Ley de Enfriamiento de Newton · Simulacro ICFES Ciencias Naturales

Texto base

Juan calienta una gran cantidad de agua en una olla. Al retirarla del fuego, la temperatura del agua se mide con un termómetro y este indica 100 °C. Juan mide la temperatura del ambiente y obtiene 20 °C. La ley de enfriamiento de Newton establece que cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre un objeto y el ambiente, mayor es el flujo de calor y, por tanto, más rápido se enfría el objeto.

La pregunta

Teniendo en cuenta la información anterior, ¿cuál de las siguientes gráficas describe mejor el proceso de enfriamiento del agua en la olla?

A.
B.
C.
(correcta)
D.

Respuesta y explicación

Respuesta correcta: C

La respuesta es la C. 🌡️ El enunciado es claro: entre más grande la diferencia de temperatura, más rápido se enfría el agua. Eso significa que el bajón más fuerte tiene que darse justo al principio, cuando el agua todavía le saca mucha ventaja al ambiente.

Dado que:

T_0 = 100 \text{°C} \tag{1}

T_{amb} = 20 \text{°C} \tag{2}

\Delta T = T - T_{amb} \tag{3}

La rapidez de enfriamiento cumple:

\frac{dT}{dt} = -k \, \Delta T \tag{4}

Al inicio del proceso:

\Delta T(0) = 100 \text{°C} - 20 \text{°C} = 80 \text{°C} \tag{5}

Ese 80 °C es el ΔT más grande de todo el recorrido, así que ahí la curva tiene que caer más rápido. Después se va aplanando de a poco, sin saltos, hasta acomodarse en los 20 °C. Eso es exactamente lo que dibuja C. 📉 El distractor que más engaña es D: parece que se enfría parejito, pero una línea recta implica que la olla pierde calor al mismo ritmo sin importar si le faltan 80 °C o apenas 5, y eso va en contra de la ley. A y B tampoco funcionan.

Arrancan casi planas y solo se ponen empinadas después, como si el agua se enfriara despacio al principio y rápido al final, justo al revés de lo que dice el enunciado.

¿Cómo les fue a otros estudiantes?

Esta pregunta ha sido respondida 40.275 veces por estudiantes en RedSaber. El 52,5% eligió la respuesta correcta. La opción más elegida fue la C.

Opción	Veces elegida	Porcentaje
A	6,890	17,1%
B	5,559	13,8%
C	21,133	52,5%
D	5,533	13,7%

Datos anónimos y agregados del banco de práctica de RedSaber.

Explicación paso a paso

¿Qué tipo de pregunta es esta y qué te exige el ICFES?

Esta es una pregunta de física térmica, dentro de Ciencias Naturales, y no te pide hacer ninguna cuenta. Te pide leer una gráfica con la ley física en la cabeza 📊. Lo que quiere el ICFES es ver si entiendes que el enfriamiento del agua en la olla sigue una forma matemática concreta, deducible del enunciado, y no la que parece más lógica a simple vista.

¿Qué cuenta el enunciado sobre el agua de Juan?

Juan saca la olla con el agua casi hirviendo, a 100 °C, en un cuarto donde el ambiente está a 20 °C 🌡️. Ahí arranca todo: 80 grados de diferencia. La clave es la ley de Newton, entre más grande la diferencia de temperatura, más rápido se enfría el cuerpo; entre más pequeña, más lento va el cambio.

¿Cómo debes comparar las cuatro gráficas para elegir la correcta?

Mira tres cosas en cada curva: dónde queda la pendiente más pronunciada, cómo cambia esa pendiente con el tiempo, y en qué valor se estabiliza al final. Pero el punto que de verdad importa es el arranque, justo en t = 0. Ahí la diferencia de temperatura es máxima, así que según la ley ahí tiene que estar el enfriamiento más veloz. Ese detalle es el que separa la gráfica correcta de las otras tres.

¿Por qué la respuesta correcta es la C?

Volvamos a los datos:

T_0 = 100 \text{°C} \tag{1}

T_{amb} = 20 \text{°C} \tag{2}

\Delta T = T - T_{amb} \tag{3}

La ley de Newton conecta el flujo de calor con esa diferencia así:

\frac{dT}{dt} = -k \, \Delta T \tag{4}

Aquí k es una constante positiva del sistema, con unidades de 1/tiempo. Si sustituyes el instante inicial:

\Delta T(0) = 100\text{°C} - 20\text{°C} = 80\text{°C} \tag{5}

tienes que ese 80 °C es el ΔT más grande de todo el proceso 🔥. Ahí la pendiente tiene que ser la más inclinada. Con el paso del tiempo ΔT se reduce, la pendiente se suaviza poco a poco, sin quiebres, hasta aplanarse cerca de los 20 °C de equilibrio. Esa caída empinada que se va aplanando sin saltos a mitad de camino es justo lo que dibuja la gráfica C. Por eso el 52,5% de los estudiantes, 21.133 de 40.275, la marcaron correctamente.

¿Por qué la opción A es el error más común?

La gráfica A es el distractor más popular: la eligió el 17,1% de los estudiantes, 6.890 en total, porque también termina aplanada en 20 °C y a simple vista parece razonable. Pero mira su arranque:

m_A \approx 0 \text{ °C/unidad de tiempo} \tag{6}

A casi no baja al principio. Tiene pendiente cercana a cero justo donde debería ser máxima. Aplica la ecuación (4) en t = 0 y sustituye el valor de (5):

\left(\frac{dT}{dt}\right)_{t=0} = -k \cdot \Delta T(0) = -k \cdot (80\text{°C}) \tag{7}

ese resultado es el más grande de toda la curva, pero A muestra lo contrario:

m_A \approx 0 \;\neq\; -k \cdot (80\text{°C}) \tag{8}

A invierte la lógica del enfriamiento y dibuja un arranque lento que se acelera después. Engaña porque parece una curva suave, pero se olvida de que el agua hirviendo se enfría más rápido justo al salir del fuego, no a mitad de camino 🚫.

¿Por qué no son correctas las demás opciones, B y D?

La opción B, con 13,8% y 5.559 estudiantes, repite el error de A: es otra curva en S con pendiente inicial casi plana.

m_B(0) \approx 0 \;\neq\; -k \cdot (80\text{°C}) \tag{9}

La diferencia con A es solo de forma. En B el tramo hacia el equilibrio se comprime, pero el arranque plano sigue siendo el mismo problema 🚫. La opción D, con 13,7% y 5.533 estudiantes, tiende una trampa distinta: es una línea recta de 100 °C a 20 °C, con pendiente constante.

\left(\frac{dT}{dt}\right)_{recta} = \text{constante} \tag{10}

Pero la ecuación (4) exige que la pendiente cambie según ΔT. Compara el ΔT(0) = 80 °C de (5) con un instante más avanzado:

\Delta T_{final} = 10\text{°C} \tag{11}

Como 80 °C es mucho mayor que 10 °C, el ritmo de enfriamiento no puede ser el mismo:

-k \cdot (80\text{°C}) \;\neq\; -k \cdot (10\text{°C}) \tag{12}

Una recta asume que el enfriamiento es parejo todo el tiempo, y eso es justo lo que la ley de Newton descarta 🧊.

Simulacro ICFES Saber 11° · Ciencias Naturales: Ley de Enfriamiento de Newton