Ejercicios resueltos de energía para 2.° de secundaria: cinética, potencial, calor y fuentes

Ejercicios de la unidad 7 del curso de Saberes y pensamiento científico 2: energía. Corresponden a los temas de las páginas 132 a 139, 177 a 189, 195 a 197 y 208 a 221 del libro de la SEP. Usa $g = 9.8$ m/s².

Energía mecánica

1.- ¿Qué energía cinética tiene una motocicleta de 150 kg que va a 10 m/s?

1. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$E_c = \frac{1}{2}(150)(10)^2 = 75 \times 100 = 7\,500$ J.

2.- Un niño de 30 kg sube a un tobogán de 4 m. ¿Cuánta energía potencial gana?

2. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$E_p = 30 \times 9.8 \times 4 = 1\,176$ J.

3.- Un auto de 1 000 kg acelera de 10 m/s a 20 m/s. ¿Cuánto trabajo hizo el motor (sin contar la fricción)?

3. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$E_{c,i} = \frac{1}{2}(1\,000)(10)^2 = 50\,000$ J; $E_{c,f} = \frac{1}{2}(1\,000)(20)^2 = 200\,000$ J. $W = 200\,000 - 50\,000 = 150\,000$ J.

4.- Una pelota de 0.5 kg cae desde 20 m. Sin fricción, ¿qué energía cinética tiene justo antes de tocar el suelo y con qué velocidad llega?

4. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Toda la potencial se vuelve cinética: $E_c = 0.5 \times 9.8 \times 20 = 98$ J. $v = \sqrt{2gh} = \sqrt{392} \approx 19.8$ m/s.

5.- En una montaña rusa sin fricción, ¿dónde es máxima la energía cinética y dónde la potencial?

5. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

La cinética es máxima en el punto más bajo; la potencial, en el punto más alto. La suma de ambas (energía mecánica) se mantiene igual.

6.- Si la velocidad de un objeto se reduce a la mitad, ¿qué pasa con su energía cinética?

6. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Se reduce a la cuarta parte, porque depende del cuadrado de la velocidad: $(1/2)^2 = 1/4$.

Calor y equilibrio térmico

7.- Indica si es conducción, convección o radiación: a) el mango de una cuchara se calienta en el café; b) sientes el calor de un foco sin tocarlo; c) el humo sube por una chimenea.

7. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

a) Conducción; b) radiación; c) convección.

8.- ¿Por qué en climas calurosos se recomienda usar ropa clara?

8. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Porque los colores claros reflejan la radiación solar y absorben menos energía que los oscuros.

9.- Se mezclan 150 g de agua a 70 °C con 50 g de agua a 10 °C. ¿Cuál es la temperatura de equilibrio?

9. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$T_f = \dfrac{150(70) + 50(10)}{200} = \dfrac{10\,500 + 500}{200} = 55$ °C.

10.- ¿Cuánto calor se necesita para calentar 500 g de agua de 20 °C a 100 °C? ($c = 4.18$ J/(g·°C)).

10. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$Q = m c \Delta T = 500 \times 4.18 \times 80 = 167\,200$ J.

Máquinas térmicas

11.- Ordena los tiempos del motor de Otto: escape, compresión, admisión, explosión.

11. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Admisión → compresión → explosión → escape.

12.- Un motor recibe 8 000 J de energía del combustible y produce 2 000 J de trabajo. ¿Cuál es su eficiencia y cuánta energía se pierde?

12. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Eficiencia: $\dfrac{2\,000}{8\,000} \times 100 = 25\,\%$. Se pierden $8\,000 - 2\,000 = 6\,000$ J, sobre todo como calor.

Fuentes de energía

13.- Clasifica en renovable o no renovable: carbón, viento, uranio, Sol, gas natural, mareas.

13. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Renovables: viento, Sol y mareas. No renovables: carbón, uranio y gas natural.

14.- ¿Qué fuente de energía conviene en una zona volcánica? ¿Y en una zona con vientos fuertes y constantes?

14. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

En la zona volcánica, la geotérmica; con vientos fuertes, la eólica (como en el Istmo de Tehuantepec).

15.- ¿Cuál es la principal desventaja ambiental de los combustibles fósiles?

15. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Al quemarse emiten dióxido de carbono, que intensifica el efecto invernadero y el calentamiento global, además de otros gases que contaminan el aire.

16.- ¿Qué transformación de energía hace un panel fotovoltaico?

16. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Convierte la energía luminosa del Sol en energía eléctrica.

Repasa la teoría en las clases de la unidad: energía mecánica, calor, equilibrio térmico, máquinas térmicas, fuentes de energía y energía solar.

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