Examen resuelto de FísicaOrdinaria 2024

Canarias16 problemas · opción A/B100% Resuelto
Pregunta
1
Campo eléctrico
Grupo A · Problema 1 — Campo y potencial de dos cargas puntuales
2,5 pts
Una carga puntual q1=1 Cq_1 = 1\ C\text{C} se coloca en el punto A(0,3)A(0,3) y otra carga q2=1 Cq_2 = -1\ C\text{C} en B(0,3)B(0,-3). Coordenadas en metros. Datos: K=9109 Nm2C2K = 9109 Nm2C2\cdot 10^{9}\ \text{N}\,\text{m}^{2}\,\text{C}^{-2}.
a)
Dibuje las líneas de campo eléctrico de la distribución.
(0,5 pts)
b)
Calcule el valor del potencial electrostático en los puntos C(4,0)C(4,0) y D(3,8)D(-3,8).
(1 pt)
c)
Calcule el trabajo realizado por el campo eléctrico para traer una carga puntual de 2 C2\ C\text{C} desde el infinito hasta el punto DD.
(1 pt)
Dato:
K=9109 Nm2C2K = 9109 Nm2C2\cdot 10^{9}\ \text{N}\,\text{m}^{2}\,\text{C}^{-2}
2
Campo eléctrico
Grupo A · Problema 2 — Carga puntual y potencial
2,5 pts
Se encuentra una carga puntual a una cierta distancia de una carga puntual en el espacio vacío. En el punto PP distante 4 m4\ m\text{m} de ella el potencial eléctrico es V=900 VV = 900\ V\text{V} y el campo eléctrico vale E=150 NC1E = 150\ NC1\text{N}\,\text{C}^{-1}. Datos: K=9109 Nm2C2K = 9109 Nm2C2\cdot 10^{9}\ \text{N}\,\text{m}^{2}\,\text{C}^{-2}.
a)
La distancia desde el punto PP a la posición actual de la carga puntual.
(0,75 pts)
b)
El valor y el signo de la carga puntual. Dibuje el punto PP, la carga y el vector campo eléctrico en la situación descrita.
(1 pt)
c)
El potencial y el vector campo eléctrico en el punto PP si cambiamos el signo de la carga.
(0,75 pts)
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3
Efecto fotoeléctrico
Grupo A · Problema 3 — Efecto fotoeléctrico
2,5 pts
Se hace incidir luz monocromática procedente de una lámpara láser sobre una superficie de potasio cuyo trabajo de extracción vale 2,22 eV2,22 eV\text{,}22\ \text{eV}.
a)
Si la luz monocromática tiene una longitud de onda de 632 nm632\ nm\text{nm} y una intensidad de 3 mWcm23\ mWcm2\text{mW}\,\text{cm}^{-2}, ¿se produce emisión fotoeléctrica? ¿Y si aumentamos la intensidad del láser hasta 6 mWcm26\ mWcm2\text{mW}\,\text{cm}^{-2}? Razone sus respuestas.
(1,25 pts)
b)
Si la luz monocromática tiene una longitud de onda de 500 nm500\ nm\text{nm}, justifique que se emiten electrones y calcule la energía cinética máxima de dichos electrones.
(1,25 pts)
4
Física moderna — De Broglie
Grupo A · Problema 4 — Longitud de onda de De Broglie
2,5 pts
Dos partículas que poseen masas diferentes tienen asociada una misma longitud de onda de De Broglie. Datos: h=6,631034 Jsh = 6,631034 Js\text{,}63\cdot 10^{-34}\ \text{J}\,\text{s}, qe=1,601019 Cq_e = 1,601019 C\text{,}60\cdot 10^{-19}\ \text{C}, mp=1,671027 kgm_p = 1,671027 kg\text{,}67\cdot 10^{-27}\ \text{kg}.
a)
Sabiendo que la energía cinética de una de ellas es el doble que la otra, determine la relación entre sus masas.
(1,25 pts)
b)
Si un protón se acelera desde el reposo mediante una diferencia de potencial de 1000 V1000\ V\text{V}, determine su longitud de onda de De Broglie.
(1,25 pts)
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5
Gravitación — velocidad de escape
Grupo A · Cuestión 1 — Velocidad de escape lunar
1,25 pts
¿Qué se entiende por velocidad de escape? Como aplicación, calcule la velocidad de escape de un objeto que se encuentre sobre la superficie lunar. Datos: G=6,671011 Nm2kg2G = 6,671011 Nm2kg2\text{,}67\cdot 10^{-11}\ \text{N}\,\text{m}^{2}\,\text{kg}^{-2}, ML=7,341022 kgM_L = 7,341022 kg\text{,}34\cdot 10^{22}\ \text{kg}, RL=1737 kmR_L = 1737\ km\text{km}.
6
Ondas — MAS
Grupo A · Cuestión 2 — MAS con amplitud y velocidad
1,25 pts
Una barra situada sobre la superficie del mar se desplaza verticalmente con consecuencia del oleaje. La barra tarda 3 s3\ s\text{s} en desplazarse desde el punto más alto al punto más bajo. La distancia entre estos dos puntos es de 60 cm60\ cm\text{cm}. Además, la distancia entre crestas consecutivas es de 4 m4\ m\text{m}. Calcule la amplitud y la velocidad a la que se desplazan las olas.
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7
Campo gravitatorio — aceleración en un planeta
Grupo A · Cuestión 3 — Planeta con g doble que la Tierra
1,25 pts
En un determinado objeto y una partícula se coloca una lenta delgada, de distancia focal desconocida, de manera que la imagen formada es la partícula es real, invertida y mayor que el objeto. Si la distancia entre el objeto y la partícula es de X kmX\ km\text{km} determine la distancia focal imagen de la lente y la distancia del objeto a la lente. (Interpretación: planeta con masa igual a la Tierra y gravedad superficial doble.)
8
Gravitación — g en un planeta
Grupo A · Cuestión 4 — Planeta con densidad doble y radio triple
1,25 pts
Un planeta se encuentra a 500 kg/m3500\ kg/m3\text{kg/m}^{3} de densidad desde la superficie terrestre y una densidad media triple. Calcule el valor de la aceleración de la gravedad en su superficie. Datos: G=6,671011 Nm2kg2G = 6,671011 Nm2kg2\text{,}67\cdot 10^{-11}\ \text{N}\,\text{m}^{2}\,\text{kg}^{-2}, MT=5,981024 kgM_T = 5,981024 kg\text{,}98\cdot 10^{24}\ \text{kg}, RT=6370 kmR_T = 6370\ km\text{km}.
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9
Gravitación — energía y altura
Grupo B · Problema 1 — Basura espacial cayendo a la Tierra
2,5 pts
Un fragmento de basura espacial de 400 kg400\ kg\text{kg} de masa se mueve directo hacia el centro de la Tierra, en caída libre, bajo la acción de su campo gravitatorio. Su velocidad es de 2300 m/s2300\ m/s\text{m/s} cuando se encuentra a 200 km200\ km\text{km} sobre la superficie terrestre. Datos: G=6,671011 Nm2kg2G = 6,671011 Nm2kg2\text{,}67\cdot 10^{-11}\ \text{N}\,\text{m}^{2}\,\text{kg}^{-2}, MT=5,981024 kgM_T = 5,981024 kg\text{,}98\cdot 10^{24}\ \text{kg}, RT=6370 kmR_T = 6370\ km\text{km}.
a)
Las energías cinética y potencial que tenía el objeto a la altura mencionada anteriormente.
(0,75 pts)
b)
La altura inicial sobre la superficie de la Tierra desde la que comenzó a caer este objeto, si su velocidad a dicha altura era nula. ¿A qué aceleración estaría sometido ese objeto en ese punto de partida?
(1 pt)
c)
La velocidad y la aceleración con la que impactará el objeto en la superficie de la Tierra.
(0,75 pts)
10
Gravitación — fuerza y ejercicio
Grupo B · Problema 2 — Persona de 75 kg en la Luna
2,5 pts
Sabiendo que la masa de una persona es de 75 kg75\ kg\text{kg} y que la distancia de la Tierra a la Luna (de centro a centro) es de 3,84105 km3,84105 km\text{,}84\cdot 10^{5}\ \text{km}. Datos: G=6,671011 Nm2kg2G = 6,671011 Nm2kg2\text{,}67\cdot 10^{-11}\ \text{N}\,\text{m}^{2}\,\text{kg}^{-2}, MT=5,981024 kgM_T = 5,981024 kg\text{,}98\cdot 10^{24}\ \text{kg}, ML=7,341022 kgM_L = 7,341022 kg\text{,}34\cdot 10^{22}\ \text{kg}, RT=6370 kmR_T = 6370\ km\text{km}, RL=1740 kmR_L = 1740\ km\text{km}.
a)
El módulo de la fuerza gravitatoria que ejerce la Luna sobre dicha persona cuando ésta se encuentra sobre la superficie terrestre en el punto más cercano a la Luna.
(1 pt)
b)
La relación entre dicha fuerza y la ejercida por la Tierra sobre la misma persona.
(0,75 pts)
c)
Los valores de la velocidad de escape en las superficies de la Tierra y de la Luna.
(0,75 pts)
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11
Ondas armónicas
Grupo B · Problema 3 — Cuerda con onda estacionaria
2,5 pts
Una cuerda tiene uno de sus extremos fijos en una pared. En el otro extremo, una persona le proporciona un movimiento vertical sinusoidal con una frecuencia de 2 Hz2\ Hz\text{Hz} y una amplitud de 7,5 cm7,5 cm\text{,}5\ \text{cm}. La velocidad de propagación de la onda a lo largo de la cuerda es de 12 m/s12\ m/s\text{m/s}. En el instante inicial, t=0t = 0, el extremo sujetado por la persona se encuentra en la posición de máximo desplazamiento vertical positivo.
a)
Calcule y exprese en unidades del SI la frecuencia angular de la onda, la longitud de onda y su número de onda.
(0,75 pts)
b)
Escriba la ecuación que describe la onda.
(0,75 pts)
c)
Encuentre la relación entre la energía que transporta la onda en la cuerda y la amplitud de otra onda en la misma cuerda con la mitad de amplitud e igual frecuencia.
(1 pt)
12
Movimiento armónico simple
Grupo B · Problema 4 — MAS con x(t) dada
2,5 pts
La ecuación de una onda armónica se mueve en una cuerda viene dada por la expresión x(t)=0,03sin(3,5t2,2x)x(t) = 0,03sin(3,5t2,2x)\text{,}03\sin(3\text{,}5t - 2\text{,}2x), donde xx se expresa en metros y tt en segundos.
a)
¿En qué sentido se propaga esta onda y cuál es su amplitud?
(0,5 pts)
b)
Determine la longitud de onda, la frecuencia y el periodo de esta onda, así como la elongación máxima de un punto de la cuerda.
(1 pt)
c)
Obtenga la ecuación de la velocidad de cualquier punto de la cuerda, en cualquier instante de tiempo, y la velocidad máxima de cualquier punto.
(1 pt)
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13
Campo magnético
Grupo B · Cuestión 1 — Espira circular en campo B
1,25 pts
Una espira circular plana, de 0,1 m20,1 m2\text{,}1\ \text{m}^{2} de área, se encuentra en presencia de un campo magnético uniforme, de forma que la normal a la superficie forma un ángulo de 6060^{\circ} con la dirección del campo. El módulo del campo magnético varía de la siguiente forma: en medio segundo, de acuerdo con la expresión B(t)=2+(t2) TB(t) = 2 + (t^{2})\ T\text{T}. Calcule el vector fuerza electromotriz inducida en la espira y dibuje un esquema, en un sistema de ejes coordenados, mostrando el campo y velocidad en un sistema de ejes coordenados.
14
MAS — resorte
Grupo B · Cuestión 2 — Resorte y medida de masa en órbita
1,25 pts
Un individuo en reposo respecto de una varilla mide la longitud de ésta y obtiene L0L_0. ¿A qué velocidad se debe mover el individuo respecto de la varilla para que la medida de la longitud sea un tercio de la medida en reposo? Dato: c=3108 m/sc = 3108 m/s\cdot 10^{8}\ \text{m/s}.
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15
Óptica — leyes de Snell
Grupo B · Cuestión 3 — Leyes de reflexión y refracción
1,25 pts
Enuncie las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz y realice los diagramas de rayos correspondientes.
16
Campo magnético — fuerza de Lorentz
Grupo B · Cuestión 4 — Carga moviéndose en campo B uniforme
1,25 pts
Una carga de 5 μC5\ μC\mu\text{C} se desplaza con una velocidad v=3ȷ^ m/sv=3ȷ^ m/s\vec{v} = 3\,\hat{\jmath}\ \text{m/s} en el seno de un campo magnético uniforme B=2ı^ TB=2ı^ T\vec{B} = 2\,\hat{\imath}\ \text{T}. Calcule el vector fuerza que actúa sobre dicha carga y dibuje los vectores fuerza, campo y velocidad en un sistema de ejes coordenados.
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