Examen resuelto de FísicaExtraordinaria 2021

Castilla-La Mancha12 problemas100% Resuelto
Sección 1
3 puntos(1 + 1 + 1)
Ondas
Onda sonora: parámetros, fase y velocidad de presión
Un altavoz emite el siguiente sonido Ψ(x,t) = 0.1 sen(8.3π·x − 2.960π·t + π) en unidades del sistema internacional.
a) Determina las siguientes características de esa onda: periodo, longitud de onda, desfase y velocidad de propagación.
b) ¿Qué diferencia de fase habrá entre dos puntos que están separados 0.12 metros?
c) ¿Con qué rapidez cambia la presión a 0.25 m de la fuente en t = 0.5 ms? ¿Cuál es la máxima velocidad con que cambia la presión en ese punto?
a)
Periodo, λ, desfase, velocidad
(1 pt)
b)
Δφ entre puntos a 0.12 m
(1 pt)
c)
Rapidez de cambio de la presión (vel. de la perturbación)
(1 pt)
3 puntos(1 + 1 + 1)
Gravitación
Velocidad de escape y gravedad del Sol antes/después del colapso
Teniendo en cuenta que la masa del Sol es 2·10^30 kg y su radio 7·10^8 m, contesta a lo siguiente:
a) Explica qué se conoce como velocidad de escape y deduce su expresión para el Sol.
b) Cuando el Sol colapse como enana blanca retendrá un 60% de su masa (el resto se lanza al espacio en una explosión previa) y reducirá su radio al 1% de su valor original. Determina cómo variará su velocidad de escape.
c) Calcula el valor original de la gravedad en la superficie del Sol y el valor final tras el colapso.
Datos: G = 6.67·10^-11 N·m^2/kg^2.
a)
Velocidad de escape: definición y deducción
(1 pt)
b)
Variación de v_esc tras el colapso
(1 pt)
c)
Gravedad antes y después
(1 pt)
3 puntos(1 + 1 + 1)
Electromagnetismo
Tres cargas puntuales y campo externo
Tenemos una carga q1 = 1 µC en el punto (5,0) cm y otra q2 = 4 µC en el punto (0,2) cm como indica el esquema.
a) Determinar la fuerza total que experimentará la carga q3 = −8 µC situada en el origen de coordenadas.
b) Calcular la energía potencial del conjunto.
c) Si añadimos un campo eléctrico externo de módulo E = 5·10^7 V/m dirigido en la dirección negativa del eje X, determinar el nuevo valor de la fuerza que siente q3.
Datos: K = 9·10^9 N·m^2/C^2; 1 µC = 10^-6 C.
a)
Fuerza sobre q3 sin campo externo
(1 pt)
b)
Energía potencial del sistema
(1 pt)
c)
Nueva fuerza con campo externo
(1 pt)
3 puntos(1 + 1 + 1)
Electromagnetismo
Espectrómetro de masas: dos isótopos en campo magnético
Dos átomos cargados con la misma carga (−1.6·10^-19 C) y con masas de 19.91·10^-27 kg y 21.59·10^-27 kg, respectivamente, se aceleran hasta una velocidad de 6.7·10^5 m/s. Seguidamente, entran en una región en la que existe un campo magnético uniforme de 0.85 T y perpendicular a la velocidad de los iones. Determina:
a) Deduce razonadamente la fórmula que da el radio de cada trayectoria y calcula el cociente entre sus valores.
b) Calcula la separación entre los puntos de impacto en la pantalla (P y P') de ambos átomos cuando hayan recorrido una semicircunferencia cada uno.
c) Realiza un esquema con las trayectorias si las cargas mantuviesen el mismo módulo pero fueran una positiva y otra negativa, y calcula la nueva distancia P-P' para este caso.
a)
Radio de la trayectoria + cociente
(1 pt)
b)
Separación P-P' (mismas cargas)
(1 pt)
c)
Cargas opuestas: trayectorias y nueva distancia
(1 pt)
Sección 2
1 puntos
Electromagnetismo
Diferencia de potencial que acelera un electrón
Un electrón se introduce en un campo eléctrico uniforme y pasa de estar en reposo a adquirir una velocidad de 3·10^5 m/s. Calcula la diferencia de potencial que ha provocado dicho incremento de velocidad.
Datos: m_e = 9.1·10^-31 kg; q_e = −1.6·10^-19 C.
Cuestión 5
ΔV para acelerar el electrón
(1 pt)
1 puntos
Electromagnetismo
Dos hilos paralelos con corrientes en el mismo sentido
Por dos conductores rectilíneos e indefinidos, dispuestos paralelamente, circulan corrientes eléctricas de la misma intensidad y sentido. Dibuja en un esquema la dirección y sentido del campo magnético que crea cada uno en la posición del otro. Escribe la expresión de la fuerza magnética que aparece sobre cada uno de los conductores justificando la dirección y sentido que toma en este caso en cada hilo. ¿Es de atracción o de repulsión?
Cuestión 6
Hilos paralelos con corrientes paralelas
(1 pt)
1 puntos
Gravitación
Energía mecánica de dos satélites con r1 > r2
Dos satélites artificiales idénticos están en órbita circular alrededor de la Tierra, siendo r1 y r2 los respectivos radios de sus órbitas (r1 > r2). Razona cuál de los dos tiene mayor energía mecánica.
Cuestión 7
Comparación de energías mecánicas
(1 pt)
1 puntos
Ondas
Nivel acústico de N fuentes incoherentes
Si el nivel de presión acústica que crea un espectador de un partido de futbol en un jugador es 40 dB, ¿qué nivel producirían 1.000 espectadores a la vez, todos a la misma distancia del jugador?
Cuestión 8
Suma de niveles incoherentes
(1 pt)
1 puntos
Física moderna
Longitudes de onda de De Broglie de α y protón
Las partículas α son núcleos de helio, de masa cuatro veces la del protón. Consideremos una partícula α y un protón que poseen la misma energía cinética, moviéndose ambos a velocidades mucho más pequeñas que la luz. ¿Qué relación existe entre las longitudes de onda de De Broglie correspondientes a las dos partículas?
Cuestión 9
Cociente λ_α / λ_p
(1 pt)
1 puntos
Física nuclear
Energía de enlace de tritio y helio-3
Calcular la energía de enlace para el Tritio (³H, Z=1, A=3) y el Helio-3 (³He, Z=2, A=3) e indicar cuál de ellos es más estable.
Datos: m(Tritio) = 3.016.029 u; m(Helio-3) = 3.016.049 u; m_n = 1.0.086 u; m_p = 1.0.073 u; 1 u = 1.66·10^-27 kg; c = 3·10^8 m/s.
Cuestión 10
E_enlace y comparación
(1 pt)
Sección 3
1 puntos(0,3 + 0,3 + 0,4)
Electromagnetismo
Inducción en una espira: tres situaciones
Tenemos una espira colocada sobre el plano XZ y un conductor por el que circula una corriente I constante en dirección Z positiva. Razona en cuáles de las siguientes situaciones aparecerá corriente inducida e indica en esos casos mediante un esquema el sentido que tendrá.
a) La espira se acerca al hilo con velocidad constante −v·î.
b) La espira se mueve con v paralela al hilo +v·k̂.
c) Se apaga progresivamente la corriente que circula por el hilo.
a)
Acercamiento perpendicular al hilo
(0,3 pt)
b)
Movimiento paralelo al hilo
(0,3 pt)
c)
Apagado progresivo de la corriente
(0,4 pt)
1 puntos(0,5 + 0,5)
Óptica
Refracción agua-plástico: índice del plástico
Tres rayos de luz llegan desde el agua (n=1.33) a la superficie de plástico transparente del recipiente que la contiene. A partir de los datos conocidos indicados en el esquema:
a) Determina el índice de refracción del plástico.
b) Elabora una tabla con todos los ángulos de incidencia y refracción del experimento.
[Se adjunta esquema en el PDF original con tres rayos y ángulos parciales conocidos.]
a)
Índice del plástico
(0,5 pt)
b)
Tabla completa de ángulos
(0,5 pt)
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