Argent 2017

Problema 1 El Primer Principio de la Termodinámica postula que la energía se conserva; es decir, en cualquier proceso termodinámico, la energía mecánica, eléctrica, magnética, o de cualquier otra naturaleza, se convierte en energía interna del sistema o en calor, siendo este último energía que fluye de un cuerpo a otro.

Teniendo ese principio en cuenta, considere el siguiente problema.

Una cantimplora de aluminio adiabática, cuya masa es de 500 g, contiene 750 g de agua y 100 g de hielo; ese sistema, está en equilibrio térmico. Se deja caer la cantimplora desde un globo aerostático, que se encuentra a cierta altura por encima de la superficie terrestre. Después de que la cantimplora impacta contra la tierra, la temperatura del sistema resultante es de $25^{\circ }C$, encontrándose el mismo en equilibrio térmico. Suponga que el rozamiento del aire es despreciable.

a) Si durante el impacto no se transfiere energía al suelo, ¿cuál es la velocidad de la cantimplora justo antes de golpear la tierra?

b) Si la velocidad inicial de la cantimplora es igual a 0: calcule a qué altura se encuentra el globo, en el momento en que se lanza la cantimplora.

Datos: Calor específico del aluminio: 0,21 cal/g ${}^{\circ }C$ Calor específico del agua: 1 cal/g ${}^{\circ }C$ Calor latente de fusión del hielo: 79,7 cal/g El equivalente mecánico del calor es: 4,186 J = 1 cal.

Topic: Thermodynamics, Conservation of Energy, Newtonian Mechanics Metodi: First Law of Thermodynamics, Kinematic Equations, Conservation of Energy Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Unit Conversion Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.2

Il problema 1 Il primo principio della termodinamica postula che l’energia si conservi; cioè, in Qualsiasi processo termodinammico, energia meccanica, elettrica, magnetica o di Qualsiasi altra natura, si trasforma in energia interna del sistema o in calore, l’ultima energia che fluisce da un corpo all’altro.

Considerando questo principio, considera il seguente problema.

Un cantimplora di alluminio adiabatico, di massa di 500 g, contiene 750 g di acqua e 100 grammi di ghiaccio, il sistema, è in equilibrio termico. Si lascia cadere la cantimplora da un pallone aerosstatico, che si trova ad una certa altezza sopra la superficie terrestre. Dopo che la cantimplora ha colpito la La temperatura del sistema risultante è $25^{\circ }C$, trovandosi nella stessa equilibrio termico. Supponiamo che il ruggine dell’aria sia sconsiderato.

a) Se durante l’impatto non viene trasferita energia al suolo, qual è la velocità della cantimplora appena prima di colpire la terra?

b) Se la velocità iniziale della cantimplora è pari a 0: calcola a che altezza si trova il globo, nel momento in cui lancia la cantimplora.

Dati: Calore specifico dell’alluminio: 0,21 cal/g ${}^{\circ }C$ Calore specifico dell’acqua: 1 cal/g ${}^{\circ }C$ Calore latente di fusione del ghiaccio: 79,7 cal/g L’equivalente meccanico del calore è: 4.186 J = 1 cal.

Topic: Thermodynamics, Conservation of Energy, Newtonian Mechanics Metodi: First Law of Thermodynamics, Kinematic Equations, Conservation of Energy Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Unit Conversion Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.2

The problem is 1 The First Principle of Thermodynamics posits that energy is conserved; that is, in any thermodynamic process, mechanical, electrical, magnetic or Any other nature, it is converted into internal system energy or heat, being This last energy that flows from one body to another.

With that principle in mind, consider the following problem.

An adiabatic aluminium cantimplora, with a mass of 500 g, contains 750 g of water And 100 g of ice, that system, it’s in thermal equilibrium. The cantimplora is dropped from an air balloon, which is at a certain height above the earth’s surface. After the cantimplora impacts the The resulting system temperature is $25^{\circ }C$, the same as in the The heat balance. Suppose the air gnawing is despicable.

(a) If no energy is transferred to the ground during impact, what is the speed of the impact? cantimplora just before it hit the ground?

(b) If the initial speed of the cantillation is 0: calculate the height He finds the balloon, the moment the cantimplora is thrown.

The data: The specific heat of aluminium: 0,21 cal/g ${}^{\circ }C$ The water specific heat: 1 cal/g ${}^{\circ }C$ Latent heat of ice melting: 79,7 cal/g The mechanical equivalent of heat is: 4,186 J = 1 cal.

Topic: Thermodynamics, Conservation of Energy, Newtonian Mechanics Metodi: First Law of Thermodynamics, Kinematic Equations, Conservation of Energy Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Unit Conversion Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.2

Problema 2 Un motor eléctrico de corriente continua de 24 V, alcanza su velocidad máxima (1450 revoluciones por minuto -RPM-), cuando circula por él una corriente de 36 A. Considere que hay una relación lineal entre el número de RPM y la corriente que circula por el motor. Se desea controlar la velocidad del motor con un conjunto de resistencias, no más de tres, colocadas en paralelo; los valores de dichas resistencias se encuentran en un rango de 0,5 a 1 . En el circuito puede usar llaves que permitan que la corriente circule por las distintas resistencias.

a) Proponga circuitos adecuados para hacer funcionar el motor a la mitad de su velocidad máxima y a un tercio de esa velocidad.

b) Determine qué potencia se disipa en cada una de las resistencias, cuando el eje del motor gira a un tercio de su máxima velocidad.

c) ¿Cuál es el máximo torque que puede proveer este motor?

Circuito motore DC con resistenze parallele

Topic: Circuits, Rotational Dynamics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction, Torque & Angular Momentum Analysis Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Resistor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3

Problema 2 Motore elettrico a corrente continua di 24 V, raggiunge la sua velocità massima (1450 -RPM-), quando si circola attraverso di esso un corrente di 36 A. Considera che c’è una relazione lineare tra il numero di RPM e il corrente che circola

• Per il motore. Si desidera controllare la velocità del motore con un insieme di resistenze, non più di tre, I valori di tali resistenze sono in un intervallo di 0,5 a 1 . Il circuito può utilizzare chiavi che permettono di circolare il corrente attraverso le resistenza diversa.

a) Propone circuiti adeguati per far funzionare il motore a metà della sua velocità massima e a un terzo di quella velocità.

b) Determina quale potenza si dissipe in ciascuna resistenza, quando l’asse il motore gira a un terzo della sua velocità massima.

c) Qual è la massima torsione che questo motore può fornire?

Circuito motore DC con resistenza parallela

Topic: Circuits, Rotational Dynamics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction, Torque & Angular Momentum Analysis Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Resistor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3

Problem 2 24 V DC electric motor, reaching maximum speed (1450 rotations per minute (RPM-), when a current of 36 A is circulated through it. Consider that there is a linear relationship between the number of RPMs and the current circulating by the engine. The engine speed is to be controlled by a set of resistors, not more than three, The values of these resistors are in a range of 0,5 a 1 . In the circuit you can use keys that allow the current to flow through the different resistance.

(a) Propose appropriate circuits to operate the engine at half its speed maximum speed and at one-third of that speed.

(b) Determine which power is dissipated in each resistor when the axle is The engine spins at one third of its maximum speed.

(c) What is the maximum torque that this engine can provide?

*DC motor circuit with parallel resistance *

Topic: Circuits, Rotational Dynamics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Equivalent Circuit Reduction, Torque & Angular Momentum Analysis Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Resistor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3

Problema 3 Una campana de buzo de forma cilíndrica, con una altura de 2,50 m y un diámetro de 1 m, está cerrada en la parte superior y abierta en la parte inferior. La campana se baja desde la superficie del océano (donde el aire está a una presión de 1 atm y a una temperatura de $20^{\circ }C$) al agua de mar. La campana desciende hasta una profundidad, medida desde el fondo de la campana, de 82,3 m. A esa profundidad, la temperatura del agua es de $4^{\circ }C$ y la campana está en equilibrio térmico con el agua. Suponga al aire como un gas ideal.

a) Determine el número de moles de aire dentro de la campana.

b) A la profundidad alcanzada: ¿cuánto subirá el nivel del agua dentro de la campana?

c) Calcule la presión mínima necesaria del aire, dentro de la campana, para sacar el agua que entró.

Datos: Densidad del agua de mar Problema Teórico 1 Hoja de Respuesta Inciso

Puntaje a)

b) Problema Teórico 2 Hoja de Respuesta Inciso

Puntaje a)

b)

c) Problema Teórico 3 Hoja de Respuesta Inciso

Puntaje a)

b)

c) Olimpíada Argentina de Física

Pruebas Preparatorias Segunda Prueba: Termodinámica, Electricidad y Magnetismo

Nombre: …

D.N.I.: …

Escuela: …

• Antes de comenzar a resolver la prueba lea cuidadosamente TODO el enunciado de la misma.
• Escriba su nombre y su número de D.N.I. en el sitio indicado. No escriba su nombre en ningún otro sitio de la prueba.
• No escriba respuestas en las hojas del enunciado pues no serán consideradas.
• Escriba en un solo lado de las hojas. Tensión superficial

Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. En una interface líquido-gas, las moléculas del líquido que están justo en la superficie sienten fuerzas hacia los lados (en direcciones tangentes a la interface) y hacia el seno del líquido, pero no hacia afuera del mismo. El resultado, es que las moléculas que se encuentran en la superficie son atraídas hacia el interior de éste.

Para determinar el coeficiente de tensión superficial se puede utilizar el Tensímetro de Lecomte du Noüy. Este tensímetro, que se esquematiza en la figura, consta de un anillo suspendido de una balanza. Al sumergir el anillo en un líquido, se puede medir la fuerza necesaria que hay que ejercer, sobre el anillo, justo en el momento en el que la lámina de líquido se va a romper. La tensión superficial del líquido ( ) se determina a partir del radio del anillo y del valor de la fuerza mediante,

Elementos disponibles

• Recipiente
• Alambre, hilo, cable
• Palito de helado
• Regla
• Pinza, tijera
• Plastilina
• Agua
• Detergente
• Balanza de uso común

Actividades a) Construya un tensímetro con los elementos disponibles.

b) Mida la tensión superficial del agua y de una mezcla de agua con detergente. Problema Experimental Hoja de respuestas.

Inciso

Puntaje a)

b) Problema Teórico 1 Hoja de Respuesta Inciso

Puntaje a)

7 ptos. b)

3 ptos. Problema Teórico 2 Hoja de Respuesta Inciso

Puntaje a)

No es posible construir un circuito que cumpla con los requerimientos

5 ptos. b)

Si fuera posible construir un circuito, la potencia disipada sería

3 ptos. c)

2 ptos. Problema Teórico 3 Hoja de Respuesta Inciso

Puntaje a)

2 ptos. b)

El nivel del agua dentro de la campana sube a una altura de

respecto del fondo de la misma.

5 ptos. c)

3 ptos. Problema Experimental Hoja de respuestas.

Inciso

Puntaje a)

8 ptos. b)

(Ver solución)

12 ptos. *

• Los 12 ptos. corresponden a:

• Medición de la tensión superficial del agua: 6 ptos.

• Medición de la tensión superficial del agua con detergente: 6 ptos.

Para cada medición, los puntos se distribuirán teniendo en cuenta:

• números de mediciones realizadas (repeticiones): máximo 3 ptos. (0,6 ptos.

por medición)

• propagación de errores: 2 ptos.

• uso correcto de unidades: 1 pto. SOLUCIÓN AL PROBLEMA TEÓRICO $N^{\circ }$ 1 a) De acuerdo al Primer Principio de la Termodinámica, toda la energía mecánica se transformará en calor, el cual será entregado al sistema constituido por la cantimplora, el agua y el hielo. Justo antes del impacto de la cantimplora con el suelo, la energía mecánica del sistema es solo energía cinética

Como el rozamiento con el aire es depreciable (no hay pérdida de energía por la fricción con el aire), toda la energía cinética de la cantimplora antes del impacto es absorbida por el sistema en forma de calor ( ),

Inicialmente el recipiente de aluminio, el hielo y el agua estaban en equilibrio térmico, por lo tanto la temperatura inicial del sistema es $0^{\circ }C$, y la temperatura final del sistema es $25^{\circ }C$

Donde

Luego

b) Planteando un movimiento unidimensional con el eje del sistema de coordenadas vertical y apuntando hacia abajo,

Considerando al instante inicial como el momento en que se suelta la cantimplora y que la velocidad inicial es cero Tomando , el tiempo al cual la cantimplora llega al suelo es

Tomando la altura, a la cual se suelta la cantimplora, como origen del sistema de coordenadas

Luego la altura del globo es SOLUCIÓN AL PROBLEMA TEÓRICO $N^{\circ }$ 2 a) Según el enunciado, hay una proporcionalidad entre la corriente que circula por el bobinado del motor, y el número de revoluciones por minuto del mismo. Por ello, para que el motor gire a la mitad su velocidad máxima, debe circular una corriente

Usando la ley de Ohm,

La resistencia necesaria para que circule la corriente es

Para que el motor gire a un tercio de su velocidad máxima, debe circular una corriente,

Y la resistencia es

Con el rango de resistencias dado y, sólo realizando conexiones en paralelo, es imposible lograr estos valores de resistencias. La resistencia equivalente de una conexión de tres resistencias en paralelo, es:

Tomando los casos extremos y , los valores de resistencia equivalente son y , respectivamente. Dado que todas las combinaciones posibles conducen a valores de resistencias intermedio entre los valores calculados y , no es posible construir un circuito con tres resistencias que cumpla con los requerimientos. Usando solo dos resistencias en paralelo se encuentran los valores extremos y , y tampoco es posible construir un circuito que cumpla con los requerimientos. b) La potencia disipada en un resistencia conectada a una diferencia de potencial y por la cual circula una corriente es,

Cuando el motor gira a una velocidad igual a la mitad de su velocidad máxima, la resistencia necesaria en el circuito es . Luego,

c) El torque ( ) está dado por la potencia que entrega el motor dividido la velocidad del mismo,

El máximo torque estará dado por la máxima potencia que puede entregar el motor

Y por su máxima velocidad

Luego, SOLUCIÓN AL PROBLEMA TEÓRICO $N^{\circ }$ 3 a) Tomando al aire como gas ideal,

donde con ,

Luego,

con , y

b)

Con la campana sumergida, el número de moles se mantiene constante y se cumple que

donde ahora el volumen de aire es . Como la campana está en equilibrio térmico con el agua,

De la ecuación de la hidrostática, la presión está dada por donde , es la densidad del agua de mar y es la aceleración de la gravedad.

Dado que es constante,

Luego

Resolviendo la ecuación cuadrática, las soluciones posibles son

La solución no tiene sentido dado que es más grande que la altura de la campana. Luego, el nivel del agua dentro de la campana sube a una altura de respecto del fondo de la misma. c) La presión mínima será la presión a una profun

Campana da sub sommersa con aria e acqua

Topic: Thermodynamics, Fluid Mechanics Metodi: Ideal Gas Law, Hydrostatic Equilibrium, Approximation & Series Expansion Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Gas, Cylinder, Container Fonte: Testo (PDF) — p.4

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p.9 — Tensimetro di Lecomte du Noüy con anello

p.14 — Foto tensimetro costruito in laboratorio

p.21 — Foto tensimetro con anello e liquido

p.22 — Foto misura tensione superficiale acqua

Problema 3 Una campana di immersione a forma cilindrica, con una altezza di 2,50 m e un diametro di 1 m, è chiusa in alto e aperta in basso. La campana scende dalla superficie dell’oceano (dove l’aria è a una pressione di 1 atm e a una temperatura di $20^{\circ }C$) all’acqua di mare. La campana scende fino a una profondità, misurata dal fondo della campana, di 82,3 m. A questa profondità, la la temperatura dell’acqua è $4^{\circ }C$ e la campana è in equilibrio termico con l’acqua. Supponiamo che l’aria sia un gas ideale.

a) Determina il numero di molli d’aria all’interno della campana.

b) A profondità raggiunta: quanto aumenterà il livello dell’acqua all’interno della

• La campana?

c) Calcolare la pressione minima necessaria dell’aria all’interno della campana per estrarre il acqua che è entrata.

Dati: Densità dell’acqua di mare Problema teorico 1 Pagina di risposta Inciso

Punteggio a)

b) Problema teorico 2 Pagina di risposta Inciso

Punteggio a)

b)

c) Problema teorico 3 Pagina di risposta Inciso

Punteggio a)

b)

c) Olimpiada Argentina di Fisica

Prove di preparazione Secondo test: Termodinamica, elettricità e magnetismo

Nome: … (di cui sopra è stato modificato il titolo di articolo)

D.N.I.: …

Scuola: …

• Prima di iniziare a risolvere il test, leggi attentamente TUTTO la sua frase.
• Scrivi il tuo nome e il tuo numero di D.N.I. al posto indicato. No non scriva il suo nome in nessun altro posto della prova.
• Non scrivere risposte sui fogli della frase, perché non saranno considerate.
• Scrivi su un solo lato delle foglie. Tensione superficiale

Le forze di coesione tra le molecole di un liquido sono responsabili della fenomeno noto come tensione superficiale. In un’interfaccia liquido-gas, le molecole del liquido che sono proprio sulla superficie sentono forze verso i lati (in direzioni tangenti all’interfaccia) e verso il seno del liquido, ma non fuori di esso. Il risultato è che le molecole che vengono che si trovano sulla superficie sono attirati verso l’interno di esso.

Per determinare il coefficiente di tensione superficiale si può usare il Tensimitro di Lecomte du Noüy. Questo tensiometro, che viene schematizzato nella figura, è costituito da un anello Sospeso da una bilancia. Immergendo l’anello in un liquido, si può misurare la forza necessaria che deve essere esercitata, sull’anello, proprio al momento in cui la lamina di liquido si sta rompendo. La tensione superficiale del liquido () è determinata a partire dal raggio del anello e dal valore di forza mediante:

Elementi disponibili

• Ricevente
• Cable, filo, cavo
• Cappello di gelato
• Regola
• Pinza, taglia
• Plastilina
• L’acqua
• Detergente
• Balance di uso comune

Attività a) Costruire un tensiometro con gli elementi disponibili.

b) Misura la tensione superficiale dell’acqua e di una miscela di acqua con detergente. Problema sperimentale Pagina di risposte.

Inciso

Punteggio a)

b) Problema teorico 1 Pagina di risposta Inciso

Punteggio a)

Sette punti. b)

Tre punti. Problema teorico 2 Pagina di risposta Inciso

Punteggio a)

Non è possibile costruire un circuito che soddisfi i requisiti di I requisiti

5 punti. b)

Se fosse possibile costruire un circuito, la potenza dissipata sarebbe

Tre punti. c)

Due punti. Problema teorico 3 Pagina di risposta Inciso

Punteggio a)

Due punti. b)

Il livello dell’acqua all’interno della campana sale a un’altezza di

rispetto al fondo della stessa.

5 punti. c)

Tre punti. Problema sperimentale Pagina di risposte.

Inciso

Punteggio a)

• Otto punti. b)

(Vedere soluzione)

• 12 punti.

I 12 punti. sono:

• Misura della tensione superficiale dell’acqua: 6 p.

• Misura della tensione superficiale dell’acqua con detergente: 6 ptos.

Per ogni misurazione, i punti saranno distribuiti tenendo conto:

• numero di misurazioni effettuate (ripetizioni): massimo 3 punti. 0,6 punti.

per misurazione)

• diffusione degli errori: 2 punti.

• corretto utilizzo delle unità: 1 pto. Soluzione del problema teorico $N^{\circ }$ 1 a) Secondo il primo principio della termodinamica, tutta l’energia meccanica è La trasformazione in calore, che verrà consegnata al sistema costituito dalla cantimplora, acqua e ghiaccio. Poco prima dell’impatto della cantimplora sul suolo, l’energia meccanica del sistema È solo energia cinetica.

Poiché il ruggine con l’aria è depreciabile (non c’è perdita di energia da frattura) L’energia cinetica del cantimplora prima dell’impatto viene assorbita da il sistema in forma di calore ( ),

Inizialmente il recipiente di alluminio, il ghiaccio e l’acqua erano in equilibrio termico, per la temperatura iniziale del sistema è $0^{\circ }C$, e la temperatura finale del sistema è $25^{\circ }C$

Dove

Poi

b) Sviluppando un movimento unidimensional con l’asse del sistema di coordinate Verticale e puntando verso il basso,

Considerando che l’istante iniziale è il momento in cui si scarica il cantimplora e che La velocità iniziale è zero Prendendo , il tempo che il cantimplora arriva al suolo è

L’al­ta, alla quale si libera la cantimplora, come origine del sistema di coordinate

Quindi l’altezza del globo è Soluzione del problema teorico $N^{\circ }$ 2 a) Secondo la sentenza, vi è una proporzionalità tra il flusso che circola attraverso il il numero di giri al minuto del motore. Per questo, per far girare al mezzo la sua velocità massima, deve girare una corrente

Usando la legge di Ohm,

La resistenza necessaria per la corrente a circolare es

Per poter girare al terzo della velocità massima, deve circolare un corrente,

E la resistenza è

Con la gamma di resistenze data e, solo facendo connessioni parallele, è impossibile raggiungere questi valori di resistenza. La resistenza equivalente di una connessione di tre resistenze in parallelo è:

Prendendo i casi estremi y , i valori di resistenza equivalente sono y , rispettivamente. Poiché tutte le possibili combinazioni portano a valori di resistenza intermedio tra i valori calcolati y Non è possibile costruire un circuito con tre resistenze che soddisfano i requisiti. Usando solo due resistenze parallele si trovano i valori estremi y E non è possibile costruire un circuito che soddisfi i requisiti di

• le richieste. b) La potenza dissipata in una resistenza collegata a una differenza di potenziale e per la che un flusso circola è,

Quando il motore gira a una velocità pari a metà della sua velocità massima, la velocità di la resistenza necessaria al circuito è . Poi,

c) Il torque ( ) è dato dalla potenza che il motore fornisce diviso la velocità del motore

• Proprio lui.

La torsione massima sarà data dalla massima potenza che il motore può fornire

E per la sua massima velocità

Poi, Soluzione del problema teorico $N^{\circ }$ 3 a) Prendendo l’aria come gas ideale,

dove con ,

Poi,

con , y

b)

Con la campana immersa, il numero di molli è mantenuto costante e si compie che

dove ora il volume di aria è . Poiché la campana è in equilibrio termico con l’acqua,

Dall’equazione della idrostatica, la pressione è dato da dove , è la densità dell’acqua di mare e è l’accelerazione della gravità.

Dato che è costante,

Poi

Risolvendo l’equazione quadrata, le possibili soluzioni sono

La soluzione Non ha senso, visto che è più grande della altezza della campana. Poi il livello dell’acqua all’interno della campana sale a un’altezza di per quanto riguarda il il fondo della stessa. c) La pressione minima sarà la pressione a una profonda

Campaina da sub sommersa con aria e acqua

Topic: Thermodynamics, Fluid Mechanics Metodi: Ideal Gas Law, Hydrostatic Equilibrium, Approximation & Series Expansion Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Gas, Cylinder, Container Fonte: Testo (PDF) — p.4

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

Figurare

**p.9 ** Tensimetro di Lecomte du Noüy con anello

p.14 Foto tensiometro costruita in laboratorio

p.21 Foto tensiometro con anello e liquido

p.22 Foto misura tensione superficiale acqua

The problem is 3 A cylindrical diving bell, with a height of 2,50 m and a diameter of 1 m, It’s closed at the top and open at the bottom. The bell is lowered from the surface of the ocean (where the air is at a pressure of 1 atm and at a temperature of $20^{\circ }C$) to seawater. The bell goes down to one depth, measured from the bottom of the bell, 82,3 m. At that depth, the The water temperature is $4^{\circ }C$ and the bell is in thermal equilibrium with the water. Suppose the air is an ideal gas.

(a) Determine the number of moles of air inside the bell.

(b) At the depth reached: how much water level will rise within the The bell?

(c) Calculate the minimum air pressure necessary inside the bell to remove the water that came in.

The data: Density of seawater Theoretical problem 1 Answering sheet Incise

Score a)

b) Theoretical problem 2 Answering sheet Incise

Score a)

b)

c) Theoretical problem 3 Answering sheet Incise

Score a)

b)

c) Argentine Olympic Games in Physics

Preparatory tests Second test: Thermodynamics, electricity and magnetism

The following is the list of the countries of the European Union:

D.N.I.: …

School: … is not a school

• Before you start solving the test read it carefully The statement of it.
• Write your name and D.N.I. number. in the appropriate place. No Write your name anywhere else on the test.
• Don’t write answers on the statement sheets because they won’t be Considered.
• Write on one side of the leaves. Surface tension

The forces of cohesion between the molecules of a liquid are responsible for the phenomenon known as surface tension. In a liquid-gas interface, the molecules of the liquid that are right on the surface feel forces towards the sides (in directions tangent to the interface) and towards the breast of the liquid, but not out of it. The result is that the molecules that are They are attracted to the surface and are attracted to the inside of it.

The surface tension coefficient can be determined using the Tensimeter of The French are not the same. This pressure gauge, which is outlined in the figure, consists of a ring suspended from a scale. By immersing the ring in a liquid, the strength can be measured. The need to apply the ring at the same time as the sheet It’s going to break. The surface tension of the liquid () is determined from the ring radius and the value of force by:

Available items

• The receiver
• Wire, thread, wire
• Iced sticks
• The rule .
• Pinza, scissor
• Plastic
• Water
• Drying detergent
• Balance of common use

Activities (a) Build a pressure gauge with the available elements.

(b) Measure the surface tension of water and a water mixture with detergent. The experimental problem Answer sheet.

Incise

Score a)

b) Theoretical problem 1 Answering sheet Incise

Score a)

Seven points. b)

Three points. Theoretical problem 2 Answering sheet Incise

Score a)

It is not possible to build a circuit that complies with the requirements

Five points. b)

If it were possible to build a circuit, the dissipated power would be

Three points. c)

Two points. Theoretical problem 3 Answering sheet Incise

Score a)

Two points. b)

The water level inside the bell rises to a height of

the bottom of it.

Five points. c)

Three points. The experimental problem Answer sheet.

Incise

Score a)

Eight points. b)

(See solution)

12 points. *

• Los 12 ptos. they correspond to:

• Measurement of surface water tension: 6 pts.

• Measurement of surface tension of water with detergent: 6 pts.

For each measurement, points shall be allocated taking into account:

• number of measurements made (repeats): maximum 3 points. 0,6 pts.

by measurement)

• error spread: 2 points.

• correct use of units: 1 pto. SOLUCIÓN AL PROBLEMA TEÓRICO $N^{\circ }$ 1 a) According to the First Principle of Thermodynamics, all mechanical energy is The heat will be converted into heat, which will be delivered to the system of the cantimplora, the water and ice. Just before the impact of the cantimplora with the ground, the mechanical energy of the system It’s just kinetic energy.

Since the friction with air is depreciative (no energy loss from friction) The total kinetic energy of the cantimplora before impact is absorbed by the the heat-form system ( ),

Initially the aluminium container, ice and water were in thermal equilibrium, by The system temperature is $0^{\circ }C$, and the system temperature is $25^{\circ }C$

Where

Then

b) Planning a one-dimensional motion with the axis of the coordinate system vertical and pointing downwards,

Considering the initial moment as the moment when the cantimplora is released and that the The initial speed is zero. Taking , the time the cantimplora reaches the ground is

Taking the height at which the cantimplora is released as the origin of the Coordinates

Then the height of the balloon is Solution to the theoretical problem $N^{\circ }$ 2 a) According to the statement, there is a proportionality between the current flowing through the the engine coil, and the number of revolutions per minute of it. Therefore, for the engine to turn at half its maximum speed, it must current

Using Ohm’s law,

The resistance required for the current to circulate es

For the engine to turn at one third of its maximum speed, a current must circulate,

And the resistance is

With the given range of resistance and only making parallel connections, it’s impossible achieving these resistance values. The equivalent resistance of a three-resistance connection in parallel is:

Taking the extreme cases y , the values of equivalent strength are y , respectively. Since all possible combinations lead to resistance values intermediate between the calculated values y It ‘s not possible to build a circuit with three resistors that meet the requirements. Using only two parallel resistors, we find the extreme values y In the same way, it is not possible to build a circuit that meets the requirements of the requirements. b) The power dissipated in a resistor connected to a potential difference and by the which a current is flowing,

When the engine is running at half its maximum speed, the engine is The resistance required in the circuit is . Then,

c) Torque ( ) is given by the power delivered by the motor divided by the speed of the engine. It’s the same.

The maximum torque shall be given by the maximum power that the engine can deliver.

And for its maximum speed

Then, SOLUCIÓN AL PROBLEMA TEÓRICO $N^{\circ }$ 3 a) Taking air as ideal gas,

where with ,

Then,

with , y

b)

With the bell submerged, the number of moles is kept constant and is met which

where now the air volume is . Since the bell is in thermal equilibrium with water,

From the hydrostatic equation, the pressure is given by where , is the density of seawater and It’s the acceleration of gravity.

Since It’s constant,

Then

By solving the quadratic equation, the possible solutions are

The solution It doesn’t make sense because it’s bigger than the height of the bell. Then the water level inside the bell rises to a height of The Commission The bottom of it. c) The minimum pressure will be the pressure at a deep

Campana da sub summers with aria and water

Topic: Thermodynamics, Fluid Mechanics Metodi: Ideal Gas Law, Hydrostatic Equilibrium, Approximation & Series Expansion Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Gas, Cylinder, Container Fonte: Testo (PDF) — p.4

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p.9 — Tensimetro di Lecomte du Noüy con anello

p.14 Photo-tensometer constructed in the laboratory

p.21 Photo-tensimeter with ring and liquid

p.22 — Foto misura tensione superficiale acqua