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Análisis de Preguntas Facsímil Ciencias – Física Admisión 2007 Introducción El objetivo de este folleto es poner a disposición de los alumnos, 44 preguntas de Física, 18 del Módulo Común y 26 del Módulo Electivo, de acuerdo a la nueva estructura de la prueba de Ciencias - Física, de modo que contribuya positivamente al conocimiento de este instrumento de medición educacional. Las preguntas aquí publicadas han sido probadas, se conoce su comportamiento en la población, y están referidas a los contenidos establecidos por el Marco Curricular para el sector de Ciencias. Por lo tanto, constituyen un material idóneo para el postulante. Este folleto ha sido elaborado por el Comité de Ciencias del Departamento de Evaluación, Medición y Registro Educacional (DEMRE), dependiente de la Vicerrectoría de Asuntos Académicos de la Universidad de Chile. Registro de Propiedad Intelectual N° 175046 – 2008. Universidad de Chile. Derechos reservados ©. Prohibida su reproducción total o parcial. Las 44 preguntas de este facsímil son de Física y debajo de la numeración se indica si pertenecen al Módulo Común (MC) o al Módulo Electivo (ME) del subsector. 1. Respecto al sonido audible para el ser humano, se afirma que M. C. I) para dos sonidos de igual tono, la intensidad es menor cuanto menor es la amplitud de la onda sonora. II) un sonido de baja frecuencia se dice que es un sonido grave. III) su longitud de onda es menor que la de un ultrasonido. Es (son) correcta(s) A) sólo II. B) sólo I y II. C) sólo I y III. D) sólo II y III. E) I, II y III. Área temática: Ondas Eje temático: El sonido. Contenido: Composición del sonido. Curso: 1º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta. Comentario: La primera afirmación requiere que el postulante conozca la relación entre la intensidad y la amplitud en una onda sonora, lo que fue reconocido por casi el 50% de los postulantes que respondieron esta pregunta. La segunda afirmación es prácticamente de conocimiento general y esto se reflejó en las respuestas. La mayor dificultad de esta pregunta radica en la tercera afirmación, que bien puede mostrar un desconocimiento del término ultrasonido o una confusión entre frecuencia y longitud de onda. El ultrasonido tiene una frecuencia mayor que un sonido audible por el ser humano y por tanto una longitud de onda menor, haciendo falsa la tercera afirmación. 2. Una onda sonora sale del agua al aire. Al respecto, ¿cuál de las siguientes opciones es correcta? A) La rapidez de propagación de la onda disminuye al salir del agua. B) La longitud de onda aumenta al salir del agua. C) La frecuencia de la onda aumenta al salir del agua. D) El período de la onda, al propagarse por el aire, es mayor que cuando se propagó por el agua. E) La rapidez de propagación de la onda aumenta al salir del agua. Área temática: Ondas Eje temático: El sonido. Contenido: Vibración y sonido. Curso: 1º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. M. C. Comentario: Para contestar esta pregunta, considerada de dificultad mediana por la comisión, se deben reconocer cómo varían las propiedades de una onda sonora al cambiar de medio. De las alternativas incorrectas, los postulantes optaron principalmente por la E, con un 30,2%. Un 24% de los postulantes optó por las alternativas B, C y D. Por otro lado, el 7,8% de los postulantes contestó C, es decir, afirmaron que la frecuencia cambiaba. La alternativa A tiene relación con el hecho experimental de que la rapidez de una onda sonora es mayor en el agua que en el aire. Esta es la alternativa correcta, por lo que E, que afirma lo contrario, es incorrecta. Para las alternativas B, C y D debe conocerse la relación v = f λ entre la velocidad de propagación v, la frecuencia f y la longitud de onda λ. La alternativa B es incorrecta, ya que al disminuir la velocidad y mantenerse la frecuencia cuando cambiamos de medio, la longitud de onda debe disminuir. La alternativa C es directa, ya que sabemos que la frecuencia se mantiene al cambiar de medio. En el caso de la alternativa D, debe saberse que el período es el recíproco de la frecuencia, y como esta no cambia, tampoco cambia el período al pasar de un medio a otro. 3. La figura representa una película de aire de caras paralelas entre dos vidrios de igual índice. Los índices de refracción para los medios anteriores son naire = 1 y nvidrio = 1,5. Un rayo de luz monocromática va del vidrio al aire y luego pasa nuevamente al vidrio. M. C. I) II) III) Vidrio Vidrio Vidrio Aire Aire Aire Vidrio Vidrio Vidrio ¿Cuál(es) de los diagramas anteriores podría(n) corresponder a la trayectoria del rayo de luz que viaja por los medios descritos? A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III. Área temática: Ondas. Eje temático: La Luz. Contenido: Propagación de la luz. Curso: 1º Año Medio. Clave: E. Habilidad cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta. Comentario: Analizando cualitativamente el fenómeno en que un haz de luz, que proviene del vidrio, atraviesa una capa de aire, con un ángulo de incidencia distinto a la normal, se sabe que éste recorre un mayor camino debido a que su velocidad de propagación es mayor en dicho medio y por tanto experimenta una desviación respecto a la normal, constatándose que se aleja de ésta, que es lo esquematizado en la alternativa III. Por otra parte, un haz de luz, que proviene del vidrio e incide normalmente sobre una capa de aire, tiende a ocupar el menor tiempo posible en atravesarla y cualquiera desviación significaría disponer de un mayor tiempo en recorrer dicha capa de aire; por tanto no experimenta ninguna desviación con respecto a su dirección de propagación, que es lo que se esquematiza en la alternativa II. Este fenómeno también se puede analizar, postulando que al cambiar de medio un haz de luz, este debe satisfacer la ley de Snell: “ni sen i = nr sen r ”, donde i es el ángulo de incidencia respecto a la normal a la superficie y r es el ángulo del rayo refractado respecto a la normal. Al aplicar esta ley, nos damos cuenta que el ángulo debe crecer al pasar del vidrio al aire y decrecer en caso contrario. Después de este análisis queda claro que la primera afirmación es falsa y la tercera es correcta. El caso de la segunda afirmación es un caso particular conocido como de incidencia normal y que claramente satisface la ley con los ángulos iguales a cero, siendo también correcta. 4. Si un objeto de color verde es iluminado con luz de color rojo, se verá M. C. A) negro, porque refleja sólo la luz verde y absorbe todo otro color. B) verde, porque ese es el color del objeto. C) morado, porque el objeto refleja una mezcla de rojo y verde. D) rojo, porque todos los cuerpos reflejan la luz que les llega. E) blanco, porque absorbe sólo la luz verde y refleja todos los demás colores. Área temática: Ondas. Eje temático: La Luz. Contenido: Propagación de la luz. Curso: 1º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: Un objeto se ve de color verde porque absorbetodas las ondas cuyas longitudes de onda son diferentes al verde. Las ondas de longitud de onda correspondientes al color verde serán reflejadas. Por ejemplo, si el objeto es iluminado con luz blanca, la cual contiene todas las longitudes de ondas del espectro visible, el color verde será el único reflejado y todas las otras ondas de longitudes de onda distinta de la verde serán absorbidas. Sin embargo, si es iluminada con ondas de longitud de onda distintas al verde, estas serán absorbidas y el cuerpo no se verá. Si el cuerpo es iluminado sólo con luz verde el cuerpo se verá verde. En esta pregunta llama la atención que la mayor proporción de estudiantes opta por la opción C (36,3%), lo que revela que aplican preconceptos de “mezclas de colores” para resolver esta situación y no comprenden que el color resulta ser el efecto de que los materiales absorben determinadas longitudes de ondas y reflejan otras. Por otra parte, aproximadamente un 14% de los alumnos que abordan esta pregunta, sólo tienen la intuición de que se trata de un fenómeno óptico, ya que saben que tiene que ver con la reflexión de la luz. 5. De las afirmaciones siguientes: M. E. I) La intensidad del sonido es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda sonora. II) Un aumento de 10 dB indica que la intensidad del sonido aumenta en un factor 10. III) Cada tono está determinado por la frecuencia de la onda. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) sólo I y III. E) I, II y III. Área temática: Ondas. Eje temático: El sonido. Contenido: Vibración y sonido. Curso: 1º Año Medio. Clave: E. Habilidad cognitiva: Comprensión. Comentario: Esta pregunta, fue considerada de mediana dificultad, sin embargo sólo un 23% la contestó correctamente y un 37% la omitió. La alternativa más escogida fue D, con un 26%, que considera correctas sólo las afirmaciones I y III. La afirmación II presenta tres aspectos que pueden ser complicados para el postulante. Primero, conocer la expresión del nivel de sonido en decibeles β: β= 10 Log (I / Io) , Donde I es la intensidad del sonido e Io es la intensidad de referencia considerada el umbral auditivo y la función Log es el logaritmo en base 10. Segundo, manipular esta expresión incrementando la intensidad en un factor 10 y luego compararla con el valor original. Además, un hecho no menor puede ser la dificultad de manejar los aspectos matemáticos de la función logaritmo. Cabe notar que este tipo de preguntas, donde se necesita conocer y manipular alguna fórmula específica, se ha ido dejando de lado durante los últimos años y se ha priorizado la utilización de preguntas que impliquen conocer sólo las relaciones básicas, y a partir de éstas, buscar formas creativas y poco comunes de preguntar estas materias, de manera de que el postulante pueda demostrar sus habilidades frente a situaciones nuevas desde su perspectiva. 6. La rapidez del sonido depende del medio en el cual se propaga. A una temperatura de 20 oC, su valor en el aire es v1 = 340 s m y en el agua es v2 = 1480 s m . La frecuencia de vibración de la nota Do central del piano es f = 262 Hz. Entonces, la longitud de onda de esta nota en el agua es M. E. A) 1 2 v v veces la longitud de onda en el aire. B) 2 veces la longitud de onda en el aire. C) igual a la que tiene en el aire. D) 2 1 v v veces la longitud de onda en el aire. E) 2v f veces la longitud de onda en el aire. Área temática: Ondas Eje temático: El sonido Contenido: Ondas y sonido Curso: 1º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva medida: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta. Comentario: Para contestar correctamente esta pregunta, el alumno primero debe recordar que la velocidad de propagación de una onda v es v= λf , donde λ es la longitud de onda en el medio y f es la frecuencia. Además, debe saber que al pasar de un medio a otro, lo que se mantiene constante en la onda es su frecuencia. Esto nos permite escribir la siguiente ecuación: 2 2 1 1 vfv λλ == , que relaciona la longitud de onda en ambos medios. Hecho esto, sólo resta despejar λ2 para obtener la respuesta. Pues bien, para los alumnos la pregunta resultó bastante difícil, lo que se puede apreciar por el bajo porcentaje de respuestas correctas (16%) y la alta omisión (65%). Por otra parte, de los alumnos que abordan la pregunta, se tiene que aquellos que tienden a tener buenos resultados en la prueba completa, consideran como respuesta correcta la opción C (con aproximadamente un 10% de las preferencias), lo que significa que no tienen claridad respecto a las propiedades de una onda cuando ésta se transmite de un medio a otro. Otro aspecto que resulta del análisis de los distractores, es que aproximadamente un 25% de los que abordan la pregunta contestan como correcta la opción E, lo que significa que escogen una alternativa que posee incongruencias desde el punto de vista del análisis dimensional, es decir, de las unidades de medida, las que si bien a veces no se mencionan y se trabaja sólo numéricamente, siempre van asociadas a la magnitud de la propiedad física de la que se está hablando o que se está midiendo. En este caso en particular, se está dividiendo una frecuencia por una velocidad, y lo que se está preguntando corresponde a una razón, es decir, un valor adimensional. 7. Las ondas que llegan a la antena de un televisor funcionando y las que salen de su pantalla M. E. I) son de la misma naturaleza. II) difieren principalmente en cuanto a frecuencia y longitud de onda. III) tienen la misma rapidez. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) sólo I y III. E) I, II y III. Área temática: Ondas. Eje temático: La Luz Contenido: Naturaleza de la luz. Curso: 1º Año Medio. Clave: E. Habilidad cognitiva: Reconocimiento. Dificultad: Alta. Comentario: Las ondas que portan la señal de televisión y la luz que sale de la pantalla del televisor son ambas ondas electromagnéticas, es decir de la misma naturaleza. Sin embargo, las primeras son de menor frecuencia (o equivalentemente, mayor longitud de onda) que las segundas, las cuales pertenecen al espectro visible. Es decir, ambas ondas difieren principalmente en cuanto a la frecuencia y a la longitud de onda. Finalmente, como la rapidez de una onda depende del medio en que se propaga y en este caso ambas ondas se propagan en el aire, estas tienen la misma rapidez. Esta pregunta, considerada fácil, resultó difícil para los postulantes. El 70% de ellos intenta contestarla, pero sólo el 19% lo hace correctamente. Esto refleja que la mayoría de los postulantes están familiarizados con la materia, sin embargo, no la dominan a cabalidad. La alternativa B cuenta con el mayor porcentaje de preferencias (31%), seguramente porque la afirmación II era la más fácil de reconocer de las tres. Nótese que alrededor del 36% de los postulantes excluye por completo la afirmación I, la cual es correcta. 8. Una ampolleta de filamento diseñada para funcionar con 110 V, funcionará sin quemarse si la conectamos a M. C. I) una fuente de 110 V de corriente continua. II) una fuente de 110 V de corriente alterna. III) dos fuentes de 220 V de corriente alterna puestas en serie. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) sólo I y II. E) sólo II y III. Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: La Electricidad. Contenido: Corriente Eléctrica. Curso: 1º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: Latercera afirmación no obtuvo casi preferencias, sólo un 1,9%, lo cual revela que los postulantes tienen claro que dos fuentes puestas en serie se suman. Sin embargo, a juzgar por las respuestas: opción A (13,5%) opción B (7,6%) y una omisión del 33%, da la impresión que los conceptos de corriente continua y alterna no les son familiares a los postulantes. La ampolleta es básicamente una resistencia y como tal se comporta de la misma manera ante una corriente continua o una alterna. 9. Por un circuito eléctrico de resistencia R, conectado a una diferencia de potencial V, circula una corriente continua de intensidad i. Para aumentar la intensidad a 2i, es correcto afirmar que se puede M. C. I) aumentar la resistencia al doble, junto con disminuir la diferencia de potencial a la mitad. II) disminuir la resistencia a 2 R , manteniendo la diferencia de potencial V. III) aumentar la diferencia de potencial a 2V, manteniendo la resistencia R. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III. Área temática: Electricidad y magnetismo Eje temático: La Electricidad. Contenido: Corriente eléctrica. Curso: 1º Año Medio. Clave: E. Habilidad cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta, considerada mediana por la comisión, resultó difícil para los postulantes y con una alta omisión. Esto resulta sorprendente, porque se trata de una aplicación directa de la ley de Ohm, R VI = , que relaciona el voltaje V, la resistencia R y la intensidad de corriente eléctrica I, que es un eje temático central en el programa de primero medio. Si se reemplazan los valores propuestos en las diferentes aseveraciones, la conclusión inmediata es que la primera es falsa y las dos siguientes son verdaderas, determinando claramente la respuesta correcta. 10. El circuito representado en la figura muestra dos resistencias R1 y R2. M. C. Si los valores de éstas son 8 y 6 Ω, respectivamente, y la intensidad de corriente eléctrica en R1 es de 2 A, entonces la diferencia de potencial entre los puntos P y Q es A) 28 V B) 16 V C) 12 V D) 4 V E) imposible de determinar. R2P Q V R1 Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: La Electricidad. Contenido: Corriente eléctrica. Curso: 1º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: En esta oportunidad, la dificultad estimada por la comisión fue mediana. Sin embargo, esta pregunta resultó bastante difícil, ya que sólo la contesta correctamente un 32,2% de los alumnos. Los conceptos básicos en juego en esta pregunta son la corriente I que circula por un circuito en serie es la misma en cualquier punto del circuito, y la ley de Ohm para calcular la caída de voltaje en una resistencia R por medio de V = I · R. En esta pregunta se da el valor de la corriente y el valor de la resistencia, siendo directo el cálculo. Del análisis de los distractores, se tiene que un 5,7% de los postulantes al parecer no entiende lo solicitado, ya que calcula la diferencia de potencial dada por la fuente, dado que lo obtiene de calcular la resistencia equivalente y saber que en un circuito en serie la corriente se mantiene. A su vez, se tiene que aproximadamente un 20% de los alumnos piensa que se debe mantener constante la diferencia de potencial en cada una de las resistencias. Así, un 10,6% calcula la diferencia de potencial en R1 y piensa que es la misma para R2; mientras que un 10,5% trata de encontrar una relación usando los valores de las resistencias del circuito. 11. En una ampolleta que está diseñada para conectarse a una diferencia de potencial de 220 volt, está anotado que su potencia es 40 watt. Usada correctamente, por esa ampolleta circula una corriente de intensidad 0,18 A. Entonces, si esta ampolleta se conecta a una red de 110 volt, se puede afirmar que M. C. I) iluminará más. II) consumirá una potencia menor que 40 watt. III) por ella circulará una corriente de intensidad menor que 0,18 A. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) sólo II y III. E) I, II y III. Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: La Electricidad. Contenido: Corriente eléctrica. Curso: 1º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Media. Comentario: La comisión estimó esta pregunta de mediana dificultad y efectivamente resultó así para los postulantes. La pregunta pretendía determinar el manejo de conceptos de electricidad simples de una instalación domiciliaria, lo que resultó familiar e intuitivo para los postulantes, lo cual se puede deducir del alto porcentaje de alumnos que contestó en forma correcta. Una manera directa de enfrentar este problema es tener en cuenta que la resistencia de la ampolleta es constante. Utilizando la expresión R VP 2 = para la potencia P en función del Voltaje V y la resistencia R, al disminuir el voltaje, la potencia disipada será menor, haciendo falsa la primera alternativa y cierta la segunda. Aplicando la ley de Ohm se deduce que la corriente también disminuirá al disminuir el voltaje. 12. Dos esferas conductoras aisladas, de igual radio y con cargas positivas 4q y 2q, respectivamente, se conectan por medio de un hilo conductor. Después de conectadas, es correcto afirmar que M. E. A) la esfera que tenía mayor carga queda neutra. B) ambas esferas quedan neutras. C) no hay cambio en las cargas de cada esfera. D) cada esfera queda con una carga de 3q. E) la esfera que tenía menor carga queda neutra. Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: La Electricidad Contenido: Carga Eléctrica. Curso: 1º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Media. Comentario: Para contestar correctamente esta pregunta, el alumno debe considerar, que al conectar un alambre conductor entre las esferas se redistribuye la carga de manera tal que el potencial sea el mismo en las dos esferas. Como ambas esferas tienen el mismo radio necesariamente deben tener la misma carga para estar al mismo potencial. O dicho de otro modo, mientras haya una diferencia de potencial entre las esferas, fluirá carga hasta que esta diferencia de potencial sea nula. Para los alumnos, en general esta pregunta resulta de dificultad mediana, dado que el 48% contesta correctamente y un 24% la omite. Del análisis de los distractores se tiene que aproximadamente el 14% considera que no hay cambios en las cargas de cada esfera. Seguramente el hecho de decir que eran cargas aisladas los lleva a obviar el efecto de colocar un alambre conductor entre ellas. Por otra parte, aproximadamente un 8% de los postulantes piensa que las esferas quedan neutras, lo cual contradice la conservación de la carga. 13. Un disco metálico inicialmente neutro, provisto de un mango de material aislante, se acerca, sin tocar, a una lámina de plástico no conductora que posee carga eléctrica negativa (figura 1). A continuación, se conecta brevemente el disco a tierra (figura 2) y luego se lo aleja de la lámina (figura 3). Entonces, el disco quedará A) neutro. B) con carga positiva. C) con carga negativa. D) con carga positiva o negativa, dependiendo de la resistencia del disco. E) con carga positiva o negativa, dependiendo de la resistencia de la lámina. (1) (2) (3) Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: La Electricidad Contenido: Carga Eléctrica. Curso: 1ºAño Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. M. E. Comentario: Se consideró esta pregunta difícil, ya que requiere de un análisis de las diferentes situaciones que se presentan. Primero se debe considerar que la lámina de plástico cargada negativamente produce un campo eléctrico tal que reordena las cargas del disco metálico, de manera tal que las cargas positivas quedan en la parte más cercana a la lámina. Luego, al conectar un alambre a tierra fluyen los electrones a través de él, dejando al disco metálico con una carga neta positiva. Finalmente, se desconecta el disco de tierra quedando este cargado positivamente. Para los postulantes resulta difícil, ya que la contesta correctamente un 19%, llamando la atención que la mayor proporción contesta la opción A (41%). Esto da a entender que un gran porcentaje de los alumnos no maneja de manera correcta el concepto de redistribución de carga o el de conexión a tierra, o tal vez ambos. 14.. Se dispone de una esfera metálica maciza aislada de radio R. En ella se consideran tres puntos: O en el centro, P en la mitad del radio y T en la superficie de la esfera. Si el potencial en T es V, los potenciales en los puntos O y P son M. E. Potencial Potencial en O en P A) V V B) 0 2 V C) 2V V D) V 0 E) 0 0 T P O Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: Electricidad y magnetismo. Contenido: Campo y Potencial eléctrico. Tema: Potencial eléctrico. Curso: 4º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: La pregunta resultó muy difícil, pues tan sólo 7,5% de los postulantes la contestó correctamente y presentó una omisión cercana al 40%. Dentro de un conductor, en una situación de equilibrio, es decir, donde no hay movimiento de carga, el campo eléctrico es cero o equivalentemente el potencial eléctrico es constante. Luego, el potencial eléctrico en la superficie del conductor es el mismo que en el interior. Nótese que si el campo eléctrico fuera distinto de cero, habría una fuerza neta sobre las cargas y por lo tanto un movimiento de las mismas, no estando en una situación de equilibrio. En nuestro caso se trata de una esfera metálica maciza, la cual es conductora, por lo que se aplica lo anterior. Conociendo el potencial en la superficie sabemos que será el mismo en cualquier punto del interior, lo que corresponde a la alternativa A. 15. En un circuito de corriente continua, ¿cuál(es) de los siguientes dispositivos funciona(n) correctamente y sin interrumpir el circuito? M. E. I) Transformador. II) Resistencia. III) Condensador. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo I y III. Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: Electricidad y magnetismo. Contenido: Circuitos eléctricos. Curso: 4º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta Comentario: Esta pregunta resultó difícil, pues fue contestada correctamente por un 12% de los postulantes y presentó una omisión del 20,5%. Para contestarla se requería reconocer tres dispositivos eléctricos fundamentales en los circuitos: Un transformador, que es un dispositivo que consta de dos bobinas, en general de diferente número de vueltas, y un núcleo de hierro que las une. Funciona basado en inducción electromagnética y requiere una corriente alterna para funcionar correctamente. Una resistencia (o resistor) es un dispositivo que controla el nivel de corriente en las diferentes partes de un circuito y cuya caída de potencial entre sus extremos es proporcional a la corriente que circula por ella (ley de Ohm). Este dispositivo funciona correctamente con corriente alterna o continua. Un condensador (o capacitor) es un dispositivo constituido por un par de conductores, separados por un dieléctrico, sometidos a una diferencia de potencial. La razón entre la carga almacenada en los conductores y la diferencia de potencial al cual está sometido se conoce como la capacidad del condensador. A través de un condensador no circula corriente. Este dispositivo funciona correctamente con corriente alterna o continua. El primer dispositivo no funciona correctamente con corriente continua y el tercero no permite que circule corriente a través de él por lo tanto la respuesta es la alternativa B, es decir, sólo la resistencia. 16. Dos cuerpos muy pequeños cargados eléctricamente, experimentan una fuerza eléctrica de magnitud Fd cuando están separados una distancia d. Los cuerpos se separan hasta alcanzar una distancia d 2 5 y la carga de uno de ellos es aumentada en la cuarta parte de su valor inicial. Entonces, la magnitud de la fuerza eléctrica entre ambos, en esta nueva situación, es M. E. A) dF 5 1 B) dF 5 2 C) dF 2 1 D) dF E) dF5 Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: Electricidad y magnetismo. Contenido: Fuerza entre cargas. Curso: 4º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: La pregunta, considerada mediana, fue contestada correctamente por un 11% de los postulantes y presentó una omisión del 61,5%. Requiere para su solución la aplicación directa de la ley de Coulomb. En efecto, la fuerza en la situación inicial es Fd y corresponde a 2 21 ed d qqKF ⋅= donde Ke es la constante de Coulomb, q1 y q2 corresponden a las cargas de los pequeños cuerpos cargados (los cuales hemos considerado puntuales) y d a la distancia entre los cuerpos. En la situación final, los cuerpos están a una distancia 2 d5 y una de las cargas, digamos q2, ha aumentado en la cuarta parte de su valor inicial. Es decir, el nuevo valor de q2 es 4 q5 4 qq 222 =+ , mientras que q1 no ha cambiado. Luego la fuerza en este caso es: 2 21 e2 2 1 e final d d5 qqK 2 d5 4 q5q KF ⋅= ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = por lo tanto 5 F F dfinald = , que corresponde a la alternativa A. 17. Una partícula de masa m y carga eléctrica experimenta una aceleración q+ a constante por acción de un campo eléctrico uniforme. Entonces el vector campo eléctrico E es M. E. A) amq ⋅⋅ B) m aq ⋅ C) q am ⋅ D) aq ⋅ E) am ⋅ Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: Electricidad y magnetismo. Contenido: Campo eléctrico. Curso: 4º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: La pregunta fue contestada correctamente sólo por un 21% de los postulantes y presentó una omisión del 63%. Los conceptos principales de este problema son la definición de campo eléctrico, su relación con la fuerza eléctrica y la segunda ley de Newton amF ⋅= . La fuerza que experimenta una carga q en presencia de un campo eléctrico F es igual a Eq . Igualando esta fuerza con la expresión dada por la segunda ley de Newton se obtiene amEq = de donde al despejar E obtenemos q amE ⋅= que corresponde a la alternativa C. 18. Si se aumenta la superficie de un condensador plano al doble, su capacidad A) se cuadruplica. B) se duplica. C) permanece inalterada. D) disminuye a la mitad. E) disminuye a un cuarto. Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: Electricidad y magnetismo. Contenido: Condensador de placas paralelas. Curso: 4º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: La pregunta fue contestadacorrectamente por el 26,6% de los postulantes y presentó una omisión del 49,3%. Para contestar este problema correctamente se requiere conocer la expresión de la capacidad de un condensador de placas planas paralelas. Un condensador (o capacitor) es un dispositivo constituido por un par de conductores, separados por un dieléctrico, sometidos a una diferencia de potencial. La razón entre la carga almacenada (Q) en los conductores y la diferencia de potencial (V) al cual está sometido se conoce como la capacidad (C) del condensador. Esta capacidad C sólo depende de la disposición geométrica de estos conductores y del dieléctrico. En un condensador de placas planas y paralelas la capacidad C viene dada por d AkC 0ε= donde k es la constante dieléctrica del material que separa las placas, �0 es la constante dieléctrica del vacío, A es el área de las placas y d la separación de las mismas. Si aumentamos el área al doble de su valor inicial la nueva capacidad es el doble de la antigua. 19. Una partícula con carga eléctrica q se mueve con rapidez v, en dirección perpendicular a un campo magnético B uniforme. Al respecto, ¿cuál de las siguientes opciones expresa la magnitud de la fuerza magnética que el campo B ejerce sobre la partícula? A) v Bq B) q Bv C) B vq D) Bvq E) vB q Área temática: Electricidad y magnetismo. Eje temático: Electricidad y magnetismo. Contenido: Campo Magnético. Curso: 4º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Reconocimiento. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta resultó difícil, ya que sólo un 12,6% de los postulantes la contestó correctamente y presentó una omisión del 64,5%. Sin embargo, esta es una pregunta básicamente de reconocimiento de la expresión de la fuerza magnética que experimenta una carga q que se mueve con velocidad v en un campo magnético B (Fuerza de Lorentz). Esta fuerza F está dada por la siguiente expresión: BvqF ×= En el caso particular de esta pregunta, la velocidad y el campo magnético son perpendiculares entre sí, por lo tanto el producto cruz es máximo y su módulo corresponde a . Luego, la magnitud de la fuerza magnética es , que se encuentra en la alternativa D. Bv Bvq 20. En relación a las fuerzas F1 y F2 que ejercen dos cuerpos que interactúan entre sí, se afirma que tienen igual M. C. I) módulo. II) dirección. III) sentido. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo I y II. D) sólo II y III. E) I, II y III. Área temática: Mecánica Eje temático: El movimiento. Contenido: Fuerza y Movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Reconocimiento. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta resultó bastante difícil, dado que sólo el 20,5% de los postulantes responde correctamente, a pesar de que la comisión estimó que resultaría fácil, pues como estaba planteada la pregunta, sólo se trataba de recordar el enunciado de la tercera ley de Newton. Es decir, si entre dos cuerpos que interactúan mutuamente el primer cuerpo ejerce una fuerza F1 sobre el segundo y el segundo ejerce una fuerza F2 sobre el primero, estas dos fuerzas son iguales en magnitud o módulo, y actúan sobre cuerpos distintos en la misma dirección pero en sentidos contrarios. En algunos casos el sentido de un vector queda especificado conociendo solamente la dirección de éste, pero existen situaciones en las que es necesario especificar explícitamente la dirección y el sentido de un vector, particularmente en situaciones como el par acción – reacción de la tercera ley de Newton. Por esta razón, siendo el caso más general, en las alternativas se consideraron las tres características de un vector, para su completa especificación. El análisis de los distractores (alternativas incorrectas) muestra que aproximadamente un 47% de los alumnos dice que las fuerzas de interacción tienen distinto sentido, que resulta ser parte de la respuesta correcta. Sin embargo, no tienen claridad acerca del carácter vectorial de las fuerzas o que el módulo de ellas es el mismo. También se observó que alumnos de buen desempeño en la prueba al parecer no comprenden cabalmente la tercera ley de Newton, ya que contestan que sólo es la dirección lo que permanece igual en dichas fuerzas de interacción. 21. Como se muestra en la figura, sobre una piedra de 0,5 kg de masa actúan dos únicas fuerzas de módulo 3 N y 4 N, respectivamente, perpendiculares entre sí. Entonces, el módulo de la aceleración que experimenta la piedra, en 2s m , es M. C. A) 2,0 B) 2,5 C) 72 D) 10,0 0,5 kg E) 14,0 Área temática: Mecánica Eje temático: El movimiento. Contenido: Fuerza y Movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta requería que el alumno supiera sumar vectorialmente las fuerzas señaladas, usando, por ejemplo, el método del paralelogramo y a partir de ahí calcular la magnitud del vector fuerza, y luego, aplicando la segunda ley de Newton, calcular la aceleración. La comisión estimó la dificultad de esta pregunta como mediana, sin embargo resultó muy difícil, puesto que tan sólo un 31,3 % abordó la pregunta, y de estos, los que la respondieron correctamente representan sólo la tercera parte. El resto de las respuestas se repartieron homogéneamente entre las demás alternativas, siendo la segunda más elegida la opción B, con un 7%. Llama la atención que una pregunta de aplicación directa de dos contenidos, suma de vectores y segunda ley de Newton, que son parte central del programa de Física de segundo medio y que son ampliamente ejercitados en el aula, haya presentado tan alta omisión. Notemos que los valores numéricos usados no representan una dificultad adicional, ya que los cálculos involucrados dan resultados con valores enteros. Es realmente preocupante que una pregunta tan fundamental no sea contestada por la gran mayoría de los postulantes, debiendo ellos reforzar esta materia. 22. Un carro se mueve horizontalmente en un trayecto rectilíneo, de manera que su rapidez cambia de 2 s m a 8 s m en 2 segundos. De acuerdo a esto, la magnitud de la aceleración media en estos 2 segundos, en 2s m , es M. C. A) 2,5 B) 3,0 C) 4,0 D) 5,0 E) 12,0 Área temática: Mecánica. Eje temático: El movimiento. Contenido: Descripción del movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Baja. Comentario: Esta pregunta corresponde a una aplicación directa del concepto de aceleración media y sólo requiere recordar cómo calcularla. El análisis de las dimensiones del resultado es siempre una ayuda para recordar la forma correcta de calcular lo pedido. La comisión estimó, por lo mismo, que la pregunta era fácil y efectivamente resultó así para los postulantes. Sin embargo, llama la atención que un 26,8% de los postulantes aplica en forma incorrecta la relación. 23. Un bulto de masa m es arrastrado sobre una superficie horizontal, donde está presente una fuerza de roce de magnitud FR. Entonces, para que el bulto se mueva con velocidad constante, es necesario aplicarle una fuerza F horizontal de magnitud tal que M. C. A) RF=F B) 0=F C) RFF > D) RF m=F · E) m F =F R Área temática: Mecánica. Eje temático: El movimiento. Contenido: Fuerza y movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta de comprensión resultó difícil, lo que se correlaciona con la alta omisión obtenida. El conceptodetrás de esta pregunta es que, en un movimiento con velocidad constante, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo debe ser cero. En el enunciado se indica que sobre el cuerpo actúan dos fuerzas, la de roce y una fuerza aplicada; luego, para que la suma de ambas fuerzas sea cero, éstas deben tener la misma magnitud y sentidos contrarios. La alternativa C fue contestada por un 33,6% de los postulantes, un porcentaje mucho mayor que el obtenido por la opción correcta A; en la alternativa C la fuerza aplicada es mayor que la fuerza de roce teniéndose por tanto, una fuerza neta distinta de cero, lo que significa una aceleración también distinta de cero, que no es compatible con una velocidad constante como propone el enunciado. Notemos que las alternativas D y E están dimensionalmente incorrectas y son fácilmente descartables. 24. El siguiente gráfico, muestra la posición en función del tiempo, de un cuerpo que se mueve en línea recta. M. C. Entre t1 = 1 s y t2 = 4 s, el módulo de la velocidad media de este cuerpo, medida en s m , es A) 4 3 B) 1 C) 3 4 D) 3 5 E) 4 7 Área temática: Mecánica. Eje temático: El movimiento. Contenido: Fuerza y Movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Baja. Comentario: Esta pregunta, corresponde a una aplicación directa del concepto de velocidad media. La dificultad, tal vez, radica en la interpretación del gráfico, que requiere detectar que lo importante son las posiciones final e inicial y los respectivos tiempos. La pregunta resultó de mediana dificultad, coincidiendo con lo postulado por la comisión, ya que la contesta correctamente un 44,5% y la omite un 29,8% 25. Si todas las fuerzas que actúan sobre una partícula están balanceadas de tal modo que la fuerza neta sobre ella es cero, ¿cuál de las siguientes afirmaciones respecto a la partícula es correcta? M. C. A) Está, necesariamente, en reposo. B) Su rapidez disminuirá. C) Seguirá una trayectoria parabólica. D) La dirección de su movimiento puede cambiar. E) Si está en movimiento, su trayectoria es rectilínea. Área temática: Mecánica. Eje temático: El movimiento. Contenido: Fuerza y movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: E. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta, que la comisión había catalogado como de mediana dificultad, requiere comprender que cuando la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es cero, el cuerpo permanecerá en reposo o seguirá moviéndose rectilíneamente con velocidad constante y es esta última condición la que se pedía que el alumno reconociera. Sin embargo, para los alumnos resultó bastante difícil, ya que la contesta correctamente aproximadamente un 20% de los postulantes. Del análisis de los distractores se encuentra que la mayor proporción se inclina por la opción A. En esta opción, la palabra “necesariamente” es lo que la hace incorrecta, ya que si bien es cierto que el cuerpo puede estar en reposo cuando la fuerza neta es cero, también puede moverse con velocidad constante. 26. La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo pequeño está dirigida verticalmente hacia abajo. El trabajo neto realizado por esta fuerza sobre el cuerpo es igual a cero si este se mueve M. C. A) horizontalmente. B) sobre un cuarto de circunferencia vertical. C) verticalmente, hacia arriba o hacia abajo. D) sólo verticalmente hacia arriba. E) sólo verticalmente hacia abajo. Área temática: Mecánica. Eje temático: El movimiento. Contenido: Energía mecánica. Curso: 2º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta Comentario: Esta pregunta requiere conocer que el trabajo realizado por una fuerza F sobre un cuerpo corresponde al producto escalar entre el vector fuerza y el vector desplazamiento, es decir, es igual a la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento por el desplazamiento. Esta magnitud se anula cuando uno de ellos es nulo o son perpendiculares entre sí. En este caso, se requería del alumno reconocer cuáles eran dichos vectores, donde la dificultad estaba en visualizar el vector desplazamiento. La comisión había estimado difícil esta pregunta para los postulantes, por el hecho de que el cálculo del trabajo mecánico se hace generalmente con el vector fuerza y el vector desplazamiento en una misma dirección, hipótesis que coincidió con los resultados, ya que sólo la contesta correctamente un 21,7% de los postulantes, lo que se corrobora también con el hecho de que aproximadamente el 43% de los postulantes sólo considera el movimiento vertical para dar su respuesta y posiblemente piensen que se deben sumar o restar los vectores. Los distractores se distribuyeron de la siguiente manera: B = 9,1%, C = 10,9 %, D = 14,8 % y E = 17,4%. 27. Sobre una pista horizontal pulida, un bloque impacta frontalmente con una rapidez de 2 s m a otro de igual masa que yace en reposo. A consecuencia de la colisión, ambos cuerpos quedan adheridos. ¿Cuál es el tiempo necesario para que el par de cuerpos adherido se aleje 3 m desde el lugar del choque? M. E. A) 3 1 s B) 3 2 s C) 1 s D) 2 s E) 3 s Área temática: Mecánica. Eje temático: El movimiento. Contenido: Fuerza y Movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: E. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta presenta un problema clásico de choque inelástico, es decir, donde sólo se conserva la cantidad de movimiento o momentum y no la energía cinética. Así, el momentum inicial, es decir la masa M del objeto por su rapidez s m2v = , debe ser igual al momentum final, en este caso, la masa de ambos cuerpos adheridos, 2M, y su velocidad final v´. En ecuaciones: 'VM2vM = Despejando la velocidad final se obtiene s m1 2 V'V == Conocida esta velocidad y dada la distancia d = 3 m, encontrar el tiempo es directo s3 'V dt == Es preocupante que un aspecto tan fundamental de la mecánica, que de seguro fue ejercitado en el aula, haya resultado tan difícil para los postulantes, presentando además una alta omisión. De hecho, la contesta correctamente sólo el 20,5%, lo que corresponde a la tercera parte de los alumnos que abordan esta pregunta (aproximadamente un 40% la omite). 28. Sobre un carrito de masa 24 kg, actúa durante 6 s una fuerza constante de 120 N. Con sólo esta información se puede calcular, mientras actúa la fuerza, I) la aceleración del carrito. II) la variación de energía cinética del carrito en los 6 s. III) la variación del momentum del carrito en los 6 s. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo I y II. C) sólo I y III. D) sólo II y III. E) I, II y III. Área temática: Mecánica. Eje temático: El movimiento. Contenido: Fuerza y Movimiento. Curso: 2º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta. M. E. Comentario: En esta pregunta, el postulante debe distinguir que con los datos proporcionados se puede establecer la segunda ley de Newton y reconocer dicha ley en dos formas, amF = ó t pF Δ Δ = . Luego, de la primera se tiene que m Fa = y de la segunda que tFp Δ=Δ . Por lo tanto, las afirmaciones I y III son las correctas y se obtienen sin necesidad de realizar cálculo alguno. Para los postulantes esta pregunta resultó bastante difícil, pues fue contestada correctamente sólo por un 13%, tal vez porque primero debían reconocer los datos que se les entregan,ver como se relacionan, establecer la segunda ley de Newton y de ahí inferir las cantidades físicas que pueden obtener. El 35,6% de los postulantes contesta la alternativa E, es decir, piensan que una vez obtenida la variación del momentum pueden obtener la variación de la energía cinética. Quizás la confusión viene de la expresión para la variación de la energía cinética: m2 ppK 2 inicial 2 final −=Δ , sin embargo, aquí el numerador es distinto a que es lo que se puede obtener directamente de la segunda ley. Tal como lo dice la clasificación de la pregunta, esta requiere de un análisis para detectar que la afirmación II es falsa. Notemos además, que el 12,84% reconoce la segunda ley de Newton sólo en su forma más usual 2 inicial 2 final pp − ( )2pΔ amF ⋅= (sólo I). 29. El segundero de un reloj de pared tiene un largo de 0,06 m. Entonces, la rapidez angular del segundero, en s rad , es A) 6 B) 30 π C) 60 π D) 500 π E) 1000 π Área temática: Mecánica. Eje temático: Mecánica. Contenido: Movimiento circunferencial. Tema: Rapidez angular. Curso: 2º Año Medio. Clave: B Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. M. E. Comentario: Esta pregunta resultó difícil (16,5% de respuestas correctas) y con un alto nivel de omisión (56%). Para contestar correctamente esta pregunta sólo es necesario conocer la definición de rapidez angular � para un movimiento circunferencial uniforme ( )vueltaunadarentiempo 2πω = donde la vuelta completa de 360 grados está expresada en radianes como π2 En nuestro caso el tiempo que demora el segundero en dar una vuelta completa ( π2 rad) es de 60 segundos. Luego, la rapidez angular corresponde a 30 πω = Cabe señalar que este problema demandaba del postulante saber discriminar la información relevante del enunciado. Claramente la longitud del segundero no tiene ninguna relación con la rapidez angular que se pide. 30. Una carga negativa mantiene un movimiento circunferencial uniforme en torno al punto O. Al respecto y en relación a la figura, ¿cuál de los siguientes pares de vectores representa la aceleración a v y la fuerza F v que actúa sobre ella, en el punto S de su trayectoria? M. E. a v F v A) B) Nula C) D) E) Nula s-o Área temática: Mecánica. Eje temático: Mecánica. Contenido: Movimiento circunferencial uniforme. Tema: Aceleración y fuerzas en MCU. Curso: 3º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Reconocimiento. Dificultad: Alta. Comentario: La pregunta fue contestada correctamente por 17% de los postulantes y presentó una omisión del 40%. En esta pregunta se describe un movimiento circunferencial uniforme de un cuerpo respecto a un centro (nótese que la información de que se trata de una carga negativa es irrelevante), por lo tanto debe haber una fuerza hacia el centro conocida como fuerza centrípeta. Como la aceleración y la fuerza son proporcionales (F = m a), la aceleración también es hacia el centro. Dado el punto S elegido en la trayectoria y el análisis anterior, la respuesta correcta es D. 31. En la figura se observa un automóvil moviéndose con una rapidez constante de 20 s m que toma, sin resbalar, una curva de la carretera que tiene un radio de curvatura igual a 100 m. M. E. En estas circunstancias, la aceleración centrípeta del automóvil en el punto P, en 2s m , es A) – 9,8 B) 0,0 C) 0,2 D) 4,0 E) 5,0 100 m P Área temática: Mecánica. Eje temático: Mecánica. Contenido: Movimiento circunferencial. Tema: Aceleración centrípeta. Curso: 3º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: El grado de dificultad que la comisión estimó para esta pregunta fue fácil, dado que es una aplicación directa del cálculo de la aceleración centrípeta, R v 2 donde todos los datos estaban dados en el enunciado. Sin embargo, para los alumnos resultó bastante difícil, ya que sólo la contestan correctamente un 12,1% de ellos y la omite un 67%. De los alumnos que abordan la pregunta, llama la atención que aproximadamente un 11% de ellos se deja influir por el hecho de que el automóvil va a rapidez constante y no toma en cuenta el hecho que al tomar una curva se produce una aceleración centrípeta. Por otra parte, aproximadamente un 46% de los alumnos que abordan esta pregunta, no recuerdan la relación para calcular la aceleración centrípeta. 32. Se afirma que el módulo de la fuerza neta necesaria para mantener un cuerpo de masa m en movimiento circunferencial con rapidez V y radio R, es tanto más grande M. E. I) cuanto mayor es m, sin que V ni R varíen. II) cuanto mayor es V, sin que m ni R varíen. III) cuanto mayor es R, sin que m ni V varíen. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo I y II. C) sólo I y III. D) sólo II y III. E) I, II y III. Área temática: Mecánica. Eje temático: Mecánica. Contenido: Movimiento circunferencial. Tema: Manifestaciones del movimiento circunferencial. Curso: 3º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta. Comentario: La comisión estimó esta pregunta de dificultad mediana, dado que el postulante debe reconocer que para que exista movimiento circunferencial uniforme debe existir una aceleración centrípeta y aplicar correctamente los conceptos de proporcionalidad. Sin embargo, para los alumnos resulta difícil, puesto que la contesta correctamente un 10% de los postulantes y la omiten un 63,4%. Cuando un cuerpo se mueve en movimiento circunferencial uniforme, actúa sobre él una aceleración centrípeta que es proporcional al cuadrado de la rapidez e inversamente proporcional al radio de giro. Es decir, sobre el cuerpo de masa m existe una fuerza centrípeta R vmF 2 c ⋅= . Si hacemos aumentar la masa del cuerpo, manteniendo las otras variables fijas, dicha fuerza aumentará y por tanto la afirmación I es correcta. Del mismo modo, dado que la fuerza centrípeta es proporcional al cuadrado de la rapidez, entonces si se aumenta V, sin que las otras variables se modifiquen, la fuerza centrípeta será mayor, haciendo verdadera la afirmación II. Finalmente, como la fuerza centrípeta es inversamente proporcional al radio de giro, esto significa que al aumentar éste, disminuye la magnitud de la fuerza centrípeta, al mantener las otras variables fijas, y por tanto la afirmación III resulta ser falsa. 33. Un cilindro de madera de altura 14 cm y sección 100 cm2 flota en un líquido de densidad 1,2 3cm g , sumergiendo 10 cm de su altura. De acuerdo a esto, la masa del cilindro es M. E. A) g 2,1 1000 B) 1000 g C) 1200 g D) 1400 g E) 1680 g Área temática: Mecánica. Eje temático: Fluidos. Contenido: Hidrostática. Curso: 3º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta, fue contestada correctamente sólo por un 10% de los postulantes y presentó una alta omisión (64%). Este es un problema clásico de hidrostática, donde se aplica directamente el principio de Arquímedes: Cualquier cuerpo sumergido completa o parcialmente en un fluido es empujado hacia arriba con una fuerza igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. La expresión matemática de este principio nos dice que la fuerza de empuje (o de flotación) Fe es VgFe ⋅⋅= ρ Donde ρ corresponde a la densidaddel fluido, g es la aceleración de gravedad y V es el volumen sumergido del cuerpo. En este problema se pregunta por la masa total cilindro. Para determinarla hay que recordar el hecho de que el cuerpo está en equilibrio, es decir, el peso total del objeto (mg) es igual a la fuerza de empuje (Fe). Así resulta que eFgm = Vggm ⋅⋅= ρ dividiendo por g en ambos lados de la ecuación queda Vm ρ= 2 3 cm100cm10 cm g2,1m ××= = 1200 g Así se obtiene que la masa del cilindro es igual a 1200 gramos, lo que corresponde a la alternativa C. 34. La presión sobre la superficie de área 5 m2 de un líquido es de 500 Pa. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza que se está aplicando sobre un metro cuadrado de ella? M. E. A) N10 0,1 2−× B) N10 0,1 2× C) N10 0,5 2× D) N10 0,1 3× E) N10 5,2 3× Área temática: Mecánica. Eje temático: Fluidos. Contenido: Hidrostática. Curso: 3 Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: La pregunta fue contestada correctamente sólo por el 11% de los postulantes y presentó una omisión del 61%. La presión (P) se define como la razón entre la fuerza aplicada (F) y el área (A) donde se distribuye la fuerza aplicada. En este caso, como se indica la presión y se pregunta por la fuerza aplicada en el área de 1 m2, tenemos una aplicación sencilla de la expresión de presión que resulta F = P·A F = 500 Pa x 1 m2 F = 500 N Nótese que el dato inicial de una superficie de área de 5 m2 es irrelevante. 35. Dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto térmico. Al respecto se afirma que M. C. I) en el momento en que se ponen en contacto hay transferencia de calor entre ellos. II) en el momento en que se ponen en contacto no están en equilibrio térmico. III) sus calores específicos, después de un tiempo, serán necesariamente iguales. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) sólo I y II. E) sólo I y III. Área temática: Energía. Eje temático: El Calor. Contenido: La Temperatura. Curso: 2º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Baja Comentario: Esta pregunta requiere que el alumno conozca los conceptos de equilibrio térmico, de transferencia de calor y que el calor específico es una característica propia de los cuerpos. Aunque se haya alcanzado el equilibrio térmico y las temperaturas de ambos cuerpos sean iguales, el calor específico no tiene porque necesariamente ser el mismo. De acuerdo a los resultados, estos conceptos son manejados por la mayoría de los postulantes (59% de ellos). 36. ¿Cuál de las siguientes opciones expresaría correctamente el calor específico de un material? M. C. A) 0,11 cal B) 0,11 Cº cal C) 0,11 Cº g cal · D) 0,11 Cº g cal· E) 0,11 cal Cº Área temática: Energía. Eje temático: El Calor. Contenido: Materiales y calor. Curso: 2º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Reconocimiento. Dificultad: Alta. Comentario: La comisión estimó esta pregunta como fácil, ya que sólo requería reconocer las unidades en que se mide el calor específico. Sin embargo, resultó bastante difícil, pues la contestó correctamente sólo el 18% de los postulantes. La alta omisión presentada hace aconsejable reforzar este tema y el concepto que hay detrás. 37. Se lanza una piedra verticalmente hacia arriba. Despreciando el roce del aire sobre la piedra, ¿cuál de las siguientes afirmaciones, referidas al punto de máxima altura que alcanza la piedra, es falsa? M. E. A) La energía cinética de la piedra alcanza su valor mínimo. B) La energía potencial de la piedra alcanza su valor máximo. C) El momentum (cantidad de movimiento) de la piedra es nulo. D) La aceleración de la piedra es nula. E) La fuerza neta sobre la piedra es igual a su peso. Área temática: Energía Eje temático: El movimiento. Contenido: Energía Mecánica. Curso: 2º Año Medio. Clave: D. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta. Comentario: Para contestar esta pregunta el alumno debe reconocer que el lanzamiento vertical de una piedra de masa M en las cercanías de la superficie terrestre corresponde a un movimiento uniformemente acelerado, en el cual en todo momento la aceleración es constante y apunta hacia el suelo (estamos hablando de la aceleración de gravedad g). Además, si la piedra ha alcanzado la máxima altura h, en ese momento la velocidad v es cero. Así, su momentum (Mv) y su energía cinética ( 2 vM 2 ) en ese punto es nula, pero su energía potencial, Mgh, es máxima. La fuerza en todo momento es igual al peso Mg. Esta pregunta resultó de alta dificultad, con un 31% de respuestas correctas y una omisión baja de 12%. 38. Un cajón de masa m es empujado con una fuerza F para que suba con velocidad constante v por un plano inclinado de altura h. De acuerdo a esto, se afirma que el trabajo neto efectuado por la fuerza F sobre el cajón es igual a M. E. A) h g m B) 2vm 2 1 C) cero D) 2vm 2 1 + hgm E) h F Área temática: Energía. Eje temático: El movimiento. Contenido: Energía Mecánica. Curso: 2º Año Medio. Clave: A. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: En este caso no hay cambio de energía cinética: “sube con velocidad constante”, luego, el trabajo neto corresponde directamente al cambio de energía potencial, es decir, mgh. La pregunta fue contestada correctamente por un 20% de los postulantes, lo que pone a la pregunta en la categoría de alta dificultad, presentando además una omisión del 31,9%. Aproximadamente un 9% de los postulantes contesta que el trabajo neto del carro, que se mueve a velocidad constante, es cero, lo cual es incorrecto. Por otra parte, un 20,9% de los postulantes considera un término extra de energía cinética que en este caso claramente no corresponde ya que ella no varía durante la trayectoria. Un 13,6% no considera que el vector desplazamiento debe estar en la misma dirección que la fuerza F y sólo recuerda que el trabajo es el producto de una fuerza por una distancia. 39. En invierno, el interior de una casa se mantiene templada, a través de calefactores, mientras que en el exterior la temperatura es menor que 0 oC. Esta situación es posible debido a que M. E. A) la energía aportada por los calefactores al interior de la casa compensa el calor que ésta entrega al exterior. B) la temperatura interior se compensa con la exterior. C) el frío que proviene del exterior se cancela con la temperatura interior. D) el calor que sale por la casa cancela el frío que proviene del exterior. E) el frío no es transferido al interior de la casa. Área temática: Energía. Eje temático: El calor. Contenido: Materiales y calor. Curso: 2º Año Medio. Clave: A Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: Para responder esta pregunta, considerada fácil por la comisión, el alumno sólo debía recordar que el calor fluye desde un sistema con mayor temperatura a un sistema con menor temperatura y que el calor es una forma de energía. Sin embargo, para los alumnos resultó bastante difícil puesto que la contesta correctamente sólo el 26,5% de los postulantes. La omisión fue de un 13,9%. Una forma de abordar este problema es pensar que si la casa está a una temperatura mayor que el exterior y no tuviera calefactores, después de transcurridoun tiempo, la casa estaría a menor temperatura porque parte de su calor ha fluido al exterior. Los calefactores aportan la energía necesaria para compensar esta pérdida de calor de la casa. 40. Dos barritas 1 y 2 con coeficientes de dilatación α1 y α2, respectivamente, en que α2 es mayor que α1, se sueldan en toda su extensión, como se muestra en la figura. M. E. 1 2 Si calentamos este sistema, las barras A) se estirarán sin curvarse. B) se contraerán sin curvarse. C) se curvarán con forma de ∪. D) se deformarán con forma de ~. E) se curvarán con forma de ∩. Eje temático: El calor. Contenido: La temperatura. Tema: Dilatación de materiales por acción de la temperatura. Curso: 2º Año Medio. Clave: C Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta, de dificultad alta, fue contestada correctamente por sólo un 17% de los postulantes, además de contar con una omisión del 38%. En ésta se puede apreciar claramente que los alumnos tienen poco manejo del tema, pues tan sólo la mitad de los postulantes tienen una noción intuitiva de que al calentar ambas barritas con distintos coeficientes de dilatación se provocará una curvatura. Sin embargo, el grupo estadístico de los mejores contesta la alternativa E (29%) que es incorrecta, y además también existe un grupo que está sobre el promedio que elige la alternativa A, es decir, afirman que no habrá dilatación al aplicar calor a barritas de metal. La primera conclusión que el postulante debiera sacar del enunciado es que las barritan deben curvarse, ya que éstas tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica. La que tiene mayor coeficiente se dilatará más que la que tiene el coeficiente menor y ya que están soldadas éstas necesariamente se curvan. ¿Hacia dónde se curvan? Lo hacen de manera tal que, después de dilatarse, la barra de mayor coeficiente de dilatación, que se dilató más arrastra a la de menor coeficiente, dejando a ésta de menor longitud en la cara interna de la curva. En nuestro caso la barra de mayor coeficiente de dilatación es la inferior por lo tanto debe quedar por fuera curvándose el sistema completo hacia arriba. 41. Desde un mismo punto, se lanzan verticalmente hacia arriba dos cuerpos de distinta masa, los cuales alcanzan la misma altura. Se afirma que, en el instante en que fueron lanzados, M. E. I) tenían igual energía mecánica total. II) tenían igual velocidad. III) tenían diferente energía cinética. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) sólo I y II. E) sólo II y III. Área temática: Energía. Eje temático: Mecánica. Contenido: Conservación de la energía mecánica. Tema: Energía mecánica. Curso: 3º Año Medio. Clave: E. Habilidad cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación. Dificultad: Alta. Comentario: Dado el hecho que no hubo pérdida de energía por roce con el aire, en todo instante se cumple que: Energía Mecánica Total (E) = Energía Potencial (U) + Energía Cinética (K) Reemplazando por las expresiones correspondientes para cualquier cuerpo de masa m se tiene: mghmv 2 1E 2 += siendo v la rapidez, g la aceleración de gravedad y h la altura respecto del nivel de referencia usado (U = 0). Así, al disminuir K, aumenta U o viceversa, pero la suma de K + U permanece constante, de modo que al alcanzar ambos la misma altura, el cuerpo de mayor masa tiene mayor energía potencial y por lo tanto tiene mayor energía mecánica (a esa altura la energía cinética de ambos cuerpos es cero). Otra forma de visualizar lo anterior es anotando las expresiones de E en el punto de partida, para el cuerpo de menor masa (m) y para el cuerpo de mayor masa (M) tenemos que: 2 mm mV2 1E = 2 MM Mv2 1E = expresiones claramente distintas, por lo tanto la afirmación I) es incorrecta. Respecto de la afirmación II) sabemos que al lanzar un cuerpo verticalmente hacia arriba, en ausencia de roce, la altura máxima alcanzada es independiente de la masa y depende sólo de la rapidez v con que fue lanzado. Esa rapidez viene dada por la expresión hg2v = la que se obtiene aplicando la conservación de E. Por ejemplo para el cuerpo de masa m Einicial = Efinal, es decir, hgmvm2 1E 2 == . Simplificando las masas a ambos lados y despejando v se obtiene la expresión anterior. El razonamiento es análogo para M y se llega a la misma expresión, por lo tanto la afirmación II) es correcta. En relación a la afirmación III) sabemos que la energía cinética depende de la masa y de la velocidad, y como las masas son distintas, los valores de la energía cinética son diferentes, por lo que la afirmación III) también es correcta. 42. Las estaciones del año se explican por M. C. I) la forma elíptica de la órbita de la Tierra. II) la inclinación del eje de rotación de la Tierra. III) la existencia de zonas climáticas. Es (son) correcta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) sólo I y II. E) sólo I y III. Área temática: Macrocosmos y microcosmos. Eje temático: La Tierra y su entorno. Contenido: La Tierra. Curso: 2º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Alta. Comentario: Para contestar esta pregunta, el postulante debe tener en cuenta que las estaciones van a depender de cómo llegan los rayos solares a la Tierra y recordar que se tienen estaciones distintas en cada hemisferio, por lo que la única opción que explica el hecho de tener estaciones durante el año viene dada por la inclinación del eje terrestre. La comisión estimó esta pregunta de una dificultad mediana, dado que se debe tener presente cómo llegan los rayos solares y que por lo tanto, hay estaciones distintas en cada hemisferio. Sin embargo, resultó bastante difícil, ya que sólo el 12,5% de los postulantes contestó la pregunta correctamente. Llama la atención que el 41,6% de los postulantes opten por la alternativa D, donde probablemente se desprende un preconcepto mal aprendido desde la Educación Básica, ya que este tema es visto desde los primeros años de la Enseñanza Básica. 43. Considerando los movimientos de la Tierra y la Luna, ¿cuál(es) de las siguientes afirmaciones es (son) correcta(s)? M. E. I) Cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra, se produce un eclipse. II) El movimiento de rotación de la Tierra es responsable de la sucesión del día y la noche. III) El período de rotación de la Luna es igual a su período de traslación. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III. Área temática: Macrocosmos y microcosmos. Eje temático: La Tierra y su entorno. Contenido: Sistema solar. Tema: Movimientos de la Tierra y la luna. Curso: 2º Año Medio. Clave: E Habilidad cognitiva: Reconocimiento. Dificultad: Alta. Comentario: Esta pregunta la comisión la calificó como de mediana dificultad, lo que concuerda con el alto porcentaje de postulantes que abordan la pregunta (89%), lo que nos indica que reconocen el tema. Sin embargo ella resultó difícil, pues sólo un 18,6% la contesta correctamente, constatándose que no están familiarizados con la materia de la afirmación III, referente a los periodos de rotación y traslación de la Luna, ya que un 64% contesta la alternativa D. En esta pregunta apreciamos claramente como los alumnos, a pesar de no manejar una materia, abordan igualmente la pregunta, no teniendo en cuenta que las respuestas erradas les restan puntaje, lo que logra evitar que obtengan buen puntaje quienes elijan las respuestas al azar. 44. Considere un átomo de hidrógeno cuyo electrón se encuentra en el nivel n = 2. Si la energía está dada por 2 H n n RE −= , en que RH es laconstante de Rydberg, ¿cuál será la energía del fotón emitido cuando este electrón cae al nivel n = 1? M. E. A) 4 RH B) 4 R3 H C) HR D) 3 R4 H E) HR 4 Área temática: Macrocosmos y microcosmos. Eje temático: El mundo atómico. Contenido: El átomo. Curso: 4º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Aplicación. Dificultad: Alta Comentario: Esta pregunta resultó difícil, pues sólo un 10,5% de los postulantes la contestó correctamente y presentó una altísima omisión del 70%. Para responder correctamente este problema, sólo debemos tener en cuenta que la energía de un fotón emitido, al decaer un electrón, corresponde a la diferencia de energía entre el nivel inicial y final de dicho electrón. En este caso, la expresión de la energía de los niveles es dada explícitamente. En efecto, de acuerdo a la mecánica cuántica, en un átomo los electrones pueden estar sólo en ciertos niveles discretos de energía En, los cuales para el átomo de hidrógeno corresponden a 2 H n n RE −= donde RH es la constante de Rydberg. Cuando un electrón pasa de un nivel de mayor energía a uno de menor energía emite un fotón y el proceso es conocido como decaimiento. La energía del fotón emitido corresponde a la diferencia de energía entre los niveles. En este caso, la energía del fotón E corresponde a 4 R3 1 R 4 REEE HHH12 =⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−−−=−=
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