Ejercicio 4 (cont.): Chaleco antibalas incisos a-d; Ejercicio 5: Curva de calentamiento del agua - cambio de fase

Ejercicio 4 (continuación): Chaleco antibalas

Datos (de página anterior):

• m_{bala} = 3\,\text{g} = 0{,}003\,\text{kg}
• v_i = 200\,\text{m/s}, v_f = 0
• E_c = \frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}(0{,}003)(200)^2 = 60\,\text{J}

a) Explico ¿qué sucedió con toda esa energía que tenía la bala?

[Espacio para desarrollo: La energía cinética de la bala se transformó en calor (energía térmica) al detenerse completamente en el chaleco antibalas, por conversión de energía mecánica a energía interna.]

b) Respondo ¿cuál es la energía perdida por la bala?

E_{perdida} = E_c = \frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}(0{,}003)(200)^2 = 60\,\text{J}

[Espacio para desarrollo]

c) Si la energía de la bala se transfiere en su totalidad al chaleco, indico ¿qué cantidad de temperatura debería soportar el chaleco, tomando en cuenta que, por seguridad, es necesario establecer un 25% adicional de temperatura para un intervalo de confianza aceptable?

Nota: para resolver este inciso se necesitaría el calor específico y masa del chaleco, que no se dan explícitamente. El factor de seguridad sería: \Delta T_{seguridad} = 1{,}25 \times \Delta T_{calculado}

[Espacio para desarrollo]

d) ¿Cuál es el incremento de temperatura del proyectil si toda esa energía se ha transformado en calor? Tomo en cuenta el calor específico de la bala como c = \frac{128\,\text{cal}}{\text{kg}\cdot°C}

Conversión: 60\,\text{J} \div 4{,}186 = 14{,}33\,\text{cal} Q = m \cdot c \cdot \Delta T \Rightarrow \Delta T = \frac{Q}{m \cdot c} = \frac{14{,}33\,\text{cal}}{0{,}003\,\text{kg} \times 128\,\frac{\text{cal}}{\text{kg}\cdot°C}} = \frac{14{,}33}{0{,}384} \approx 37{,}3°C

[Espacio para desarrollo]

Ejercicio 5: Curva de calentamiento del agua - cambio de fase

Planteamiento: La curva de calentamiento del agua permite determinar el calor requerido para el cambio de fase desde el estado sólido hasta el estado gaseoso. Las gráficas a continuación muestran el proceso realizado. En el eje de las "X" transcurre el tiempo, mientras que en el eje "Y" lo hace la temperatura.

FASE 1:

Tres imágenes del experimento de calentamiento con termómetros indicando:

• Imagen 1: temperatura -25°C → material en estado sólido
• Imagen 2: temperatura -15°C → material en estado sólido
• Imagen 3: temperatura -10°C → material en estado sólido

Cada imagen incluye gráfica de curva de calentamiento (Q = m \cdot c_s \cdot \Delta T, pendiente positiva) mientras el material permanece en fase sólida.