Examen resuelto de FísicaExtraordinaria 2020

Castilla-La Mancha12 problemas100% Resuelto
Sección 1
3 puntos(1 + 1 + 1)
Ondas
Onda transversal en cuerda tensa
Consideramos una onda viajera transversal de amplitud 4 cm y periodo 0.02 s que se propaga a 40 m/s en una cuerda tensa en la dirección y sentido positivo del eje X. En el instante t=0 la elongación del punto x=0 es y=2 cm.
a) Calcular los parámetros de la onda y escribir su ecuación.
b) ¿Cuál es la velocidad vertical del punto x=0 en el instante t=0?
c) ¿Cuál es la diferencia de fase entre x=0 y x=0.20 m?
a)
Parámetros y ecuación de la onda
(1 pt)
b)
Velocidad vertical en x=0, t=0
(1 pt)
c)
Diferencia de fase entre x=0 y x=0.20 m
(1 pt)
3 puntos(1 + 1 + 1)
Gravitación
Sistema extrasolar TRAPPIST-1: órbita y péndulo en superficie
En el año 2.017 se anunció el descubrimiento de un sistema extrasolar formado por siete planetas alrededor de una estrella enana roja de masa M = 1.77·10^29 kg. Uno de estos planetas, que tiene una masa estimada m = 5.58·10^24 kg y un radio R = 6.660 km, completa una órbita circular alrededor de su estrella cada 9 días terrestres y 4,8 horas. Se pide:
a) Calcular la distancia del planeta a su estrella.
b) Calcular la velocidad orbital del planeta.
c) ¿Cuál sería el periodo de un péndulo simple de 85 cm de longitud situado en la superficie de ese planeta?
Constante de gravitación G = 6.67·10^-11 N·m^2·kg^-2.
a)
Distancia planeta-estrella
(1 pt)
b)
Velocidad orbital
(1 pt)
c)
Periodo del péndulo en la superficie
(1 pt)
3 puntos(1 + 1 + 1)
Electromagnetismo
Esferas conductoras conectadas
Tenemos dos esferas metálicas aisladas y muy alejadas entre sí, de radios R (esfera 1) y 2R (esfera 2). La esfera 1 está inicialmente cargada con 20 nC y la esfera 2 está inicialmente descargada. Sabemos que el campo eléctrico en la superficie de la esfera 1, mientras que está aislada, es de 18.000 V/m. En cierto momento se rompe el aislamiento de las dos esferas conectándolas mediante un conductor muy fino (puede suponerse que este conductor no almacena ninguna carga). Se pide:
a) Calcular el potencial de la esfera 1 cuando se encontraba aislada.
b) Calcular la carga en cada esfera después de conectarlas.
c) Calcular el campo eléctrico en la superficie de la esfera 2 después de conectarlas.
Datos: k = 9·10^9 N·m^2·C^-2; 1 nC = 10^-9 C.
a)
Potencial inicial esfera 1
(1 pt)
b)
Cargas tras conectar
(1 pt)
c)
Campo en superficie esfera 2 final
(1 pt)
3 puntos(1 + 1 + 1)
Electromagnetismo
Dos conductores paralelos con corrientes opuestas
Dos conductores paralelos muy largos están separados una distancia d = 4 cm y conducen corriente en sentidos opuestos. El conductor situado a la izquierda transporta I1 = 8 A en sentido saliente, mientras que la corriente I2 = 2 A del situado a la derecha tiene sentido entrante (ver figura). Dato: μ0 = 4π·10^-7 N·A^-2.
a) Dibujar un esquema indicando cuál es la dirección y el sentido del campo magnético en un punto situado entre los dos conductores y equidistante de ambos.
b) Calcular el valor del campo magnético en el punto al que se refiere el apartado a).
c) Calcular la fuerza por unidad de longitud que estos conductores ejercen entre sí. ¿En qué sentido apunta?
[Se adjunta esquema en el PDF original con dos conductores: izquierdo I1=8 A saliente, derecho I2=2 A entrante.]
a)
Esquema dirección y sentido del campo en el punto medio
(1 pt)
b)
Módulo del campo magnético
(1 pt)
c)
Fuerza por unidad de longitud
(1 pt)
Sección 2
1 puntos
Gravitación
Altura de un satélite geoestacionario
Se dice que un satélite está en órbita geoestacionaria cuando mantiene su posición sobre el mismo punto del ecuador terrestre. Calcular la altura de la órbita geoestacionaria sobre la superficie en función de la constante de gravitación, de la masa, del radio y de la velocidad angular de la Tierra.
Cuestión 5
Altura geoestacionaria en función de G, M_T, R_T y ω_T
(1 pt)
1 puntos(0,5 + 0,5)
Electromagnetismo
Condensador plano: carga y diferencia de potencial
Un condensador plano de capacidad C = 4·10^-9 F aloja una carga Q = 4.8·10^-7 C en su armadura positiva.
a) ¿Hay carga en su armadura negativa?
b) ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las armaduras?
a)
Carga en armadura negativa
(0,5 pt)
b)
Diferencia de potencial
(0,5 pt)
1 puntos
Física moderna
Equivalencia masa-energía: antracita vs hidrógeno estelar
La antracita es el tipo de carbón mineral con mayor contenido porcentual en carbono, y tiene un poder calorífico de unos 30.000 kJ/kg. ¿Qué cantidad de este mineral deberíamos quemar para igualar la energía que libera el núcleo de una estrella cuando convierte la energía contenida en 1 gramo de hidrógeno?
Dato: velocidad de la luz c = 3·10^8 m/s.
Cuestión 7
Masa de antracita equivalente
(1 pt)
1 puntos
Física moderna
Energía y momento de un fotón láser
La longitud de onda en el vacío de un láser es 5.32·10^-7 m. ¿Qué energía y qué cantidad de movimiento tiene un fotón de ese láser?
Datos: h = 6.63·10^-34 J·s; c = 3·10^8 m/s.
Cuestión 8
Energía y momento del fotón
(1 pt)
1 puntos(0,3 + 0,7)
Física moderna
Efecto fotoeléctrico: frecuencia umbral
Sobre el efecto fotoeléctrico, conteste a las siguientes cuestiones:
a) ¿Qué es la frecuencia umbral?
b) El trabajo de extracción del sodio es 2.5 eV y el del potasio es 2.0 eV. ¿Experimentarán estos dos metales efecto fotoeléctrico cuando se iluminen con luz verde cuya longitud de onda es λ = 5.36·10^-7 m?
Datos: c = 3·10^8 m/s; h = 6.63·10^-34 J·s; 1 eV = 1.60·10^-19 J.
a)
Definición de frecuencia umbral
(0,3 pt)
b)
Sodio y potasio con luz verde
(0,7 pt)
1 puntos
Física nuclear
Periodo de semidesintegración a partir del diagrama
Tenemos una muestra de cierto isótopo muy radiactivo para el que se han representado en el diagrama de barras adjunto los porcentajes de muestra que quedan sin desintegrar al cabo de cierto número de días.
¿Cuál es el periodo de semidesintegración de este isótopo? Rellene los dos cuadros de porcentajes y los tres cuadros de días que quedan en blanco. Explicar.
[Se adjunta diagrama de barras en el PDF original con porcentajes en función del tiempo.]
Cuestión 10
T1/2 y completar la tabla
(1 pt)
Sección 3
1 puntos
Electromagnetismo
Inducción electromagnética: aro cayendo cerca del imán
En una demostración de laboratorio se pide a los estudiantes que contesten a la siguiente cuestión:
"Tenemos un imán cilíndrico colocado encima de la mesa del laboratorio y un aro de material conductor que sujetamos por encima del polo sur del imán; si dejamos caer el aro, ¿circulará corriente por el aro? (el imán permanece inmóvil en todo momento)".
· Respuesta estudiante 1: "No circulará corriente ya que, aunque el aro se mueve al caer, el imán permanece inmóvil; y sin movimiento del imán no hay corriente inducida".
· Respuesta estudiante 2: "No circulará corriente porque el aro está enfrentado al polo sur del imán, no al polo norte".
Explicar si estas respuestas son correctas o no, y por qué.
Cuestión 11
Análisis de las dos respuestas
(1 pt)
1 puntos(0,4 + 0,6)
Óptica
Ley de Snell e índice de refracción del metacrilato
Se hacen pasar haces luminosos con distintos ángulos de incidencia a través de una lámina de metacrilato cuyo índice de refracción queremos medir. Los ángulos de incidencia i y los ángulos de refracción r están dados en la tabla (todos los valores en grados).
a) Enunciar y explicar brevemente la ley de Snell.
b) Calcular el índice de refracción de la lámina de metacrilato a partir de los datos de la tabla.
[Se adjunta tabla en el PDF original con pares (i, r) experimentales.]
a)
Enunciado de la ley de Snell
(0,4 pt)
b)
Cálculo del índice de refracción
(0,6 pt)
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