a través de una membrana semipermeable desde una región de alta concentración hacia una región de baja concentración de ese soluto.

b. Movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable desde una región de alta concentración hacia una región de baja concentración de ese solvente.

c. Movimiento de agua a través de una membrana semipermeable desde una región de baja concentración hacia una región de alta concentración de agua.

d. Movimiento de un soluto a través de una membrana impermeable.

16) Hormona vegetal que inhibe el crecimiento, cierra los estomas durante el estrés por falta de agua; promueve la dormancia de la semilla.

a. auxina b. giberelina c. citocinina d. ácido abscísico


102

17) ¿Cuál de los siguientes pares “hormona/clase química” es INCORRECTO?

a. oxitocina/esteroide b. prolactina/proteína c. hormona antidiurética (ADH)/péptido d. melatonina/amina

18) Es la clase de inmunoglobulina más abundante en la sangre, también presente en líquidos tisulares; atraviesa la placenta y confiere inmunidad al feto.

a. IgM b. IgG c. IgA d. IgE

19) ¿Cuál de las siguientes es una vitamina liposoluble de importancia en la

coagulación de la sangre? a. niacina b. biotina c. Vitamina C d. Vitamina K

20) ¿Cuál de los siguientes pares “elemento/posibles síntomas por deficiencia en el

humano” es INCORRECTO? a. yodo/agrandamiento de la tiroides b. flúor/mayor frecuencia de caries c. cromo/alteración del metabolismo de la glucosa d. cobalto/alteración del crecimiento, dermatitis escamosa, trastornos

reproductivos

21) ¿Cuál de las siguientes enzimas tiene el pH óptimo más bajo? a. lipasa pancreática b. tripsina c. pepsina d. amilasa salivar

22) Los microbios simbióticos que ayudan a nutrir a un rumiante habitan

principalmente en regiones especializadas del/de la: a. faringe b. estómago c. intestino delgado d. intestino grueso


103

23) Los anfibios tienen un corazón con:

a. dos cámaras y un circuito único de flujo sanguíneo b. cuatro cámaras y dos circuitos de flujo sanguíneo c. tres cámaras y dos circuitos de flujo sanguíneo d. una cámara y un circuito único de flujo sanguíneo

24) Las células madre mieloides dan origen a:

a. eritrocitos y plaquetas b. monocitos, neutrófilos, eosinófilos, basófilos c. células madre pluripotenciales d. A y B son correctas

25) La cápsula de Bowman se encuentra en la:

a. corteza del riñón b. médula del riñón c. pelvis renal d. arteria renal

26) ¿Cuál de los siguientes pares “célula/carga haploide o diploide” es

INCORRECTO? a. espermatocito secundario/diploide b. ovocito primario/diploide c. espermatogonia/diploide d. óvulo/haploide

27) ¿Cuál de los siguientes neurotransmisores es una amina biógena? a. noradrenalina b. dopamina c. aspartato d. A y B son correctas

28) ¿Dónde se localizan los receptores de los neurotransmisores?

a. en los nodos de Ranvier b. en la vaina de mielina c. sobre las membranas de las vesículas sinápticas d. sobre la membrana postsináptica

29) El/la ___________________ es la unidad fundamental de contracción.

a. fibra muscular b. filamento de miosina c. sarcómero d. osteoblasto


104

30) La frecuencia del alelo D en una población en equilibrio genético es de 0.77.

¿Cuál es la frecuencia esperada del genotipo Dd? a. 1.0 b. 0.23 c. 0.35 d. 0.18

II SERIE. VERDADERO O FALSO (20 PUNTOS) INSTRUCCIONES: A continuación encontrará una serie de enunciados. Lea cada uno detenidamente. Si el enunciado es verdadero marque una X en la letra V de la hoja de respuestas. Si el enunciado es falso, marque una X en la letra F de su hoja de respuestas. CONTESTE UNICAMENTE EN LA HOJA DE RESPUESTAS

16. Los enlaces de hidrógeno mantienen unidas las moléculas de agua, mediante un fenómeno llamado cohesión.

17. El agua alcanza su mayor densidad a los 4 °C.

18. El catabolismo se refiere a las diversas vías metabólicas en las cuales se

sintetizan moléculas complejas a partir de sustancias más sencillas.

19. En la glucólisis se degrada una molécula de glucosa y se forman dos moléculas de piruvato.

20. Esta es la reacción resumida de la respiración aerobia: C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 6 CO + 12 H2O + ENERGÍA (36 A 38 moléculas de ATP). 21. Los productores o heterótrofos son organismos que pueden elaborar moléculas

orgánicas a partir de materias primas inorgánicas.

22. La cubierta proteica que encierra el genoma viral se denomina cápside.

23. El oxígeno que se libera durante la fotosíntesis proviene del CO2.

24. La enfermedad de Huntigton, una enfermedad degenerativa del sistema nervioso es causada por un alelo dominante letal.

25. El cruce entre dos individuos con genotipo JjMm, producirá una descendencia

con una frecuencia fenotípica de 9:3:3:1.

26. La Anafase II es la fase de la meiosis en la cual ocurren la sinapsis y el entrecruzamiento.


105

27. La Profase es la etapa de la mitosis que se caracteriza por la alineación de los cromosomas en el plano medio de la célula.

28. Los parabasálidos carecen de plástidos y sus mitocondrias no contienen ADN.

29. Plasmodium es un apicomplexo que produce el paludismo.

30. Las algas rojas poseen ficoeritrina.

31. Welwitschia es un género del Phylum Cycadophyta.

32. Rhizopus stolonifer es un zigomiceto.

33. En ascomicetos como Neurospora, la reproducción puede ocurrir de forma

sexual o asexual.

34. Los onicóforos, llamados también gusanos de terciopelo, se originaron durante la explosión cámbrica.

35. Laurasia y Gondwana se separaron en los continentes actuales al final de la era

Mesozoica. III SERIE (20 puntos) Instrucciones: Escriba la definición de los siguientes términos: 1. acelomado: 2. acrosoma: 3. anfioxo: 4. biogeografía: 5. capacidad de carga: 6. ciclo lítico: 7. clado: 8. ecotono: 9. euterio: 10. diápsido:


106

IV SERIE ( 10 puntos) En la hoja adjunta dibuje el ciclo de vida de un helecho. Explique qué sucede en cada etapa. Señale las partes y escriba los nombres de las estructuras implicadas. Escriba su nombre en la hoja. V SERIE (20 PUNTOS) INSTRUCCIONES: Elija UNO de los temas que se presentan a continuación y desarróllelo en un máximo de dos páginas en las hojas adjuntas. Escriba su nombre en cada página. Tema 1: “Selección natural/Selección artificial”, comparación de ambos procesos, ejemplos en animales y plantas. Tema 2: Interacciones en las comunidades, competencia, depredación, herbivorismo, simbiosis y la enfermedad Tema 3: Dióxido de carbono atmosférico, aumento en la atmósfera, efecto invernadero y calentamiento global, disminución del ozono atmosférico. Tema 4: Phylum Mollusca. Biología de los moluscos. Características de las Clases Polyplacophora, Gastropoda, Bivalvia y Cephalopoda.


107

SOLUCION DE LA PRUEBA INSTRUCCIONES: Marque con tinta la respuesta correcta.

II SERIE

I SERIE.

Verdadero o Falso

Selección múltiple

A B C D

V F

A B C D

16 X

1 X

1 X

17 X

2 X

2 X

18 X

3 X

3 X

19 X

4 X

4 X

20 X

5 X

5 X

6 X

A B C D

7 X

A B C D

21 X

8 X

6 X

22 X

9 X

7 X

23 X

10 X

8 X

24 X

11 X

9 X

25 X

12 X

10 X

13 X

A B C D

14 X

A B C D

26 X

15 X

11 X

27 X

16 X

12 X

28 X

17 X

13 X

29 X

18 X

14 X

30 X

19 X

15 X

20 X


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III SERIE (20 puntos) Instrucciones: Escriba la definición de los siguientes términos: 1. acelomado: animal de cuerpo sólido que carece de cavidad entre el intestino y la pared exterior del cuerpo. 2. acrosoma: vesícula en el extremo de un espermatozoide que lo ayuda a penetrar en el óvulo. 3. anfioxo: miembro del subfilo Cephalochordata, cordados marinos con forma de hoja larga que carecen de esqueleto. 4. biogeografía: estudio de la distribución pasada y presente de las especies. 5. capacidad de carga: tamaño máximo de la población que puede ser soportado por los recursos disponibles, simbolizado como K. 6. ciclo lítico: tipo de ciclo de replicación viral en el que se liberan nuevos fagos por lisis y muerte de la célula huésped. 7. clado: grupo de especies que incluye una especie ancestral y sus descendientes. 8. ecotono: transición de un tipo de habitat o ecosistema a otro. 9. euterio: mamífero placentario, cuyas crías completan su desarrollo embrionario dentro del útero, unidos a la madre a través de la placenta. 10. diápsido: Miembro de un clado amniota que se caracteriza por un par de forámenes a cada lado del cráneo, detrás de la cavidad orbitaria; incluye a lepidosaurios y arcosaurios.


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5. PARTICIPANTES

5.1 Matemática

CUARTA OLIMPIADA INTERUNIVERSITARIA DE CIENCIAS BASICAS

PARTICIPANTES, MATEMATICA NIVEL I

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

Alan Andréss García López Alejandro José Vargas De León

Alvaro Federico Xico Esquit Alvaro Steve Vásquez Rodríguez

Antony Ricardo Chicol Yoc Brian Josue Foronda Romero

Byron Alberto Felipe Ajuchánn

Carla Victoria Lemus Orellana Cristian José Dávila Solórzano

Dennis Alexander Ramírez Marin Diego Alejandro Ríos Sagastume

Diego Antonio Dávila Fuentes Edgar Damián Ochoa Hernández

Edy Geovani Rodriguez Ruano Esvin Armando Gonzalez Monzon

Fabelio Estuardo Ajtun Bulux

Francisco Emeldo MenchíGonzález Gerardo Sebastian De Leon Salazar

Giuliann Obed Locán Carrazco Hernán Humberto Velásquez Navarro

Ivánn Eduardo De León Barrientos Jenifer Paola Tobar Pérez

Jetro Gabriel Hernandez Ambrosio Jonathan Gonzalo Ball Cap

Josue David Galvez Miranda Kevin Arnoldo Peinado Xuyá

Lesther Wilfredo Coloch González Luis Emilio Linares Quezada

María Fernanda Ramírez Hernández


110

Marlon Josué Tovar Alvarado Marta Celia Sarina Bolaños Monroy

Noé Estuardo Calel Jiatz Oscar Daniel Rodríguez Sanabria

Oscar Estuardo Ardon Castillo Oscar Rolando Ramírez Milián

Ricardo Alejandro Sicán Muñoz Sergio Amilcar Valle Morales Tomás Gerardo Raxtun Ren

Truman Samuel Tzub Gomez

Vinicio Aurelio Armas Elías Walter Eduardo Estrada Castillo Wilson Estuardo García Batres

UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR

Angel Ricardo Lima Verdugo Jose Andres Chinchilla Sanchinelli

José David Muñoz Godoy Jose Herri Sagastuy Solis

Josué Daniel Pérez López Luis Fernando Sánchez Ruiz

Luis Pedro Cobos Lury Marcela Mojica Afanador Paulo Renato Nuñez Rouanet Renato José Conedera Navas

UNIVERSIDAD MARIANO GALVEZ

Francisco Enrique Guzmán de León Jairo Josué Santizo Vásquez

Ligia Ruiz María Fernanda Díaz Díaz

Marvin Galindo Fuentes Orozco Walter Estuardo Vichi Mauricio

UNIVERSIDAD GALILEO

Diego Antonio Fión Carrera Hugo Antonio Moran Rodriguez

Kenneth Dario Riveiro Galvez


111

UNIVERSIDAD DEL VALLE DE GUATEMALA

Adolfo Daniel Galvez Antillon Angel Roberto Hernández Marroquín

Carlos Alberto Solórzano Pineda Carlos Roberto Tabarini Castrillón

Derick René Barrera Ortiz Donald Antonio Velásquez Aguilar

Edras Josue Mejia Mijango

Edwar Alexander Rosales Mejía Gabriel David Quiñonez Castillo

Guilmar Zadir Escobar Roch Javier Alejandro Pérez Archila

Javier Antonio Garcia Perdomo Jennifer Pamela Valdez Cabrera Joan Mariana Estrada Vásquez

Jorge Luis Shin Jó Jose Andres Barrios Rubio Jose Pablo Castillo Rodas

José Saúl Calderón Martínez joseph christopher luttmann

Juan Guillermo Rodriguez Rey Juan Pablo Ortiz Portillo Luis Arturo Castro Upun

Luis Walter Amoretti Rivera Manuel Alejandro Rojas Flores

Marcos Andrés Taracena Gándara Miguel Angel Arbizu Pineda

Sergio Alberto Morales Cano


112


PARTICIPANTES, MATEMATICA NIVEL II


Alan Renato Blanco Meighan

Alberto Jose Orozco Orellana

Ana Beatriz Martínez Rodas

David Echeverria Rodriguez

Diego Salvador Simónn Chávez

Eberto Elías Sánchez Sánchez

Edson Edmundo Salazar García

Jorge Raúl Contreras Rodríguez

José Antonio Ortiz Par

Mario Melgar Quiroa

Nery Abdiel Gonzalez Morales

Pablo Andrés Contreras Rodríguez


Adriana José López Gómez

Alvaro Enrique Ruano Ixcaraguá

Carlos Francisco West Ortiz

Heber Molina

Miguel Angel Trejo Leon

Oscar Geovanni Sanchez Garcia

William Alexander Orozco Antonio


Mario Jose Quiroa Colon

Luis Fernando Cifuentes Cardenas


José Eduardo Barrea Santos

José Eduardo Santillana Abarca


113

5.2 Física


PARTICIPANTES, FISICA NIVEL I


Carlos Alfredo Del Cid Castillo Derlis Rafael Osorio Pineda Elias Gerardo López Pineda

Francisco Alberto Cajbon Santander

Héctor Andrés Mazariegos Molina Jim Kevin Cuestas Cifuentes

Jorge David Topo Raxón José Alexander Vásquez Castro

Juan Americo Calderon Mazariegos Juan Luis Angel Pérez Bonilla

Marlon Javier Pu Coy Marvin Alfredo Pérez López Pablo Andrés Aldana Veliz

Rafael Antonio Lara Vasquez


José Manuel Chacón Chavez Rafael Andre Morales Cifuentes


Carlos Humberto Guerrero Mendez


Angel Armando Tejada Medina Diego Raúl González Meneses

María Marcela Fernandez Tzunux Omar Alexander Solis López Otilia Ixmukane Paau Chen

Rudolf Werner Apel Cabrera


114


DE CIENCIAS BASICAS PARTICIPANTES, FISICA NIVEL II


Anibal Estuardo Sierra Morales Cristian Raxón Soc

Edgar René Barrera G.

Edwin Geovanny Guzman Caniche Freddy Fernando Chang Chau

Fredy Leonel Ramos Sanic

Iván René Morales Argueta Josué Emilio Castillo Estrada Josué Misael Hernández Leal

Julio Antonio López Flores Lincoln Benjamín de León Velásquez

Nestor José Miguel Nimatuj Cajas Octavio Rafael Ciraiz A.

Oscar Gonzalo Ramos Sanic René Alexander Ramos Díaz


Elmer Iván Barrios Cambran


Alan Lòpez Arrazola

Carlos Juan Manuel Rizzo Milián David Torres Guzmán

Eldin Omar Leonardo Dardón Julio César R. Pérez Ramírez Marvin A. Castañeda Ortiz

Saúl Estuardo López Méndez Wilfredo P. Pérez Huinac

UNIVERSIDAD GALILEO

Raúl Guevara Rodríguez


115

5.3 Química


PARTICIPANTES, QUIMICA NIVEL I

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE

GUATEMALA

Daniel Eduardo Reyna Gordillo Wagner Beethoven Monterroso Alonzo Ricardo Manuel Gossmann Montenegro

Luis Alberto Hernández Porres Mayra José Gutiérrez Ola

Juan Fernando Guevara Morales Angel David Serrano Martínez

Estuardo Alexander Cifuentes


Ana Cristina López Barillas Asdrubal Alejandro López Samayoa Claudia Juliettha García Escalante

Diego Andrés Montenegro de León Fabián Enrique Castillo Juárez

Fernando Jo´se Szasdi Bardales

Flory Elena Coto Hernández Griselda María Pernudi Dávila Julián Roberto Ruano Argueta

Kevyn Janssen López Contreras Madelin Victoria Contreras Ortiz María Fernanda Cordón Herrera

Margareth Adalgiza Orellan Velásquez Maria Alejandra Quiquivix

Ricardo Leonel Ortiz Rodrigo Andres Yaxcal Dubón

Susan Michella Alvarez Arango


116


Ana Silvia López González Andrea María del Rosario Sandoval

Molina Gresly Patricia Quiquivix Requena

Javier Ricardo Flores Calvinisti José Luis Rodriguez García

Keny Ricardo Villacinda Flores

Luis Felipe Almazán Melgar Luis Guillermo Chico Chocano

María Goyzueta Mario Alberto Torres Sabaqué Oscar Samuel Duarte Salguero

Pablo Alejandro Cifuentes Percy Alejandro Marroquín Martínez

UNIVERSIDAD DEL ISTMO

Fernando José Velásquez Pineiro Luis Diego Lemus Tejeda


117


PARTICIPANTES, QUIMICA NIVEL II


Alvaro G. Ajanel Rodas Bryant Barrientos Castellanos Carlos Abel de la Cruz Dávila

Diego José Rendón

Enio Miguel Cano Lima José Francisco López H.

Julio Javier Carías Alvarado Karin Beatriz Corazón Tcú

Kevin Samuel Hernández Leal Sergio Luis Surám Chicas


Carmen Ovalle Diego José Cham de la Roca

Justino Palomo Karina Aguirre

Magda Carranza Sara Sac


Andrea Licette Yat C. Jose Miguel Morales S.

Luis David Archila Dubón Ma. Fernanda Barrera


118

5.4 Biología


PARTICIPANTES, BIOLOGIA NIVEL I


Amarilys Alarcón Calderón Anibal Roberto Theisson R.

Ericka Patricia Ciraiz A. Zury Adamy Sagché Locón


Christian Rodas

UNIVERSIDAD GALILEO

Alexander García


Edgar Gonzálo Recinos Fabiola Zulema Urízar Z.

Jeús Miguel Rodríguez Q. Sindy Viviana Aldana


119


PARTICIPANTES, BIOLOGIA NIVEL II


Filiberto Rodríguez F.

Gabino Manuel Maza Rodas Ma. Carolina Grindley S.


Elfido Castillo Santos

cuarta olimpiada interuniversitaria

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