Examen resuelto de FísicaOrdinaria 2024

Aragón8 problemas · elige 4100% Resuelto
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Gravitación
Órbitas de Fobos y Deimos alrededor de Marte
a) 0,75b) 1c) 0,75

El planeta Marte tiene dos satélites naturales, Fobos y Deimos. El radio orbital de Fobos es de 12767 km12767 km\text{ km}.

Datos: masa de Marte MMarte=6,391023 kgM_{Marte}=6{,}391023 kg\cdot 10^{23}\text{ kg}, radio de Fobos RFobos=21 kmR_{Fobos}=21 km\text{ km}, masa de Fobos MFobos=1,081016 kgM_{Fobos}=1{,}081016 kg\cdot 10^{16}\text{ kg}, constante de gravitación universal G=6,671011 Nm2/kg2G=6{,}671011 Nm2/kg2\cdot 10^{-11}\text{ N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2.

a)
Obtén el periodo orbital de Fobos.
(0,75 pts)
b)
Utiliza la tercera ley de Kepler para obtener el periodo orbital de Deimos, cuyo radio orbital es de 26950 km.
(1 pt)
c)
Calcula la velocidad de escape de un cuerpo desde la superficie de Fobos, suponiendo que no está sujeto a la atracción de Marte.
(0,75 pts)
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Gravitación — Energía orbital
Potencial gravitatorio y energías de Fobos
a) 0,75b) 1,75

Contesta a las siguientes preguntas.

Datos: MMarte=6,391023 kgM_{Marte}=6{,}391023 kg\cdot 10^{23}\text{ kg}, MFobos=1,081016 kgM_{Fobos}=1{,}081016 kg\cdot 10^{16}\text{ kg}, radio orbital de Fobos rFobos=9377 kmr_{Fobos}=9377 km\text{ km}, G=6,671011 Nm2/kg2G=6{,}671011 Nm2/kg2\cdot 10^{-11}\text{ N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2.

a)
Describe el concepto de potencial gravitatorio y da su expresión para una masa puntual a una distancia r.
(0,75 pts)
b)
Calcula las energías cinética y mecánica del satélite marciano Fobos.
(1,75 pts)
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Campo eléctrico
Campo electrostático creado por un sistema de tres cargas
a) 0,8b) 1,7

Contesta a las siguientes preguntas. En la figura se muestra un sistema de tres cargas puntuales: q1=1 nCq_1=1 nC\text{ nC} situada sobre el eje YY a 1,7 m1{,}7 m\text{ m} por debajo del origen, q2=3 nCq_2=3 nC\text{ nC} sobre el eje XX a 3 m3 m\text{ m} del origen, y q3=2 nCq_3=-2 nC\text{ nC} en el punto (3 m,1,7 m)(3 m,1,7 m)\text{ m},-1{,}7\text{ m}).

Datos: constante de Coulomb K=9109 Nm2/C2K=9109 Nm2/C2\cdot 10^{9}\text{ N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2.

a)
Explica el concepto de campo eléctrico y da la expresión del campo electrostático producido por una carga puntual q a una distancia r.
(0,8 pts)
b)
Calcula el vector campo electrostático producido por el sistema de cargas de la figura en el origen de coordenadas.
(1,7 pts)
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Campo magnético — Fuerzas entre corrientes
Fuerzas entre cables conductores paralelos
a) 0,75b) 0,75c) 1

Las líneas de alta tensión transportan gran cantidad de energía con una corriente relativamente pequeña, minimizando las pérdidas. Si se tienen dos cables separados 1,5 m1{,}5 m\text{ m} de distancia por los que circula una corriente de 0,8 A0{,}8 A\text{ A}:

Datos: permeabilidad magnética del vacío μ0=4π107 Wb/(Am)\mu_0=4π107 Wb/(Am)\pi\cdot 10^{-7}\text{ Wb/(A}\cdot\text{m)}.

a)
Calcula el módulo de la fuerza por unidad de longitud entre ellos.
(0,75 pts)
b)
Haz dos esquemas en los que se muestren las fuerzas que actúan sobre los cables en el caso de que las corrientes circulen en el mismo sentido y en el caso de que circulen en sentido contrario.
(0,75 pts)
c)
Si insertamos un tercer cable por el que circulan también 0,8 A de corriente entre los dos primeros, pero a 0,4 m de uno de ellos, ¿cuál es la máxima fuerza por unidad de longitud que puede sufrir? ¿En qué sentidos circularán las tres corrientes en este caso?
(1 pt)
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Física moderna — Dualidad onda-corpúsculo
Hipótesis de De Broglie y aceleración de un electrón
a) 0,5b) 1c) 1

Contesta a las siguientes preguntas.

Datos: constante de Planck h=6,631034 Jsh=6{,}631034 Js\cdot 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}; carga del electrón qe=1,601019 Cq_e=-1{,}601019 C\cdot 10^{-19}\text{ C}; masa del electrón me=9,11031 kgm_e=9{,}11031 kg\cdot 10^{-31}\text{ kg}; 1 eV=1,601019 J1 eV=1,601019 J\text{ eV}=1{,}60\cdot 10^{-19}\text{ J}.

a)
Enuncia y explica la hipótesis de De Broglie.
(0,5 pts)
b)
Un electrón se acelera de forma que adquiere una energía cinética de 980 eV. ¿Cuál es la longitud de onda asociada al electrón?
(1 pt)
c)
Si se desea frenar el electrón, ¿a qué diferencia de potencial electrostático habrá que someterlo? Haz un dibujo mostrando hacia dónde se desplaza el electrón y las dos placas, positiva y negativa, entre las que se introduce la diferencia de potencial.
(1 pt)
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Movimiento armónico simple
Oscilación de un elefante sobre una tela de araña
a) 1b) 0,5c) 1

Un elefante se balanceaba verticalmente sobre la tela de una araña de forma que describía un M.A.S. Si el elefante tiene una masa de 2200 kg2200 kg\text{ kg} y realiza una oscilación completa cada 13 s13 s\text{ s}:

a)
Calcula la constante elástica de la tela de araña. Si el estiramiento máximo es de 80 cm, ¿cuál es la fuerza elástica máxima que sufrirá el elefante?
(1 pt)
b)
Haz un gráfico de posición en función del tiempo, indicando las magnitudes que consideres importantes y sus unidades.
(0,5 pts)
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Óptica — Lentes delgadas
Imagen formada por una lente divergente
a) 1,75b) 0,75

Disponemos de una lente divergente de focal f=30 cmf'=-30 cm\text{ cm}.

a)
Determina la posición y el tamaño de la imagen de un objeto de 2,5 cm de altura situado a 50 cm de la lente, y haz un trazado de rayos del problema.
(1,75 pts)
b)
¿Cuál es la potencia de la lente?
(0,75 pts)
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Ondas — Cuerda vibrante
Afinación de una cuerda de guitarra eléctrica
a) 0,75b) 1,75

Se pretende afinar una guitarra eléctrica en "Re vago" de forma que en la sexta cuerda suene un Re, cuya frecuencia es 293,66 Hz293{,}66 Hz\text{ Hz}. La longitud de la cuerda es de 79 cm79 cm\text{ cm}. Si Re es el armónico fundamental:

a)
¿A qué velocidad se desplazarán las ondas viajeras en la cuerda?
(0,75 pts)
b)
¿Qué frecuencia tendrá el siguiente armónico? ¿A qué tensión deberá estar sometida la cuerda si su densidad lineal es de 3,99·10⁻⁴ kg/m?
(1,75 pts)
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