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QUÍMICA
Alcides Mendoza Coba (Dalhy) 2015
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QUÍMICA
Alcides Mendoza Coba (Dalhy) 2015
CAPÍTULO I
CONCEPTOS BÁSICOS
1. NOTACIÓN CIENTÍFICA
La notación científica de un número, es la representación de un número de la forma:
N x 10n
Donde:
N es un número entero de una sola cifra, es decir que los valores pueden ser del 1 al 9.
n es un número entero cualquiera que indica cuántas cifras se ha recorrido a la derecha o
a la izquierda la coma decimal.
Ejemplo:
Representar en notación científica cada uno de los siguientes números:
A) 45000 en notación científica es: 4,5 x 104
Explicación
B) 0,00000345 en notación científica es: ……………………………………….
Desplazamiento de la coma decimal 4 (n) cifras hacia la izquierda
4 5 0 0 0 RESULTA 4,5 x 104
0,00000345 RESULTA 3, 45 x 10-6
Desplazamiento de la coma decimal 6 (n) cifras hacia la derecha
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Alcides Mendoza Coba (Dalhy) 2015
IMPORTANTE
Es necesario aclarar que cuando la coma decimal se mueve a la derecha el exponente de la
base 10 es un número entero negativo; en cambio, cuando la coma decimal se mueve a la
izquierda el exponente de la base 10 es positivo.
OPERACIONES CON NÚMEROS EN NOTACIÓN CIENTÍFICA
A) ADICIÓN Y SUSTRACCIÓN.
Para sumar o restar números en notación científica se debe tener en cuenta que todas las
bases 10 tengan el mismo exponente; en caso que no tengan el mismo exponente,
primero se igualan los exponentes. Para la adición de números en notación científica se
tiene en cuenta lo siguiente:
ax10n + bx10n + cx10n = (a+b+c) x10n
Ejemplo:
Determinar la respuesta en notación científica de:
a) 2,5x105 + 3,5x105+ 1,5x105 = (2,5 + 3,5 +1,5) x 105 = 7,5 x 105
b) 6,3x106 + 6,9x106 + 7,3x106 = (6,3 +6,9 +7,3) x106 = 20,5 x106
= 2,05 x106
c) 48x109 + 6,9x1010 + 730x108 = 4,8 x1010 + 6,9 x1010 x 7,30 x1010
= 19x1010 = 1,9 x1011
B) MULTIPLICACIÓN DE NÚMEROS EN NOTACIÓN CIENTÍFICA
Para multiplicar números en notación científica se procede teniendo en cuenta lo
siguiente:
(ax10n) (bx10m) = (a x b) x10m+n
Ejemplos:
Determinar en notación científica el resultado de las siguientes multiplicaciones:
(2,0 x 105) (3,0 x 1012) = (2,0 x 3,0) x 105 + 12
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C) DIVISIÓN DE NÚMEROS EN NOTACIÓN CIENTÍFICA
Para dividir números en notación científica se procede teniendo en cuenta lo siguiente:
𝑎10𝑛
𝑏10𝑚 = 𝑎
𝑏𝑥10𝑛−𝑚
Ejemplos.
Determinar en notación científica el resultado de las siguientes divisiones
8𝑥108
4𝑥106 = 8
4𝑥108−6= 2 x 102
2. PRECISIÓN Y EXACTITUD
La exactitud es la cercanía del resultado de una medición al valor verdadero.
La precisión es la cercanía de los valores de unos con otros. Es decir, Precisión se refiere a
la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud.
Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión
11111
1. Exactitud alta precisión baja
2. Exactitud alta precisión alta
3. Exactitud baja y precisión alta
3. CIFRAS SIGNIFICATIVAS
Salvo cuando todos los números sean enteros (por ejemplo, contar el número de
estudiantes en un salón de clases), suele ser imposible obtener el valor exacto de la cantidad
que se investigue. Por ello, es importante señalar el margen de error en una medición al
indicar con claridad el número de cifras significativas, que son los dígitos significativos
Fuente: RED
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en una cantidad medida o calculada. Al usar las cifras significativas, se da por entendido
que el último dígito es incierto. Por ejemplo, podría medirse el volumen de cierto líquido
con una probeta graduada con una escala tal que la incertidumbre en la medición sea de 1
mL. Si el volumen resulta ser de 6 mL, entonces el volumen real se ubica en el intervalo de
5 mL a 7 mL. Ese volumen lo representamos como (6 ± 1) mL. En este caso, existe una sola
cifra significativa (el dígito 6) con incertidumbre de más o menos 1 mL. A fin de lograr
mayor exactitud, podríamos usar una probeta graduada con divisiones más finas, de modo
que ahora el volumen medido tenga incertidumbre de apenas 0.1 mL. Si el volumen del
líquido resulta de 6.0 mL, la cantidad se expresaría como (6.0 n± 0.1) mL y el valor real se
ubicaría entre 5.9 y 6.1 mL. Aunque es posible mejorar adicionalmente el dispositivo de
medición y obtener más cifras significativas, en cada caso el último dígito es siempre
incierto; la magnitud de tal incertidumbre depende del dispositivo de medición usado.
(CHANG, 2013).
4. LINEAMIENTOS PARA EL USO DE CIFRAS SIGNIFICATIVAS
En el trabajo cuentico, siempre debemos tener el cuidado de escribir el número adecuado
de cifras significativas. En general, es más bien sencillo determinar cuántas cifras
significativas tiene un número, si se acatan las reglas siguientes:
a) Todo dígito que no sea cero es significativo.
Ejemplo:
845 cm tiene tres cifras significativas,
1.234 kg tiene cuatro, y así sucesivamente.
b) Los ceros entre dígitos distintos de cero son significativos.
Ejemplo:
606 m incluye tres cifras significativas
40 501 kg posee cinco cifras significativas, etcétera
c) Los ceros a la izquierda del primer dígito distinto de cero no son significativos. Su pro-
pósito es indicar la ubicación del punto decimal.
Por ejemplo:
0.08 L tendría una cifra significativa
0.0000349 g, tres cifras significativas
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d) Si un número es mayor que la unidad, todos los ceros escritos a la derecha del punto
decimal cuentan como cifras significativas.
Por ejemplo:
2.0 mg tiene dos cifras significativas
40.062 mL, cinco
3.040 dm, cuatro cifras significativas.
En el caso de números menores que la unidad, son significativos sólo los ceros que
están al final del número y los que aparecen entre dígitos distintos de cero. Ello
significa que:
0.090 kg tiene dos cifras significativas
0.3005 L, cuatro
0.00420 min, tres, y así sucesivamente.
e) En cuanto a números que no incluyen el punto decimal, los ceros que están a la derecha (es
decir, después del último dígito distinto de cero) podrían ser significativos o no. Así, 400
cm tendría una cifra significativa (el dígito 4), dos (40) o tres (400). Es imposible afirmar
cuál de esas opciones es la correcta sin más información. Sin embargo, con la notación
científica se evita tal ambigüedad. En este caso particular, es posible expresar el número
400 como 4 x 102 para considerar una cifra significativa; 4.0 x 102 para dos cifras, o 4.00 x
102 para tres cifras significativas.
Cálculo con cifras significativas
Cuando se multiplican muchas cantidades, el número de cifras significativas en la
respuesta final es el mismo que el número de cifras significativas en la cantidad que
tiene el número más pequeño de cifras significativas. La misma regla aplica para la
división.
Cuando los números se sumen o resten, el número de lugares decimales en el
resultado debe ser igual al número más pequeño de lugares decimales de cualquier
término en la suma.
PRÁCTICA DE LABORATORIO 1:
Guía adicional
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CAPÍTULO II
MAGNITUDES FÍSICAS
GENERALIDADES
Es necesario que se desarrollen conceptos básicos referentes a las magnitudes, de tal forma que
luego se puedan aplicar y comprender en el desarrollo de situaciones problemáticas teóricas,
posteriormente en la aplicación en el desarrollo de las prácticas de laboratorio.
1. MAGNITUD
En el Diccionario de la Lengua Española en una de las acepciones de magnitud indica:
“Propiedad física que puede ser medida”; en otras palabras es todo lo que se puede medir.
En otras palabras la magnitud se puede definir como la propiedad o cualidad medible de un
sistema físico que puede ser un cuerpo, una partícula, una parte del universo, una cualidad
de manifestación de un fenómeno, etc.
2. CLASES DE MAGNITUDES
Las magnitudes se pueden clasificar por su origen y por su naturaleza.
a) Clases de magnitudes por su origen.
Las magnitudes pueden ser unidades fundamentales y unidades derivadas.
Según el Sistema Internacional de Medidas (S.I.), las magnitudes fundamentales son las
siguientes:
Magnitud Nombre de la
unidad
Símbolo de la
unidad
Dimensión
Masa kilogramo kg M
Longitud metro m L
Tiempo segundo s T
Temperatura Kelvin K ϴ
Intensidad luminosa Candela cd J
Cantidad de sustancia Mol mol N
Intensidad de corriente
eléctrica
Amperio A I
Las magnitudes derivadas provienen de la combinación de las magnitudes
fundamentales, algunas de ellas son las siguientes:
Área, volumen, densidad, presión, energía cinética, energía potencial, calor, trabajo, etc
Masa y peso
Aunque los términos “masa” y “peso” suelen usarse indistintamente, en sentido estricto
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se trata de cantidades diferentes. Mientras que la masa es una medición de la cantidad
de materia en un objeto, el peso, en sentido técnico, es la fuerza que ejerce la gravedad
sobre un objeto.
Volumen
La unidad de longitud del SI es el Metro (m) y la unidad derivada del SI para volumen
es el metro cúbico (m3)
Temperatura
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío
que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud
escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el
principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente
con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía
asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional,
rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de
un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura
es mayor (RED)
Escala Celsius o centígrada. Esta escala es de uso popular en los países que adhieren al
Sistema Internacional de Unidades, por lo que es la más utilizada mundialmente.
Considera como punto de fusión del hielo a cero grados y como punto de ebullición a
100 grados centígrados.
Escala Fahrenheit. En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros
graduados en grado Fahrenheit (°F), propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala
Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en
el tamaño de los grados. En la escala Fahrenheit los puntos fijos son los de ebullición y
fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. Así al primer punto fijo se le
atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212.
Escala Kelvin o absoluta. Considera como punto de fusión del hielo a 273,15 grados
Kelvin y como punto de ebullición 373, 15 grados Kelvin. En la escala Kelvin existe el
10 cm
10 cm
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cero absoluto.
En la escala absoluta, al 0 °C le hace
corresponder 273,15 K, mientras que
los 100 °C se corresponden con 373,15
K. Se ve inmediatamente que 0 K está
a una temperatura que un
termómetro centígrado señalará
como -273,15 °C. Dicha temperatura
se denomina "cero absoluto".
Escala Rankine. Se denomina
Rankine (símbolo R) a la escala de
temperatura que se define midiendo
en grados Fahrenheit sobre el cero
absoluto, por lo que carece de valores
negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e ingeniero escocés William Rankine en
1859.
𝐶
100=
𝐹 − 32
180=
𝐾 − 273
100 =
𝑅 − 492
180
b) Clases de magnitudes por su naturaleza
Las magnitudes pueden ser escales y vectoriales
Magnitudes escalares. Aquellas magnitudes que para su definición solo se necesita
conocer un valor numérico (módulo) y una unidad de medida reconocida.
Ejemplo:
Magnitudes vectoriales: son aquellas magnitudes en las que además de tener el
valor numérico (módulo) y la unidad, se necesita conocer una dirección, un sentido
y un punto de aplicación.
Ejemplo: la velocidad
m 5
Módulo
Unidad
18
Unidad
Módulo m/s Norte a Sur Dirección
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3. MEDIR
Según el Diccionario de la lengua española, en una de sus acepciones indica que medir es
“Comparar una cantidad con su respectiva unidad, con el fin de averiguar cuántas veces la
segunda está contenida en la primera”. Por ejemplo: Cuántas veces la longitud (contiene a
la unidad) de un árbol contiene a un metro (unidad).
4. CONVERSIÓN DE UNIDADES
Primero es necesario comprender en qué consiste el factor unitario.
El factor de conversión, factor unitario o de unidad es una fracción donde el numerador
y el denominador son medidas iguales expresadas en unidades distintas, de tal manera,
que esta fracción vale la unidad. Este método es efectivo para cambio de unidades y
resolución de ejercicios relacionados con el cambio de unidades.
Se llama factor unitario porque a pesar que el numerador es diferente al denominador,
al operarlo teniendo en cuenta las equivalencias, equivale a la unidad. Ejemplo
En este caso 1 kilómetro entre 1000 metros equivale a la unidad, porque ambos tienen
mil metros. También puede presentarse de la siguiente manera:
Otros ejemplos de factor unitario son los siguientes:
En todos los ejemplos tiene como resultado la unidad, entonces son ejemplos de
factor unitario
1 km
1000 m = 1
1000 m
1 km = 1
1 semana
7 días = 1
7 días
1 semana = 1
1 hora
3600 s = 1 60 minutos
3600 s = 1 = 1
1 hora
60 minutos
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Para la realización de la conversión de unidades, mediante el método del factor
unitario se realiza mediante multiplicaciones sucesivas hasta llegar a las unidades
solicitadas.
Ejemplo 1
1. Convertir 280 días a semanas. (Se sabe que 1 semana es igual a 7 días).
Convertir 20 m/s a km/h
(Recuerden; 1h = 3600 segundos y 1 km = 1000m)
Es decir que 20 m/s equivale a decir 72 km/h
5. PREFIJOS UTILIZADOS CON LAS UNIDADES
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1 semana 280 días x
7 días =
280 x 1 semana = 40 semanas
s 20 m
x 1 km
1000 m
3600 s
1 h x =
20 x 1 x 3600 km
1000 h =
72 km
h
UNIDAD
Prefijo Símbolo Factor
deci d 10-1
centi c 10-2
mili m 10-3
micro µ 10-6
nano n 10-9
pico p 10-12
femto f 10-15
atto a 10-18
zepto z 10-21
yocto y 10-24
Prefijo Símbolo Factor
yotta Y 1024
zetta Z 1021
exa E 1018
peta P 1015
tera T 1012
giga G 109
mega M 106
kilo k 103
hecto h 102
deca da 101
UNIDAD
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Ejemplos de la utilización de prefijos (Chang, R. 2012)
2.1. EQUIVALENCIA DE UNIDADES
Longitud
1m = 100 cm = 1000mm = 39,37 pulg = 1,0936 yardas
1pulg = 0,025 m = 2,54 cm
1km = 1000m
1 milla terrestre = 1, 609 km
1 Armstrong = 10-10 m = 10-8 cm
1 yarda = 0,994 m
1 pie = 12 pulg
Masa
1Kg = 1000 g = 2,205 libras
1 libra = 453,6 gramos
1 onza = 28,32 gramos
1T.M = 1000 kg = 2205 libras
1 arroba = 25 libras
Volumen
1litro = 1000cm3 = 1000ml
1m3 = 1000 litros = 1000 dm3
1pie3 = 28,32 litros
Energía
1 caloría = 4,184 Joule
1 Joule = 0,239 caloría
1 Joule = 1 x107 ergios
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1 B.T.U. = 1055 Joule
1 atm-L = 24,21 cal = 101,325J
Presión
1 atm = 101,325 Pascal = 760 mmHg = 760 Torr
1 Pascal = 1N/m2
1 bar = 105Pa
1 atm = 29,92 pulg Hg
1 atm = 14,70lb/pulg2
Tiempo
1 hora = 60 minutos = 3600 segundos
1 año 365 días
1 día 24 horas
1 año bisiesto = 366 días
1 década = 10 años
1 siglo = 100 años
1 milenio = 1000 años
EJERCICIOS PARA RESOLVER I
NIVEL BÁSICO
1. El bromo es un líquido pardo rojizo. Calcule su densidad en g/mL) si 586 g de la sustancia
ocupan 188 mL. 1.22
2. La densidad del etanol, líquido incoloro comúnmente llamado alcohol de grano, es de
0.798 g/mL. Calcule la masa de 17.4 mL de este líquido.
3. Convierta las temperaturas siguientes a grados Celsius o Fahrenheit:
95°F, la temperatura de un caluroso día veraniego
12°F, la temperatura de un frío día invernal;
Fiebre de 102°F;
Un horno que funciona a 1 852°F, y
−273.15°C (en teoría, la temperatura más baja posible).
4. Normalmente, el cuerpo humano soporta temperaturas de 105°F sólo durante breves
periodos sin que ocurra daño permanente en el cerebro y otros órganos vitales. ¿Cuál es
esa temperatura en grados Celsius?
5. El etilenglicol es un compuesto orgánico líquido que se usa como anticongelante en
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radiadores de automóviles. Se congela a −11.5°C Calcule su temperatura de congelación
en grados Fahrenheit.
6. La temperatura en la superficie solar es de unos 6 300°C. ¿Cuál es esa temperatura en
grados Fahrenheit?
7. La temperatura de ignición del papel es de 451°F. ¿Cuál es esa temperatura en grados
Celsius?
8. Convierta las temperaturas siguientes a kelvin: 113°C, el punto de fusión del azufre;
37°C, la temperatura normal del cuerpo humano, 357°C, el punto de ebullición del
mercurio
9. Convertir
22.6 m a decímetros
25.4 mg a kilogramos
556 mL a litros
10.6 kg/m a g/cm
242 lb a miligramos
10. La rapidez promedio del helio a 25° C es 1 255 m/s. Convierta esta rapidez a millas por
hora (mph).
11. ¿Cuántos minutos tarda en llegar la luz del Sol a la Tierra? (La longitud del Sol a la Tierra
es de 93 000 000 millas). A fin de que un avión caza despegue de un portaaviones, debe
alcanzar una rapidez de 62 m/s. Calcule esa rapidez en millas por hora (mph).
12. El contenido “normal” de plomo de la sangre humana es de unas 0.40 partes por millón
(es decir, 0.40 g de plomo por millón de gramos de sangre). Se considera peligroso que
alcance un valor de 0.80 partes por millón (ppm). ¿Cuántos gramos de plomo contienen
6.0 X 103 g de sangre (la cantidad promedio en un adulto) si el contenido de plomo es de
0.62 ppm?
NIVEL MEDIO
13. Calcular la masa de una esfera de oro con radio de 10.0 cm [el volumen de una esfera con
radio r es V = (4/3)πr3; la densidad del oro es de 19.3 g/cm3.
14. El procedimiento siguiente se usa para determinar el vo-lumen de un matraz. Se pesa el
matraz seco y luego se pesa lleno de agua. Si las masas del matraz vacío y el matraz lleno
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QUÍMICA
Alcides Mendoza Coba (Dalhy) 2015
son 56.12 g y 87.39 g, respectivamente, y la densidad del agua es de 0.9976 g/cm3. Calcular
el volumen del matraz en cm3.
15. La vainillina (usada para dar sabor al helado de vainilla y otros alimentos) es una
sustancia cuyo aroma es detectable por la nariz humana en cantidades muy pequeñas. El
límite de umbral es de 2.0 x 10−11 g por litro de aire. Si el precio actual de 50 g de vainillina
es de 112 dólares, determine el costo para que el aroma de vainillina sea detectable en un
hangar para aviones, con volumen de 5.0 x 107 pies3.
16. ¿Cuál es la temperatura en la que el valor numérico en un termómetro de grados Celsius
es igual al de un termómetro de grados Fahrenheit?
17. Suponiendo que se crea una nueva escala de temperatura, en la que el punto de fusión
del etanol (-117.3°C) y su punto de ebullición (78.3°C) se toman como 0°S y 100°S,
respectivamente, donde S es el símbolo de la nueva escala de temperatura. Derive una
ecuación que relacione un valor de esta escala con un valor de la escala Celsius. ¿Qué
lectura daría este termómetro a 25°C?
18. Calcule el error porcentual de las mediciones siguientes:
La densidad del alcohol (etanol) resulta ser de 0.802 g/mL (valor verdadero de
0.798 g/mL)
la masa de oro en un arete es de 0.837 g (valor verdadero de 0.864 g.
19. Un galón de gasolina en el motor de un automóvil pro-duce en promedio 9.5 kg de
dióxido de carbono, que es un gas de invernadero, es decir, que promueve el
calentamiento de la atmósfera terrestre. Calcule la producción anual de dióxido de
carbono en kilogramos si existen 40 millones de automóviles en Estados Unidos y cada
uno recorre una longitud de 5 000 millas con con-sumo de 20 millas por galón.
20. Las reservas mundiales totales de petróleo se calculan en 2.0 X 1022 J (el joule es una
unidad de energía en la que 1 J= 1 kg m2 /s2). Al ritmo actual de consumo, de 1.8 X1020
J/año, ¿cuánto tardarán en agotarse las reservas? (cálculo que data del año 1990)
21. Las feromonas son compuestos que secretan las hembras de muchas especies de insectos
para atraer a los machos. Es habitual que basten 1.0 x 10−8 g de una feromona para llegar
a todos los machos correspondientes en un radio de 0.50 millas. Calcule la densidad de la
feromona (en gramos por litro) en un espacio cilíndrico de aire con un radio de 0.50 millas
y una altura de 40 pies.
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QUÍMICA
Alcides Mendoza Coba (Dalhy) 2015
NIVEL AVANZADO
22. Convertir 2800 m/s a Picómetro por hora.
23. Convertir 480 m/h a mm/centésimas de Segundo.
24. Convertir 0,80 Kilowatt (kW)a ft.lbf/s.
25. Convertir 789520 ergios a litros. Atmósfera.
26. Convertir 22222 Watt segundo (W.s) a Kilovatio hora (kW.h).
27. Convertir 5000 Milivolt (mV) a kilovoltios.
28. Convertir 4000 din/cm² a Pascal (Pa).
29. Una pirámide tiene una altura de 481 ft y su base cubre una área de 13.0 acres El volumen
de una pirámide está dado por la expresión V = 1
3Bh,
donde B es el área de la base y h es la altura.
Encuentre el volumen de esta pirámide en metros
cúbicos. (1 acre = 43 560 ft2) (Serway)
30. Suponga que Bill Gates le ofrece $1 000 millones si es capaz de terminar de contarlos
usando sólo billetes de un dólar. ¿Debe aceptar su oferta? Explique su respuesta. Suponga
que cuenta un billete cada segundo y advierta que necesita al menos 8 horas al día para
dormir y comer. ¿Cuánto tiempo necesitará para terminar de contarlos? (Serway).
31. El diámetro de la galaxia con
forma de disco, la Vía Láctea, es
de aproximadamente 1.0 x105
años luz (a–l). La distancia a la
galaxia Andrómeda, que es la
galaxia espiral más cercana a la
Vía Láctea, es de alrededor de 2.0
millones de a–l. Si un modelo a escala representa las galaxias Vía Láctea y Andrómeda
como platos soperos de 25 cm de diámetro, determine la distancia entre los centros de los
dos platos. (Serway)
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QUÍMICA
Alcides Mendoza Coba (Dalhy) 2015
32. Un chorro de agua elevado se ubica en el centro de
una fuente, como se muestra en la figura. Un
estudiante camina alrededor de la fuente, evitando
mojar sus pies, y mide su circunferencia en 15.0 m.
A continuación, el estudiante se para en el borde de
la fuente y usa un transportador para medir el
ángulo de elevación de la fuente que es de 55.0°.
¿Cuál es la altura del chorro?
33. Un niño adora ver cómo llena una botella de plástico transparente con champú. Las
secciones transversales horizontales de la botella son círculos con diámetros variables
porque la botella es mucho más ancha en algunos lugares que en otros. Usted vierte
champú verde brillante con una relación de flujo volumétrico constante de 16.5 cm3 /s.
¿En qué cantidad el nivel de la botella se eleva a) a un punto donde el diámetro de la
botella es de 6.30 cm y b) a un punto donde el diámetro es de 1.35 cm?
530
PRÁCTICA DE LABORATORIO 2:
Guía adicional