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Análisis de Preguntas Facsímil Ciencias – Física Admisión 2008 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. 1. Una onda que viaja por una cuerda tiene una longitud de onda R, amplitud Q, período U y rapidez de propagación T. ¿Cuál de las siguientes relaciones entre estas magnitudes da directamente la frecuencia de esta onda? A) T 1 B) Q T C) U 1 D) T R E) R 1 M.C. 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. Área temática Ondas Eje temático: El sonido. Contenido: Longitud de onda y su relación con la frecuencia y velocidad de propagación. Curso: 1º Año Medio. Clave: C. Habilidad cognitiva: Reconocimiento. Dificultad: Alta. Comentario: El período se define como el tiempo que tarda un ciclo, y la frecuencia como el número de ciclos dividido por la unidad de tiempo. Dadas estas definiciones, resulta directo que uno es el recíproco del otro. Por lo tanto, la opción correcta es la C). Cabe destacar el hecho que ninguno de los distractores tiene unidades de frecuencia. Este tipo de razonamiento es una manera alternativa de llegar a la respuesta correcta. Esta pregunta presenta una omisión del 46%, lo cual se considera extremadamente alto para una pregunta sobre la relación entre frecuencia y período, que es un conocimiento básico en el eje temático de “El sonido” y ampliamente comentado en la sala de clases. Por otro lado, un distractor muy elegido fue la opción D), que corresponde al inverso de la frecuencia, con un 16%. Un mal manejo algebraico, a partir de la relación de la velocidad de propagación con la longitud de onda y la frecuencia, puede explicar este error. 2. La rapidez de propagación de una onda se puede determinar conociendo su A) frecuencia y período. B) frecuencia y longitud de onda. C) período y amplitud. D) amplitud y longitud de onda. E) amplitud y frecuencia. M.C. Área temática Ondas Eje temático: El sonido. Contenido: Longitud de onda y su relación con la frecuencia y velocidad de propagación. Curso: 1º Año Medio. Clave: B. Habilidad cognitiva: Comprensión. Dificultad: Mediana. Comentario: El postulante tiene al menos dos alternativas para enfrentar este problema: La primera es conocer la relación que existe entre la velocidad v, la longitud de onda � y la frecuencia f, la cual se expresa como fv ⋅λ= . La segunda es considerar erróneas las opciones C), D) y E), que incluyen la amplitud, por no tener relación con la velocidad. Luego, con un análisis dimensional (la velocidad tiene dimensiones de longitud sobre tiempo), optar por la alternativa B). Entre los distractores, el A) fue el más elegido, pese a que los conceptos que intervienen en esa opción son uno el inverso del otro. 3. Las figuras corresponden al perfil de dos ondas que se propagan en el agua con igual velocidad por canales paralelos (eje X). De acuerdo a esto, para estas ondas, se puede afirmar correctamente que I) presentan la misma longitud de onda. II) presentan la misma frecuencia. III) las amplitudes son 3 y 6 cm respectivamente. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo I y III. 20 cm x 6 cm y V 20 cm x 12 cm V y M.C. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Ondas El sonido. Ondas longitudinales y transversales, ondas estacionarias y viajeras. Longitud de onda y su relación con la frecuencia y velocidad de propagación. 1º Año Medio. C. Comprensión. Alta. Comentario: Este problema evalúa la capacidad que tiene el postulante de identificar en un perfil de onda la amplitud y la longitud de onda asociada. La longitud de onda es la distancia entre dos puntos consecutivos que tienen igual fase en una onda, por lo tanto, la afirmación I) no es correcta. Para comprobar la afirmación II), el postulante, debe conocer la relación que existe entre la rapidez de propagación (v), la longitud de onda (λ) y la frecuencia (f): fv ⋅λ= Como la velocidad de ambas ondas es la misma, y a su vez las longitudes de ondas de ambas son distintas, se deduce que las frecuencias deben ser distintas. De acuerdo a esto, la afirmación II) es falsa. Por último, para poder determinar la veracidad de la afirmación III), se debe determinar las amplitudes de onda presentadas en las figuras. La amplitud de una onda es la magnitud máxima de desplazamiento respecto al equilibrio. Por lo tanto, y de acuerdo de esta definición, esta afirmación es verdadera, lo que implica que la opción correcta es la C). Llama la atención que la opción E) fue preferida por más del 20% de los postulantes, quienes reconocen correctamente los valores de la amplitud de cada una de las ondas, pero no lograron interpretar correctamente el valor de la longitud de onda en cada caso. 4. Dos pulsos iguales se mueven en sentido contrario, acercándose entre sí en una misma línea de acción, en un medio elástico con una rapidez constante igual a 1 s cm . La figura muestra la posición de los pulsos en el instante t0 = 0 s. ¿Cuál de los siguientes esquemas representa mejor la situación que debe ocurrir en el instante t = 4 s? A) B) C) D) E) M.C. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Ondas El sonido. Ondas longitudinales y transversales, ondas estacionarias y viajeras. 1º Año Medio. D. Comprensión. Media. Comentario: Esta pregunta evalúa la comprensión que tiene el postulante del principio de superposición en la propagación de ondas, el cual nos dice que la configuración resultante será la suma algebraica de los pulsos involucrados. En este caso, la rapidez de ambos pulsos es 1 s cm , luego, transcurridos los 4 segundos que propone el enunciado, ambos pulsos habrán recorrido 4 centímetros, encontrándose en el intervalo [5,6] del esquema. Como ambos pulsos son positivos, al encontrarse, sus amplitudes se suman, siendo D) la alternativa correcta. 5. Una orquesta instrumental está preparando una audición. Se le pide al ejecutante de la flauta dulce que emita un sonido agudo y al ejecutante del piano un sonido grave. En dicha situación es correcto afirmar que la flauta dulce emite un sonido A) de mayor energía que el sonido del piano. B) de menor energía que el sonido del piano. C) de mayor frecuencia que el sonido del piano. D) de menor frecuencia que el sonido del piano. E) de mayor intensidadque el sonido del piano. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Ondas. El sonido. Relación entre frecuencia de la vibración y altura del sonido. 1º Medio. C. Comprensión. Mediana. Comentario: En esta pregunta el alumno debe identificar las características físicas que corresponden a diferentes propiedades del sonido. En particular, debe recordar que el factor primordial que determina el tono de un sonido es la frecuencia de la onda sonora. En efecto, un sonido agudo es aquel que posee una alta frecuencia y un sonido grave corresponde a un sonido de baja frecuencia. En este caso, al pedírsele al ejecutante de la flauta que emita un sonido agudo, se le está pidiendo un sonido de frecuencia alta; mientras que al ejecutante de piano, que se le pide un sonido grave, debe emitir uno de baja frecuencia. Por tanto, la clave es la opción C). Llama la atención que el distractor E) fue marcado por el 20% de los postulantes, lo que revela una confusión entre el tono y la intensidad del sonido. El alumno debe comprender que tono se asocia a frecuencia, M. E. mientras que intensidad corresponde a la energía que transporta la onda, por unidad de área (es decir, a través de una superficie perpendicular a la dirección de propagación) y por unidad de tiempo. 6. Si se introduce suavemente la punta del dedo a un estanque con agua en reposo, se produce una perturbación (onda) que se transmite por su superficie. A cierta distancia se encuentra flotando un trozo de corcho. Cuando la perturbación llega al corcho, éste A) es arrastrado por la onda. B) se adelanta al movimiento de la onda. C) sube y baja quedando finalmente en la posición original. D) tiene un movimiento oscilatorio en dirección horizontal. E) empieza a desplazarse en torno al punto donde se introdujo el dedo. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Ondas. El sonido. Objetos en vibración introducidos fenomenológicamente: cuerdas, láminas, cavidades, superficie del agua. 1º Medio. C. Comprensión. Mediana. Comentario: En esta pregunta, el alumno debe comprender que al provocar una perturbación en un medio, cada punto del mismo oscila en torno a su punto de equilibrio, pudiendo ser esta oscilación perpendicular a la dirección de propagación de la perturbación (ondas transversales) o en la dirección de propagación de la perturbación (ondas longitudinales). En este caso, la dirección de propagación de la perturbación es perpendicular a la dirección de oscilación del medio, lo que significa que puntos de éste (incluido el corcho) oscilan en forma vertical (suben y bajan), sin tener movimiento horizontal. Es decir, esta onda en el agua no realiza M. E. un trasporte neto de materia, sino que sólo de energía, y por tanto, de información. Luego, la clave es la opción C). Llama la atención que aproximadamente el 21% de los postulantes marca la opción A), lo que revela que no comprenden que lo que transporta una onda es energía y no materia. Por otra parte, aproximadamente el 14% de los postulantes contestó la opción D). Éstos posiblemente entienden que los puntos del medio oscilan en torno a su punto de equilibrio, pero confunden la dirección de propagación de la onda con la dirección de la perturbación. 7. El sonar de los murciélagos requiere que la longitud de onda del sonido que emiten sea, a los más, del tamaño de su presa. Entonces, si la rapidez del sonido es 350 s m , la frecuencia mínima necesaria de un chillido de murciélago para detectar una mosca de 5 mm es A) 7 Hz B) 70 Hz C) 1750 Hz D) 70 kHz E) 7 kHz Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Ondas. El sonido. Longitud de onda y su relación con la frecuencia y velocidad de propagación. 1º Medio. D. Aplicación. Difícil. M. E. Comentario En esta pregunta, el postulante debe considerar que la velocidad de propagación de una onda se relaciona con su longitud de onda (λ ) y su frecuencia (f), mediante la expresión fv λ= . En este caso, el alumno debe razonar que si el murciélago quiere detectar una mosca de 5 mm, la máxima longitud de onda del sonido que emite debe ser de dicho tamaño. Por otra parte, debe poner atención a las unidades, ya que la velocidad está dada en s m y el tamaño de la mosca en mm. El problema entrega todos los datos necesarios y sólo requiere que se despeje f, considerando las unidades correctamente. Al hacer el cálculo, se obtiene el valor 70 kHz, es decir, la clave es la opción D). Dentro de las opciones que se plantean, los alumnos que eligen B) resuelven básicamente el problema, sin embargo no toman en cuenta correctamente las unidades involucradas. El grupo que elige la opción C) probablemente recuerda que existe una relación entre la velocidad de una onda, su longitud de onda y su frecuencia, sin tener claro cuál es exactamente esta relación, y simplemente multiplican los valores de los datos del problema. 8. De los instrumentos eléctricos de medición que se señalan a continuación, ¿cuál se utiliza para medir diferencia de potencial eléctrico? A) Amperímetro. B) Potenciómetro. C) Coulombímetro. D) Ohmetro. E) Voltímetro. M.C. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. La electricidad. Componentes y funciones de la instalación eléctrica doméstica. 1º Año Medio. E. Reconocimiento. Alta. Comentario: Esta pregunta evalúa el conocimiento que tienen los postulantes sobre los distintos aparatos de medición eléctrica. Una manera de enfrentar esta pregunta es recordar que la unidad de medida de la diferencia de potencial es el volt. Con esta información podemos identificar dentro de la lista propuesta el nombre del instrumento pedido, siendo la opción correcta la E). El 30% de los postulantes eligió los distractores A) o B). Si analizamos estas opciones, vemos que la primera corresponde al amperímetro, uno de los instrumentos de medición eléctrica más conocidos, que mide la intensidad de corriente eléctrica. La segunda opción es un potenciómetro, el cual quizás es menos conocido, y corresponde a una resistencia variable y no a un aparato de medición. 9. En una experiencia de laboratorio se tiene un péndulo electro-estático y una barra cargada eléctricamente. Se acerca la barra al péndulo, sin tocarlo, y se observa que éste se aleja de la barra. Para esta experiencia es correcto afirmar que A) el péndulo está eléctricamente neutro. B) la barra indujo en el péndulo una carga neta de igual signo a la de ella. C) el péndulo estaba cargado con carga de igual signo al de la barra. D) la barra cambió su carga neta. E) la barra indujo en el péndulo una carga neta de signo contrario a la de ella. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. La electricidad. Carga eléctrica: separación de cargas por fricción. Atracción y repulsión entre cargas. 1º Año Medio. C. Comprensión. Media. Comentario: La situación describe un fenómeno de repulsión eléctrica. Por lo tanto, ambos objetos deben estar cargados y además la carga debe ser del mismo signo, lo que elimina las opciones A) y E). Por otra parte, al no entrar en contacto la barra con el péndulo, no puede existir transferencia de carga entre ellos. Con esto se elimina la opción D). Finalmente, la carga inducida siempre tiene el signo contrario de la carga que la induce, dando como resultado una fuerza atractiva. Con este argumentose determina como falsa la opción B). La opción restante es la correcta, donde se dice explícitamente que las cargas de los objetos involucrados tienen el mismo signo. M.C. 10. Mediante una batería de 3 V y dos alambres se enciende directamente una ampolleta. En relación a este circuito es correcto afirmar que I) la ampolleta disipa energía. II) la diferencia de potencial entre los contactos de la ampolleta es 3 V. III) la batería aporta energía. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo I y II. D) Sólo II y III. E) I, II y III. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. La electricidad. Relación entre resistencia, voltaje e intensidad de corriente. 1º Año Medio. E. Comprensión. Media. Comentario: Este problema evalúa la comprensión que se tiene sobre conceptos básicos de electricidad, tales como resistencia, diferencia de potencial y energía eléctrica. Al analizar las afirmaciones propuestas se tiene que la primera es correcta, dado que una ampolleta tiene resistencia y las resistencias disipan energía cuando circula una corriente eléctrica a través de ellas. Si suponemos que la resistencia de los alambres con que se conecta la batería a la ampolleta es mucho menor que la resistencia de la ampolleta, la segunda afirmación es correcta. Esta suposición es válida para la mayoría de los alambres y ampolletas comunes, y dado que en el enunciado no se indica lo contrario, se puede utilizar y considerar verdadera. M.C. La última afirmación es la más directa de evaluar, pues la batería es la única fuente de energía del circuito. Como las tres afirmaciones son verdaderas, la opción correcta es la E). El distractor más elegido fue el D). Probablemente, los postulantes no reconocen que las ampolletas tienen resistencia. 11. El gráfico representa la relación entre la corriente eléctrica i y el voltaje V entre los extremos de un conductor. Entonces, la resistencia R del conductor A) es constante e igual a 1000 Ω. B) disminuye al aumentar V. C) aumenta al aumentar V. D) es constante e igual a 0,001 Ω. E) es constante e igual a 40 Ω. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. La electricidad. Relación entre resistencia, voltaje e intensidad de corriente. 1º Año Medio. A. Aplicación. Alta. M.C. V (volt) i (A) 200 0,20 Comentario: Este problema es una aplicación directa de la ley de Ohm. Sin embargo, la forma gráfica de presentar los datos aumentó su dificultad, hecho que se ve reflejado en la alta omisión que presentó, la cual fue mayor al 50%. Al analizar el gráfico vemos una relación lineal entre intensidad de corriente y voltaje, indicando claramente una resistencia constante (ohmica). Por otro lado, el gráfico presenta un par de valores (corriente i, voltaje v) que permite calcular mediante la ley de Ohm (v = iR) el valor de la resistencia R. Al reemplazar los valores se obtiene que R = 1000 Ω, lo que corresponde a la opción A). 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 A) cada esfera queda con una carga de 3q. B) la esfera que tenía mayor carga queda neutra. C) no hay cambio en las cargas de cada esfera. D) ambas esferas quedan neutras. E) la esfera que tenía menor carga queda neutra. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. Electricidad y Magnetismo. Campo y potencial eléctrico. 4º Medio. A. Comprensión. Mediana. Comentario: En esta pregunta, el postulante debe recordar que si conecta mediante un conductor dos esferas que a su vez son conductoras, se igualarán los potenciales eléctricos de ambas. En este caso, ambas esferas tienen el M.E. mismo radio, por lo tanto, la carga final debe ser la misma para ambas, considerando que la carga total debe conservarse. En este caso se tiene que al conectar ambas esferas, los potenciales se igualan, es decir: R q R q 21 = , donde q1 y q2 son las cargas finales de ambas esferas. De aquí se deduce que ambas esferas quedan con la misma carga. Por otra parte, de acuerdo al principio de conservación de la carga, y usando los datos del enunciado, se tiene que: q6qq 21 =+ Usando ambas expresiones, se tiene finalmente que: q3qq 21 == Por lo tanto, la clave corresponde a la opción A). Llama la atención que aproximadamente el 14% de los postulantes se incline por la opción C), siendo ésta la más marcada después de la clave. Esto probablemente revela que existe una confusión con respecto al principio de conservación de la carga y es posible que piensen que las cargas de cada una de las esferas deben conservarse en forma independiente. 13. El técnico de un taller eléctrico dispone de un voltímetro, un amperímetro, una fuente variable y una plancha eléctrica de resistencia constante. Al conectar la plancha a la fuente, se mide la corriente (i) que pasa por ella y el voltaje (V) correspondiente a la fuente. El gráfico que mejor representa la relación entre las magnitudes observadas cuando se hace variar el voltaje de la fuente es. A) V i0 B) V i0 C) V i0 D) V i0 E) V i0 M.E. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. La Electricidad. Obtención experimental de la relación entre resistencia, voltaje e intensidad de corriente. 1º Medio. A. Reconocimiento. Difícil. Comentario: Esta pregunta requiere reconocer la ley de Ohm y aplicarla al caso cuando la resistencia de un conductor es constante y se varía el voltaje. Como es sabido, dado que I VR = , la relación entre la diferencia de potencial aplicada es directamente proporcional a la corriente que circula por dicho elemento. De modo que, al graficar la diferencia de potencial en función de la intensidad de corriente, se obtiene una recta, cuya pendiente corresponde al valor de la resistencia. En este caso la opción correcta es la A), pues ella indica que existe una relación directamente proporcional entre la diferencia de potencial V y la intensidad de corriente I. 14. Una gotita de agua tiene una carga eléctrica negativa de magnitud Q. Una segunda gotita tiene una carga eléctrica positiva 2 Q5 . Si éstas se unen formando una gota más grande sin que se pierda carga en el proceso, la carga eléctrica de la nueva gota será A) 2 Q7 + B) +2Q C) 2 Q3 + D) +Q E) 4 Q3 + Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. La Electricidad. Carga eléctrica: separación de cargas por fricción. Atracción y repulsión entre cargas. 1º Medio. C. Comprensión. Mediana. Comentario: En esta situación, el concepto importante es la conservación de la carga. Al unirse una gota de agua, que tiene una determinada carga eléctrica, con otra de carga distinta, y al afirmarse que no se pierde carga en el proceso, la carga total debe conservarse; dado que son cargas de distinto signo, deben restarse, lo que implica que la opción correcta es la C). Los postulantes que contestaron la opción A) no consideraron el signo de las cargas y simplemente sumaron sus valores absolutos. Por otra parte, probablemente los postulantes que contestaron la opción B), consideraron M.E. el signo decada una de las cargas, sin embargo cometen un error básico de operatoria. 15. Una esfera maciza de cobre, descargada, está sujeta por un soporte aislante. A continuación la esfera se carga eléctricamente por contacto, entregándosele 108 electrones en el proceso. Una vez cargada la esfera, estos electrones quedan A) distribuidos uniformemente en todo el volumen de la esfera. B) distribuidos uniformemente en la superficie de la esfera. C) concentrados en el centro de la esfera. D) concentrados en la zona en que se colocaron. E) concentrados en la parte más baja de la esfera. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. La electricidad. Carga eléctrica. 1º Medio. B. Reconocimiento. Alta. Comentario: Esta pregunta requiere reconocer que cuando un conductor metálico es cargado eléctricamente, la carga se distribuye uniformemente en toda su superficie. Lo anterior implica que la opción correcta, o clave, corresponde a la opción B). Llama la atención que aproximadamente el 32% de los alumnos opta por la opción A). Ellos seguramente saben que la carga se va a distribuir por el conductor, pero no reconocen que se da sólo en la superficie. M. E. 16. El punto P mostrado en la figura, equidista de las cargas puntuales QM y QN de igual magnitud. En dicho punto las cargas producen un campo eléctrico resultante E como se ilustra en la figura. Entonces dichas cargas son QM QN A) Positiva positiva B) Positiva negativa C) negativa positiva D) negativa negativa E) Cero cero Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. Electricidad y magnetismo. Campo eléctrico. 4º Medio. B. ASE. Difícil. Comentario: En esta pregunta requiere comprender que el campo eléctrico resultante de un conjunto de cargas, en un punto P del espacio, corresponde a la suma vectorial de los campos eléctricos producidos en dicho punto por cada una de las cargas. Por otra parte, para determinar la dirección del campo M. E. eléctrico se suman vectorialmente las fuerzas considerando que la carga de prueba es positiva y evaluando la fuerza de interacción entre cada carga y dicha carga de prueba. Puesto que el punto P equidista de ambas cargas y ambas tienen la misma magnitud, lo único que determina la dirección del campo eléctrico resultante es el signo de cada carga. El(la) postulante también debe aplicar el hecho de que cargas de igual signo se repelen y de signo contrario se atraen. Un análisis de las distintas situaciones propuestas, lleva a que si ambas cargas son nulas no hay campo. Si ambas cargas tienen el mismo signo el campo resultante tendrá la dirección perpendicular a la línea que une ambas cargas. Si las cargas tienen diferente signo obtenemos el campo en la dirección paralela a la línea que une ambas cargas. Si QN es positiva y QM negativa el campo apunta hacia arriba luego la clave corresponde a la opción QM positiva y QN negativa, es decir la opción B). 17. Un dipolo eléctrico es un sistema formado por dos cargas puntuales de igual magnitud, de distinto signo, que están separadas por una distancia pequeña. En relación al punto medio entre las dos cargas, es correcto afirmar que el campo eléctrico A) es nulo. B) esta dirigido hacia la carga negativa. C) debido a las cargas del dipolo es perpendicular a la línea que une las cargas. D) esta dirigido hacia la carga positiva. E) depende sólo de la magnitud de las cargas. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. Electricidad y magnetismo. Campo eléctrico. 4º Medio. B. Comprensión. Alta. M. E. Comentario: Esta pregunta mide la capacidad que tiene el alumno(a) de comprender que el campo eléctrico resultante va a depender del hecho de que para calcularlo, se debe considerar en el punto de interés una carga de prueba positiva (tan pequeña que no distorsione la configuración inicial), evaluar la fuerza sobre esta carga y luego dividir la fuerza resultante por el valor de la carga de prueba. En este caso implica que si se considera la carga positiva del dipolo, dicha carga de prueba es repelida hacia la carga negativa y si se considera la carga negativa del dipolo, dicha carga de prueba positiva va a tender a moverse hacia dicha carga negativa. De aquí que el campo eléctrico, en el punto medio entre ambas cargas, va a estar dirigido hacia la carga negativa del dipolo, por lo que la opción correcta es B). 18. En la figura se muestra un electrón que ingresa a la zona T donde existe un campo eléctrico E constante cuya dirección y sentido coincide con la velocidad de ingreso del electrón. De acuerdo a esto, en la zona T la fuerza eléctrica sobre el electrón es A) perpendicular a E y hacia arriba. B) perpendicular a E y hacia abajo. C) de igual sentido a E. D) de sentido opuesto a E. E) nula. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. Electricidad y magnetismo. Análisis de la trayectoria de una carga eléctrica en un campo eléctrico constante y uniforme. 4º Medio. D. Comprensión. Alta. Comentario: En esta pregunta se debe comprender que al colocar una carga eléctrica q en presencia de un campo eléctrico E r , dicha carga siente una fuerza de tipo eléctrico EqF rr = . Esto implica que la fuerza eléctrica debe tener la misma dirección que el campo eléctrico y su sentido va a depender del signo de la carga eléctrica. T E M. E. En este caso se trata de un electrón, del cual se sabe que su carga es negativa, por lo tanto, la fuerza eléctrica sobre el electrón es de sentido opuesto al campo eléctrico, dando como opción correcta la opción D). Un grupo importante de postulantes, aproximadamente el 25%, opta por la opción C), ellos comprenden que la fuerza eléctrica tiene la misma dirección del campo eléctrico, pero no considera que se trata de un electrón, el cual al ser de carga negativa hace cambiar el sentido del vector fuerza. 19. Normalmente la aguja de una brújula se desvía cuando se la acerca a un conductor por el cual circula una corriente eléctrica. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones explica este hecho? A) La brújula induce una corriente eléctrica adicional en el conductor. B) La corriente eléctrica interactúa con el campo magnético terrestre. C) El movimiento de la brújula induce una corriente eléctrica. D) La brújula interactúa con el campo magnético generado por la corriente eléctrica. E) Las cargas eléctricas de la brújula, son atraídas por las que fluyen por el conductor. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Electricidad y magnetismo. Electricidad y magnetismo. Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. 4º Medio. D. Comprensión. Mediana. Comentario: Para contestar correctamente esta pregunta, el alumno(a) debe comprender que al existir un conductor por el cual circula una corriente eléctrica, se genera un campo magnético en el entorno, de modo que al acercarse la brújula al conductor ella interactúa con dicho campo. La brújula se ve afectada por el campo. Lo cual hace que la opción correcta sea D). M. E. Ahora, al analizar los distintos distractores que se presentan, llama la atención de que aproximadamente el 20% de los postulantes opte por la opción E), lo cual evidencia que no reconocen la existencia de un campo magnético asociado a una corriente eléctrica y tratan de hacer un análisis sólo desde el punto de vista electrostático, lo cual esincorrecto. 0 t v 0 t v 0 t v 0 t v 0 t v 20. Los gráficos siguientes corresponden al movimiento de cinco partículas que se mueven en línea recta. De todas ellas, ¿cuál es la única que se mueve con aceleración constante diferente de cero? A) B) C) D) E) M.C. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración, en su aspecto intuitivo y su formulación gráfica y analítica. 2º Año Medio. A. Comprensión. Alta. Comentario: Esta pregunta evalúa la compresión que tienen los postulantes sobre el concepto de aceleración, que corresponde a la variación de la velocidad en un intervalo de tiempo. El problema nos presenta la identificación de una situación con aceleración constante diferente de cero, es decir, donde la variación de la rapidez es constante y no nula. Para un gráfico de rapidez en función del tiempo, este caso corresponde a una recta de pendiente distinta de cero. Al revisar las opciones, vemos que la única que cumple estas condiciones es la opción A). El distractor B) fue el más preferido, al ser elegido por el 33% de los postulantes, el cual corresponde también a un caso de aceleración constante, pero donde ésta es igual a cero. 21. El gráfico posición–tiempo representa el movimiento rectilíneo de dos cuerpos M y N. . De acuerdo a él, se puede afirmar correctamente que entre los instantes t = t0 y t = t1 I) la distancia recorrida por M es mayor que la de N. II) el desplazamiento de ambos es el mismo. III) en todo momento la rapidez media de M es mayor que la de N. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y III. E) I, II y III. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración, en su aspecto intuitivo y su formulación gráfica y analítica. 2º Año Medio. E. Aplicación. Alta. Posición (m) 0 t1 t (s)t0 M.C. Comentario: Este problema evalúa la capacidad de los postulantes de extraer información en un gráfico de posición en función del tiempo para evaluar la validez de las afirmaciones referentes a rapidez media, desplazamiento y distancia recorrida. Para verificar la afirmación I), basta notar que la posición del cuerpo M es siempre mayor que la de N, asegurando con esto que la distancia recorrida para M es mayor que para N en todo el intervalo de tiempo. El desplazamiento se define como la diferencia entre las posiciones final e inicial. El gráfico nos muestra que ambos cuerpos parten del mismo punto (el origen) y su posición final es también la misma (el origen). Por lo tanto, el desplazamiento de ambos cuerpos es el mismo, nulo en este caso en particular, siendo por ello la afirmación II) correcta. Finalmente, al observar el gráfico, nos damos cuenta que los cuerpos siguen movimientos rectilíneos uniformes, donde la pendiente de las líneas corresponde a las rapideces medias de los cuerpos en cada uno de los tramos. Comparando las pendientes de las rectas, para M y para N, encontramos que siempre es mayor la de M, por lo tanto, la afirmación III) es correcta. Como son verdaderas las afirmaciones I), II) y III), la opción correcta es la E). El distractor más elegido fue el D), con un 26%, lo que indica que el concepto de desplazamiento no es del todo comprendido. 22. Los bloques representados en la figura, de masas m y 3m respectivamente, están unidos por un cable de acero que pasa por una polea. Si el bloque de masa m está subiendo con una aceleración de magnitud “a”, entonces el bloque de masa 3m está bajando con una aceleración de módulo A) 3 a B) a C) g – a D) g + a E) 3g – a Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica El movimiento. Fuerza de gravedad. Cálculo del itinerario de un objeto en movimiento vertical. Carácter predictivo de las leyes de la dinámica. 2º Año Medio. B. Comprensión. Alta. Comentario: Este problema evalúa la comprensión que tiene un estudiante sobre la aceleración. El sistema consiste en dos masas unidas por un cable que pasa por una polea. En este tipo de problemas se hace la suposición que el cable es inextensible, lo que significa que la distancia que separa las masas es 3m m g M.C. siempre la misma. La polea cambia la dirección de la fuerza, cambiando así la dirección de la aceleración. Si la aceleración del cuerpo de masa 3m fuese menor que la aceleración que tiene el cuerpo de masa m, la distancia entre las masas disminuiría (el cable se “arrugaría”), y en caso opuesto (que la aceleración fuese mayor), la distancia entre las masas aumentaría (el cable se “estiraría”). Por lo tanto, necesariamente las aceleraciones de ambos cuerpos deben ser iguales, siendo la opción correcta la B). Este problema resultó particularmente difícil, pues tuvo una alta omisión (del 54%) y sólo un 14% de los postulantes contestó correctamente. 23. Un vehículo que mantiene una rapidez de 100 h km tarda 3 minutos en cruzar un túnel. Entonces, la longitud del túnel es A) 0,56 km B) 1,80 km C) 5,00 km D) 30,00 km E) 33,30 km Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración, en su aspecto intuitivo y su formulación gráfica y analítica. 2º Año Medio. C. Aplicación. Media. Comentario: En este problema se evalúa la comprensión que tienen los postulantes sobre la interpretación del concepto de rapidez y su capacidad para M.C. aplicarlo a situaciones simples y cotidianas, así como el correcto uso de las unidades. Cuando la rapidez es constante, como en este caso, se verifica que tvd ⋅= , donde d es la distancia, v la rapidez (100 h km en este caso) y t el tiempo (3 minutos en este caso). Lo único que falta para obtener la respuesta es utilizar un sistema de unidades consistentes, a través de una de las siguientes formas: transformar la rapidez de h km a min km , o transformar el tiempo de minutos a horas. Para hacer una u otra transformación se ocupa una proporción directa. Por ejemplo, en el caso de minutos a horas, se tiene que h 60 3x hx min3 h1 min60 =⇒= y por lo tanto, ( ) km5h 60 3 h km100d =⋅⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= La opción correcta C) obtuvo un 44% de las preferencias, mientras que el distractor E), donde se ocupa el concepto de rapidez constante, pero no hay consistencia entre las unidades, fue elegido por un 17% de los postulantes. 24. El gráfico rapidez–tiempo representa el movimiento de dos automóviles M y N a partir del instante t = 0 s, en que se encuentran uno al lado del otro. Los automóviles se mueven en línea recta en la misma dirección y sentido. De acuerdo a esto, es correcto afirmar que en el instante t = 15 s A) ambos autos se estaban moviendo con igual rapidez. B) el auto M estaba al lado del auto N. C) ambos autos se estaban moviendo con igual rapidez y el auto M estaba al lado del auto N. D) ambos autos se estaban moviendo con igual aceleración. E) ambos autos se estaban moviendo con igual aceleración y el auto M estaba al lado del auto N. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración, ensu aspecto intuitivo y su formulación gráfica y analítica. 2º Año Medio. A. Análisis, síntesis y evaluación. Alta. v M N 1 5 t ( s ) 0 M.C. Comentario: En este problema se debe evaluar la veracidad de cada afirmación propuesta con la información que nos presenta el gráfico. El enunciado afirma que ambos móviles parten de la misma posición, se mueven en línea recta, con igual sentido y dirección. De la inspección del gráfico, se ve inmediatamente que el móvil N se mueve con rapidez constante (o sea, aceleración nula), mientras que el móvil M se mueve con rapidez cada vez mayor (o sea, con una aceleración, que está dada por la pendiente de la recta). La otra información que es útil es que al inicio los autos tenían distinta rapidez, (la rapidez de M es cero al comienzo, mientras que la de N es mayor que cero), y que en el tiempo t = 15 s, cuando se intersectan las rectas, ambos tienen la misma rapidez (que corresponde a la que siempre ha tenido N). Finalmente, para saber si a los 15 s el auto M está al lado del N, debemos calcular la distancia recorrida por cada uno de ellos, la cual corresponde al área bajo las rectas. La simple inspección visual permite ver que M tiene menos área que N, y por lo tanto una distancia menor. Con este análisis es posible invalidar todos los distractores B), C), D) y E), quedando sólo A) como la opción correcta. La omisión de esta pregunta llegó a un 43%, lo que indica que existen dificultades en la obtención e interpretación de información desde gráficos, y en el análisis cualitativo de éstos. 25. El gráfico representa las rapideces v en función del tiempo, de dos cuerpos M y N, que parten del reposo y que se mueven a lo largo de una línea recta: El cuociente entre el camino recorrido por M en los primeros 4 segundos y el camino recorrido por N en los primeros 8 segundos, es A) 3 2 B) 1 C) 2 3 D) 3 E) 6 Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración, en su aspecto intuitivo y su formulación gráfica y analítica. 2º Medio. C. Aplicación. Mediana. M N V 3V0 V0 t (s)0 4 8 M.E. Comentario: Para poder contestar esta pregunta, el postulante debe conocer que en un gráfico rapidez en función del tiempo, el área bajo la curva de dicho gráfico corresponde a la distancia recorrida. En este caso, podemos calcular el área de dos triángulos y luego establecer el cuociente entre ellos. Para el cálculo de la distancia recorrida por el cuerpo M, debe considerar el triángulo de base 4 y altura 3V0, lo que da un área de 6V0. A su vez, la distancia recorrida por el cuerpo N se calcula mediante el área del triángulo de base 8 y altura V0, lo cual resulta un área de 4V0. Al realizar el cuociente entre ambos resultados se obtiene 2 3 . Es decir, la clave es la opción C). Llama la atención la alta omisión que presenta este problema, la cual llega al 34% de los postulantes, a pesar que este tema se debería trabajar bastante durante la enseñanza media. 26. Un ciclista recorre la trayectoria PQR como lo muestra la figura en un tiempo total de una hora, como lo muestra la figura: ¿Cual es la magnitud de la velocidad media y de la rapidez media del ciclista entre los puntos P y R? Magnitud ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ h km Velocidad media Rapidez media A) 10 14 B) 10 10 C) 14 14 D) 14 10 E) 4 3 Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración, en su aspecto intuitivo y su formulación gráfica y analítica. 2º Medio. A. Aplicación. Difícil. 8 km 6 km P Q R M.E. Comentario: Esta pregunta mide la capacidad del postulante de diferenciar los conceptos de velocidad media y rapidez media. La velocidad media se define como un vector, que corresponde al cambio del vector posición con respecto al tiempo, y la rapidez media significa la distancia recorrida dividida por el tiempo empleado. En este caso, la velocidad media corresponde al vector que une el punto P con el punto R, cuyo módulo es 10 h km , y que se calcula directamente mediante el Teorema de Pitágoras. Por su parte, la rapidez media es simplemente sumar ambas distancias y dividirlas por 1 hora, dando por resultado 14 h km . Esta pregunta resultó difícil para los alumnos, contestándola correctamente sólo el grupo que obtuvo los puntajes más altos en la prueba, lo que revela que la mayoría de los alumnos confunde ambos conceptos, evidenciándose en que no son capaces de hacer una distinción entre rapidez media y velocidad media, o bien aplican en forma intercambiada las definiciones de dichos conceptos físicos. 27. En un trayecto rectilíneo un camión de 15 m de longitud es adelantado por un motociclista cuya rapidez es de 20 s m . El piloto de la motocicleta requiere de 3 s para adelantar al camión, contados desde el instante en que alcanza la parte posterior de éste hasta sobrepasarlo. Entonces, si la velocidad del camión y de la motocicleta son constantes, la rapidez del camión es A) 5 s m B) 25 s m C) 15 s m D) 20 s m E) 10 s m Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Sistemas de referencia. Su importancia para describir el movimiento relativo. 2º Medio. C. Aplicación. Mediana. Comentario: Esta pregunta mide la capacidad de entender el movimiento relativo de un objeto respecto a otro. En este caso, se considera el movimiento de dos objetos, el camión y el motociclista, ambos moviéndose en una misma dirección. M.E. Para un observador inercial en reposo respecto del camino, la velocidad del camión es igual a la velocidad del camión respecto al motociclista más la velocidad del motociclista, o bien, la velocidad del motociclista es igual a la velocidad del motociclista respecto a la del camión más la velocidad del motociclista. De acuerdo a los datos entregados en el enunciado, se tiene que la velocidad del motociclista respecto al sistema inercial, es 20 s m y, por otra parte, la velocidad del motociclista respecto al camión se puede deducir del hecho de que demora 3 s en adelantarlo y que el camión mide 15 m. La velocidad resultante es de 5 s m . Por lo tanto, la velocidad del camión va a ser igual a la velocidad del motociclista menos la velocidad de éste respecto a la del camión, luego la respuesta correcta es 15 s m , lo que corresponde a la opción C). Probablemente, quienes marcaron la opción A), calcularon la velocidad con los datos de distancia y tiempo entregados en el enunciado y supusieron que su resultado corresponde a la velocidad pedida, sin entender a cabalidad el problema, ni el significado de los datos proporcionados en el mismo. 28. Una alumna desea verificar experimentalmente la proporcionalidad entre fuerza neta y aceleración. El mejor procedimiento para ello sería comparar las magnitudes de las aceleraciones de A) cuerpos de masas diferentes bajo la acción de una misma fuerza neta. B) cuerpos de masas diferentes bajo la acción de fuerzas netas diferentes. C) un mismo cuerpo bajo la acción de fuerzas netas de distinta magnitud. D) un mismo cuerpo bajo la acción de distintas fuerzas netas de igual magnitud. E) cuerpos de masas diferentes en caída libre. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. El movimiento. Fuerza que actúa sobre un móvil y su aceleración. 2º Año Medio. C. Análisis, síntesis y evaluación.Mediana. Comentario: Esta pregunta mide la capacidad que tienen los postulantes para evaluar cuáles son las variables más relevantes en una determinada situación y a partir de ellas extraer información y sacar conclusiones al respecto. Cuando se quiere estudiar el comportamiento de ciertos fenómenos físicos es importante elegir las variables de forma tal que la interpretación de cómo ellas afectan el resultado del experimento quede completamente definida, sin ambigüedades. Es decir, se necesita saber como afecta cada una de las variables a ese fenómeno de manera independiente. En este caso, se sabe que la relación entre fuerza neta F r que actúa sobre un cuerpo y su aceleración a r esta dada por la segunda ley de Newton, amF rr = , donde m es la masa del cuerpo. M.E. Por lo tanto, si sólo se quiere verificar que la fuerza neta es directamente proporcional a la aceleración, no es conveniente variar la masa del cuerpo, porque esta variación puede traer consigo interpretaciones incorrectas. Este hecho descarta las opciones A), B) y E). Por otro lado, cuando se quiere observar la proporcionalidad entre las magnitudes de dos vectores, se busca la relación que tiene la magnitud de un vector cuando se varía la magnitud del otro. Al mantener la magnitud de la fuerza constante, las variaciones que se producen son sólo en términos de la dirección y sentido de la aceleración, no permitiendo una completa verificación de la relación de proporcionalidad, lo que descarta la opción D). De este modo, se llega a la conclusión que se debe experimentar con distintas magnitudes de fuerzas neta (manteniendo la masa constante) y observar el comportamiento de la magnitud de la aceleración para cada caso. Esta pregunta fue respondida correctamente por el 37% de los postulantes. Un grupo importante marca la opción A) (24%), que en último término corresponde al comportamiento que tiene la aceleración respecto a la masa del cuerpo. 29. La varilla mostrada en la figura está rotando en el plano del papel con rapidez angular constante en torno a un eje perpendicular a ella que pasa por uno de sus extremos (punto O). De acuerdo a esto, para las partículas que componen la varilla, es correcto afirmar que todas I) experimentan la misma aceleración centrípeta. II) rotan con igual período. III) tienen igual rapidez lineal. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. Mecánica. Movimiento circular uniforme. 3º Año Medio. B. Comprensión. Mediana. o M.E. Comentario: En este problema se plantea el movimiento de un cuerpo rígido con rapidez angular constante. Para un movimiento circular se tiene que la aceleración centrípeta está dada por Ra 2c ω= , donde ω es la rapidez angular y R es el radio de giro de la partícula. Todas las partículas que componen la varilla tienen la misma velocidad angular pero están a distintas distancias de su extremo O, lo que significa que tienen distintos radios de giro. Por lo tanto, no todas las partículas de la varilla tienen la misma aceleración centrípeta, lo que hace incorrecta la afirmación I). El período es el tiempo que tarda una partícula en completar un ciclo, lo que en este caso equivale a una vuelta. Como se ve fácilmente, por ser una varilla rígida, todas sus partes rotan solidariamente, y por tanto tardan el mismo tiempo en dar una vuelta. Otra manera de ver esto es recordando que el período es el inverso de la frecuencia f, y ésta a su vez se relaciona con la velocidad angular por f2π=ϖ . Como se dijo, todas las partículas tienen la misma velocidad angular, y por tanto el mismo período. Luego, la afirmación II) es correcta. Finalmente, como la rapidez lineal v de un movimiento circular está dada por la relación Rv ω= , y las partículas que componen la varilla tienen distintos radios de giro, la afirmación III) es incorrecta. La opción correcta es la B), que fue elegida por el 53% de los postulantes. Un 11% elige la opción A), lo que indica la no diferenciación de aceleración centrípeta y aceleración angular. Este problema lo omitió un 29%. 30. Como se muestra en la figura, un flotador F de 2 m2 de superficie y 10 cm de altura, se encuentra sumergido 5 cm en una piscina de agua natural. Para que el agua llegue a la superficie superior puede I) agregarse en la parte superior un peso de 1000 N. II) superponerse sobre el primero otro flotador de las mismas características. III) reducirse a la mitad la densidad del material con que esta construido el flotador. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. Fluidos. Determinación de las condiciones de flotabilidad de un objeto. 3ª Medio. D. ASE. Alta. 2 m2 Nivel de agua5 cm F M.E. Comentario: En esta pregunta se pide analizar el principio de Arquímedes, el cual establece que si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. Es decir, si el cuerpo está en reposo, el balance de fuerzas es Peso del cuerpo = peso del volumen de agua desplazada En nuestro caso, se tiene dO2Hcc VgVg ρρ = , Donde: cρ corresponde a la densidad del cuerpo cV : Volumen del cuerpo dV : Volumen de agua desplazada por el cuerpo g: aceleración de gravedad en el lugar (10 m/s2 aprox.) 20Hρ : densidad del agua, que se puede considerar igual a 1 g/cm 3 Al aplicar esta condición de flotabilidad a la situación inicial del problema, es decir, considerando el hecho de que el agua llega hasta 5 cm de altura y conociendo la densidad del agua, se puede calcular la densidad del cuerpo, que resulta ser 2 1 g/cm3. Notemos que la densidad del cuerpo es menor que la del agua, lo cual es consistente con el hecho de que el cuerpo flote en el agua. Consideramos la afirmación I), donde aumenta en 1000 N el peso del cuerpo. Es decir, aumenta al doble el peso original del cuerpo, por tanto, éste se hunde totalmente, es decir el agua llega a la superficie del flotador. En el caso de la afirmación II), también aumenta al doble el peso del cuerpo (dos cuerpos iguales) y al aplicar la condición de flotabilidad, se encuentra que el volumen desplazado es igual al doble del volumen inicial, por lo que se tiene que el agua llega justamente hasta la superficie del cuerpo inicial, o sea cubre su espesor de 10 cm. Finalmente, para la afirmación III), se tiene que al disminuir la densidad del objeto este tenderá a flotar y por tanto el volumen de agua desplazado será menor, de manera que el agua llega a menor altura. Por todo lo anterior, la opción correcta es D) 31. Una piedra cuelga de un dinamómetro. Éste marca 2,0 newton cuando la piedra está en el aire y 1,7 newton cuando la piedra está totalmente sumergida en agua. ¿Qué opción explica con exactitud esta diferencia? A) Se debe al empuje que el agua aplica sobre la piedra, cuyo valor es 0,3 newton. B) Se debe a que la piedra pierde 30 g de masa C) Se debe a que el peso de la piedra se reduce en 0,3 newton. D) Se debe a que, al mojarse, el peso de la piedra aumenta en 0,3 newton. E) El empuje que el agua aplica sobre la piedra es igual al peso de la piedra dentro del agua. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Mecánica. Fluidos. Deducción de la expresión para la presión a distintas profundidades de un líquido. 3º Medio. A. Comprensión. Mediana. Comentario: Esta pregunta mide lacomprensión del postulante de que cuando un objeto se sumerge en un líquido experimenta una fuerza de empuje que es igual al peso del líquido desplazado por dicho cuerpo. En este caso, el peso de un objeto fuera del agua es de 2,0 N y cuando es sumergido en agua su peso disminuye a 1,7 N. Esto implica que debe existir una fuerza, que aplicada en sentido opuesto al peso haga disminuir lo registrado por el dinamómetro. Dicha fuerza corresponde a la fuerza de empuje que el agua aplica sobre la piedra y cuyo valor es de 0,3 N y por tanto la clave u opción correcta corresponde a la opción A). M.E. 32. ¿Cuál es la unidad de potencia en el Sistema Internacional? A) Hertz. B) Pascal. C) Watt. D) Kilogramo. E) Newton. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía El movimiento. Potencia mecánica. 2º Año Medio. C. Reconocimiento. Media. Comentario: Esta pregunta evalúa el conocimiento que tienen los postulantes de las unidades de medida en el Sistema Internacional. De las opciones presentadas, la opción A) corresponde a la unidad de frecuencia, la opción B) a la unidad de presión, la opción C) es la unidad de potencia sobre la que se pregunta, y las opciones D) y E) corresponden a las unidades de masa y fuerza, respectivamente. La omisión en esta pregunta llegó al 16% y los distractores más elegidos fueron el A), con el 15%, y el E), con el 10%, lo cual indica que las unidades del sistema internacional no son bien asimiladas en el aula por parte de los postulantes. M.C. 33. En cierto instante, una pelota de 2 kg se encuentra a una altura de 15 m sobre el suelo y tiene una rapidez de 4 s m . Entonces, su energía cinética en ese instante es A) 8 joule B) 16 joule C) 120 joule D) 300 joule E) 316 joule Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía El movimiento. Energía Cinética. 2º Año Medio. B. Aplicación. Alta. Comentario: Este problema es una aplicación directa del cálculo de energía cinética. La energía cinética se define como: 2c vm2 1E ⋅⋅= , donde m es la masa y v la velocidad. Se nos entregan todos los datos en el enunciado. Ellos están en las unidades correspondientes al sistema internacional de unidades, por lo tanto, al calcular tenemos que la energía cinética es 16 joule, que corresponde a la opción B). El distractor C), que corresponde a la multiplicación de todos los datos que aparecen en el enunciado, fue elegido por el 17% de los postulantes, lo que revela la poca claridad que existe en este grupo de postulantes en torno a que la energía cinética sólo tiene relación con el movimiento del cuerpo y no con su posición respecto al suelo. Es preocupante también la alta omisión que presenta esta pregunta (sobre 51%), pues este contenido es ampliamente visto en la sala de clases y en este problema en particular se pide una aplicación directa. M.C. 34. Una caloría es equivalente a 4,18 joule. La caloría es una unidad para cuantificar A) cualquier energía. B) sólo energía eléctrica. C) sólo energía mecánica. D) sólo energía calórica. E) sólo energía química. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. El calor. Calor como una forma de energía. 2º Año Medio. A. Reconocimiento. Alta. Comentario: Este problema evalúa el conocimiento que tienen los postulantes sobre la energía y sus unidades. En el enunciado se habló de caloría y joule, ambas unidades de energía. Más del 47% de los postulantes marca la opción D), identificando la unidad joule o caloría sólo con el concepto de energía calórica. Esto es un error, que lo induce el uso habitual de esta unidad, “la caloria”, en contextos de la termodinámica o física del calor. Sin embargo, por ser una unidad de energía, puede ser usada para cuantificar cualquier tipo de energía. M.C. 35. Se define calor de ebullición o calor latente de vaporización del agua A) a la temperatura requerida para evaporarla. B) al calor necesario para calentarla hasta la temperatura de ebullición. C) al calor que libera el agua al evaporarse. D) al calor por unidad de masa necesario para elevar su temperatura en un grado celsius. E) al calor por unidad de masa requerido para evaporarla, a su temperatura de ebullición. Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. El calor. Influencia del calor en los cambios de fase. 2º Año Medio. E. Reconocimiento. Alta. Comentario: Este problema evalúa el conocimiento que tienen los postulantes sobre calor de ebullición o calor latente de vaporización. Los calores latentes corresponden a la energía que se necesita aportar, en este caso, al agua para que una unidad de masa involucrada cambie de fase. Esto debe hacerse a la temperatura del cambio de fase, y con el calor que se aporte no se elevará la temperatura, si no que ocurrirá la transición. La alternativa correcta es la E), que fue marcada sólo por un 26%. Para poder responder correctamente, los postulantes deben conocer el concepto previamente. M.C. 36. Dentro de una cámara perfectamente aislada térmicamente se apilan tres cubos metálicos, identificados por los números 1, 2 y 3. Sus temperaturas iniciales respectivas son diferentes: T1 > T2 > T3. Si los cubos son retirados al otro día y se miden sus temperaturas (T´) se encontrará que A) T´1 > T´3 > T´2 B) T´1 = T´2 = T´3 C) T´1 > T´2 > T´3 D) T´3 > T´2 > T´1 E) T´1 = T´2 > T´3 Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. El calor. Transmisión de calor a través de un objeto y su relación con diferencia de temperatura. 2º Año Medio. B. Comprensión. Media. Comentario: Este problema evalúa la comprensión que tienen los postulantes sobre el principio de equilibrio térmico. Para resolver esta pregunta es necesario comprender cómo se alcanza el equilibrio térmico. Cuando ponemos en contacto dos o más cuerpos, estos cuerpos intercambiaran calor hasta igualar sus temperaturas, que no necesariamente es la misma que la temperatura inicial de los cuerpos. En este problema estamos en un sistema aislado, por lo tanto no hay intercambio de calor con el exterior y suponemos que en un día se alcanza el equilibrio térmico. Luego, las temperaturas son iguales, siendo la opción correcta la B). El 45% de los postulantes respondió correctamente, lo que muestra que este contenido es bien abordado dentro del currículum. M.C. 37. Un niño arrastra horizontalmente un carro de juguete de 2 kg con una rapidez constante de 1 s m . Para ello aplica una fuerza de 1,6 N en la dirección y sentido del movimiento. Si en estas condiciones recorre 10 m en línea recta, el trabajo realizado por la fuerza que ejerce el niño sobre el carro, expresado en joule, es A) 0 B) 1 C) 8 D) 16 E) 20 Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. El movimiento. Trabajo mecánico. 2º Año Medio. D. Aplicación. Mediana. Comentario: En este problema se requiere hacer un cálculo de trabajo mecánico. Si se considera un cuerpo que se desplaza en línea recta una distancia d, y que mientras se mueve actúa una fuerza constante F r sobre él en la dirección del desplazamiento, entonces el trabajo W realizado por esta fuerza se puede calcular como el producto entre la magnitud de la fuerza F y la distancia d, es decir, FdW = . En el enunciado se describe una situacióndonde, efectivamente, se cumplen estas dos condiciones (fuerza constante y desplazamiento rectilíneo en la misma dirección de la fuerza). M.E. Sólo falta verificar que el sistema de unidades usado sea consistente. En este caso, la fuerza está medida en newton (N) y la distancia en metros (m), ambas unidades pertenecientes al Sistema Internacional de Unidades (SI). El producto de las unidades newton y metros corresponde a la unidad de energía y/o trabajo joule (J). Dado lo anterior, el problema resulta ser un cálculo directo con N6,1F = y m10d = , dando por resultado que el trabajo realizado por la fuerza es 16W = J, que corresponde a la opción D). Si bien la omisión fue baja (13%), la opción correcta D) fue elegida sólo por el 31% de los postulantes, mientras que el distractor C) obtuvo un 28% de las preferencias. 38. Si se compara la escala Celsius de un termómetro con la escala M de otro termómetro, se obtiene un gráfico como el de la figura. Entonces, para la temperatura de solidificación del agua a la presión de 1 atm, el termómetro graduado en la escala M marca A) 4 B) - 4 C) 10 D) -10 E) 0 Área temática: Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. El Calor. Termómetro y escalas de temperatura. 2º Año Medio. D. Comprensión. Mediana. 4 -10 0 [oC] Escala M M.E. Comentario: Este problema evalúa la comprensión que tienen los postulantes en la interpretación de gráficos en un contexto de escalas de temperaturas. El gráfico del problema muestra la escala M de temperatura en función de la temperatura en grados Celsius. La temperatura de solidificación del agua a la presión de 1 atmósfera en la escala Celsius es de 0º, que corresponde exactamente al eje vertical del gráfico. Por lo tanto, la temperatura correspondiente en la escala M es la intersección de la recta con este eje, con lo que se obtiene un valor de –10, siendo la opción correcta la D). Esta opción fue elegida por el 56% de los postulantes. Es interesante señalar el hecho de que el 12% marcara la opción A), confundiendo el significado de los ejes. En este ítem la omisión alcanza el 21%. 39. Respecto a la escala kelvin, de temperatura, es correcto afirmar que A) se utiliza exclusivamente para medir temperatura de gases. B) la temperatura medida en termómetros de mercurio no puede expresarse en ella. C) la temperatura de un objeto expresada en ella no tiene el mismo valor que si se expresa en grados celsius. D) mide la cantidad de calor transferido para alcanzar el equilibrio térmico. E) su valor más bajo es 273 bajo cero. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. El Calor. Termómetro y escalas de temperatura. 2º Año Medio. C. Reconocimiento. Mediana. M.E. Comentario: En este problema se evalúa el conocimiento que tienen los postulantes acerca de qué mide un termómetro y las diferentes escalas de temperaturas. Kelvin es una unidad de medida para la temperatura, por lo tanto, siempre podemos expresar la temperatura en esta unidad, lo que descarta las opciones A) y B). De manera similar, se descarta la opción D), pues el termómetro es un instrumento que mide temperatura y no la cantidad de transferencia de calor (un instrumento que mide esto se denomina calorímetro). Por otro lado, la escala Kelvin se denomina escala de temperatura absoluta, y su cero es conocido como cero absoluto, correspondiendo a la temperatura que tiene un sistema de moléculas en su estado de mínima energía, lo que implica que es una escala que sólo tiene números mayores o iguales a cero, lo que descarta la opción E). Si se compara una unidad de la escala Celsius (un grado celsius) con respecto a una unidad de la escala Kelvin (un kelvin), son equivalentes, pero el cero entre ambas escalas no coincide. La relación que existe entre ellos es tal que 0 K = –273,15 ºC, por lo tanto, la temperatura en estas escalas siempre tienen valores distintos, con lo que la opción correcta es la C). En este problema el 49% de los postulantes responde correctamente y la omisión alcanzó al 21%. 40. Luego de introducir una piedra a un vaso con agua, una alumna afirma que habrá transferencia de calor desde la piedra al agua. Su afirmación es correcta siempre que A) la masa de la piedra sea mayor que la masa del agua. B) el calor específico de la piedra sea mayor que el del agua. C) la capacidad calórica de la piedra sea mayor que la del agua. D) la temperatura de la piedra sea mayor que la del agua. E) el calor de la piedra sea mayor que el del agua. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. El Calor. Transmisión de calor a través de un objeto y su relación con diferencia de temperatura. 2º Año Medio. D. Comprensión. Fácil. Comentario: Lo primero que debe tenerse claro para responder esta pregunta es que existe transferencia de calor de un cuerpo a otro cuando los cuerpos no están en equilibrio térmico (y vice-versa). Esto quiere decir que las temperaturas de los dos cuerpos son distintas y es sabido que el calor fluye del cuerpo que tiene mayor temperatura al de menor temperatura. El flujo de calor se detiene cuando ambos cuerpos han llegado a la misma temperatura (equilibrio térmico). Es decir, la opción correcta es la D). Todas las otras opciones no tienen relación con la dirección de la transferencia de calor (de la piedra al agua), sino con la cantidad neta de calor que se transfiere, lo cual no se está preguntando. Este problema lo respondió correctamente el 61% de los postulantes y tuvo una omisión del 8%. Sin embargo, la opción B) fue elegida por un 18%. M.E. 41. Un cuerpo que se lanza al aire tiene inicialmente una energía cinética K0 = 60 joule y una energía potencial U0 = 80 joule. En un instante posterior al lanzamiento se está moviendo con una energía cinética Kf y tiene una energía potencial Uf. Despreciando el roce con el aire, de entre los siguientes pares de valores de Kf y Uf, expresados en joule, ¿cuál es el correcto para ese nuevo instante? Kf Uf A) 100 40 B) 30 100 C) 120 40 D) 100 120 E) 120 0 Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. Mecánica. Independencia del tiempo de la energía mecánica en caída libre sobre la superficie terrestre. 3º Año Medio. A. Comprensión. Fácil. Comentario: Este problema evalúa la comprensión que tiene el estudiante sobre las condiciones que deben existir para que la energía mecánica se conserve. La energía mecánica del cuerpo es la suma de las energías potencial y cinética en un mismo instante de tiempo. Como tanto en al inicio y al final está actuado la misma fuerza (la gravedad), la energía mecánica debe conservarse. Más precisamente, se sabe que para que la energía mecánica se conserve, se necesita que las fuerzas que realizan trabajo en un sistema sean conservativas. En este caso, como se pide despreciar el roce (que no es M.E. una fuerza conservativa), la única fuerza que actúa sobre el cuerpo es la fuerza de gravedad, que si es una fuerza conservativa. Luego, la energía mecánica del sistema se conserva. Así, la energía mecánica inicial del sistema está dada por la suma de la energía cinética inicial y la energía potencial inicial, esto es: =E K0 + U0 J140E J80J60E = += Por lo tanto, la energía mecánica en todo momento debe ser 140 J, ya que la energía se conserva. De las opciones, la única que cumple que la suma de ambas energías es 140 J es la opción A), la cual fue elegida por el 83%de los postulantes. 42. Partiendo del reposo, desde una altura de 5 m respecto del suelo un niño desliza por un tobogán. Su masa es de 20 kg y llega al suelo con una rapidez de 5 s m . Entonces, considerando g = 10 2s m , la energía mecánica perdida en la caída, en joule, es A) 25 B) 75 C) 250 D) 750 E) 1000 Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. Mecánica. Disipación de energía y roce. 3 Año Medio. D. Análisis, síntesis y evaluación. Alta. M. E. Comentario: En este problema la energía mecánica no se conserva: es mayor al inicio y menor cuando el niño llega la suelo. Se pide evaluar la energía mecánica perdida, es decir, la diferencia entre la energía mecánica inicial y la final, esta energía mecánica perdida es posible que se haya disipado en calor, a causa del roce entre el niño y el tobogán. La energía cinética K de un cuerpo de masa m, que tiene una velocidad v, se define como, 2mv 2 1 K = . La energía potencial U de un cuerpo de masa m, que está a una altura h respecto a un nivel de potencial cero, se define como mghU = , donde g es la aceleración de gravedad. La suma de estas dos energías es la energía mecánica E del sistema, es decir, UKE += . Es importante tener presente que las unidades de medida deben ser consistentes entre sí, y en este caso, los datos entregados en el enunciado corresponden al Sistema Internacional de Unidades, por lo que el cálculo de la energía estará dada en joule (J). Como el niño del problema parte del reposo (velocidad inicial cero) su energía cinética inicial es cero, y su energía potencial inicial, elegido el suelo como nivel de energía potencial nula, es J1000U 51020U mghU = ⋅⋅= = Por lo tanto, su energía mecánica inicial es J1000iE = . Al llegar al suelo, su altura respecto al suelo es cero, por lo que la energía potencial será cero, y su energía cinética estará dada por J250K 2520 2 1 K 2mv 2 1 K = ⋅⋅= = Por lo tanto su energía mecánica final es J250fE = . La perdida de energía mecánica está dada por las diferencia entre la energía mecánica final e inicial, es decir, J750iEfEE =−=Δ , que corresponde a la opción D). Esta pregunta resulta particularmente difícil para los postulantes, ya que sólo el 22% elige la opción correcta. Un grupo importante (más del 12%) muestra un conocimiento del tema, sin embargo no responde correctamente la pregunta formulada, eligiendo el distractor C). 43. Un cuerpo que se mueve horizontalmente de Norte a Sur tiene una energía cinética de 3 joule. Otro cuerpo, que se mueve horizontalmente de Este a Oeste, tiene una energía cinética de 4 joule. La suma de las energías cinéticas de estos dos cuerpos es de A) 1 joule ya que las energías cinéticas se suman vectorialmente. B) 5 joule ya que las energías cinéticas se suman escalarmente. C) 5 joule ya que las energías cinéticas se suman vectorialmente. D) 7 joule ya que las energías cinéticas se suman escalarmente. E) 7 joule ya que las energías cinéticas se suman vectorialmente. Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Energía. Mecánica. Energía cinética. 3º Año Medio. D. Reconocimiento. Alta. Comentario: Este problema mide el conocimiento que tiene el postulante sobre la naturaleza de la energía. La energía es una cantidad escalar, lo que descarta las opciones A), C) y E). Al realizar la suma de dos energías, es importante preocuparse de que las unidades involucradas sean consistentes. En este problema ambas energías cinéticas fueron expresadas en joule, por lo tanto la suma se M. E. realiza como suma directa, J7J4J3K =+= , que corresponde a la opción D). En este problema llama la atención que, siendo bajo el porcentaje de omisión, sólo el 24% de los postulantes responde correctamente. 44. Si la vida media de un isótopo radiactivo es de una semana, ¿qué fracción del material quedará sin decaer después de tres semanas? A) La mitad. B) La tercera parte. C) La cuarta parte. D) La sexta parte. E) La octava parte Área temática Eje temático: Contenido: Curso: Clave: Habilidad cognitiva: Dificultad: Macrocosmos y microcosmos. Mundo atómico. Descripción fenomenológica del decaimiento radiactivo. Vida media. 4º Medio. E. Aplicación. Alta. Comentario: En esta pregunta se mide la capacidad de aplicar el concepto de vida media de un isótopo radiactivo, que corresponde al tiempo característico para que una cantidad de núcleos radiactivos de un elemento disminuya a la mitad de su número original. Es decir, en este caso al ser la vida media de una semana, significa que al cabo de ese tiempo va a disminuir a la mitad el número de isótopos radiactivos, en la segunda semana vuelve a disminuir en un medio, lo cual hace que el número de isótopos se reduzca a la cuarta parte y finalmente a la tercera semana, se vuelve a reducir en la mitad el número de isótopos, de modo que el número de isótopos que queda es la octava parte del número original de isótopos. Por tanto la opción correcta es E). M. E.
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