Examen resuelto de Física — Ordinaria 2024
ondasgravitacioncampo-electricocampo-magneticoacusticaefecto-fotoelectricofisica-nuclearelectromagnetismooptica
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Ondas mecánicas
Onda armónica: número de ondas, velocidades y aceleración
3 puntos
Una onda armónica se propaga por el espacio a una velocidad de , y viene descrita por la función de onda y ( x , t ) = 5 sen ( k x − 10 π t + ϕ ) y(x,t)=5\,\operatorname{sen}(kx-10π t + ϕ ) \pi t+\phi) , todo en el Sistema Internacional. Sabiendo que y ( 0 , 0 ) = 2,5 m y(0,0)=2{,}5\;m \text{m} y que la velocidad de oscilación en ( 0 , 0 ) (0,0) es negativa, determina justificadamente: (a) valores del número de ondas y del desfase inicial; (b) valor numérico de la velocidad de oscilación en ( 0 , 0 ) (0,0) y velocidad máxima de oscilación de un punto cualquiera; (c) aceleración máxima de oscilación de un punto cualquiera y diferencia de fase (en grados) para un punto cualquiera entre dos instantes separados 0,025 s 0{,}025\;s \text{s} .
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Interacción gravitatoria
Gravedad, peso, velocidad de escape y altura máxima en Mercurio
3 puntos
Una nave espacial de 50000 kg 50000\;kg \text{kg} se encuentra sobre la superficie de Mercurio (radio R = 2440 km R=2440\;km \text{km} , masa M = 3,3 ⋅ 10 23 kg M=3{,}3⋅ 10 23 kg \cdot 10^{23}\;\text{kg} ). (a) Determina el valor de la gravedad en la superficie y el peso de la nave allí. (b) Deduce la expresión de la velocidad de escape y calcula su valor. (c) Si a una altura de 9 R 9R la nave tiene velocidad 1 km/s 1\;km/s \text{km/s} , determina la altura (en km) a la que se parará antes de caer. Dato: G = 6,67 ⋅ 10 − 11 N m 2 kg − 2 G=6{,}67⋅ 10 − 11 N m 2 kg − 2 \cdot 10^{-11}\;\text{N m}^2\text{kg}^{-2} .
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Campo eléctrico
Tres cargas: potencial, trabajo y campo eléctrico
3 puntos
Tres cargas A A , B B y C C se colocan en ( − 1 , 0 ) (-1,0) , ( 2 , 0 ) (2,0) y ( 1 , 2 ) (1,2) respectivamente (coordenadas en metros). Las cargas A A y B B valen 2 μ C 2\;μ C \mu\text{C} y el potencial en ( 0 , 1 ) (0,1) es 1685,9 V 1685{,}9\;V \text{V} . (a) Determina Q C Q_C . (b) Trabajo para mover una carga de 5 μ C 5\;μ C \mu\text{C} desde ( 0 , 1 ) (0,1) hasta ( 1 , 0 ) (1,0) e interpretación del signo. (c) Vector campo eléctrico total en ( 1 , 0 ) (1,0) . Dato: K = 9 ⋅ 10 9 N m 2 / C 2 K=9⋅ 10 9 N m 2 / C 2 \cdot 10^{9}\;\text{N m}^{2}/\text{C}^{2} .
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Campo magnético
Electrones en un campo magnético: fuerza, radio, periodo y selector de velocidades
3 puntos
Un haz de electrones circula en la dirección + x ^ +x ^ \hat{x} con velocidad 10 6 m/s 10^{6}\;m/s \text{m/s} y entra en una región con campo magnético B = 0,04 T B=0{,}04\;T \text{T} en dirección + y ^ +y ^ \hat{y} . (a) Expresión vectorial de la fuerza y descripción cualitativa de la trayectoria con esquema. (b) Radio y periodo del movimiento, deduciendo las expresiones. (c) Campo eléctrico necesario (dirección, sentido y módulo) para mantener la trayectoria rectilínea original. Datos: m e = 9,1 ⋅ 10 − 31 kg m_e=9{,}1⋅ 10 − 31 kg \cdot 10^{-31}\;\text{kg} ; q e = − 1,6 ⋅ 10 − 19 C q_e=-1{,}6⋅ 10 − 19 C \cdot 10^{-19}\;\text{C} .
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Movimiento armónico simple
Determinación de una masa con muelle y cronómetro
1 punto
Si dispusieras de un cronómetro como único aparato de medida, ¿podrías determinar la masa de un objeto colgándolo de un muelle de constante elástica conocida k k y dejándolo oscilar? Explica cómo. ¿Se obtendrían los mismos resultados en la Luna?
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Acústica (ondas sonoras)
Distancia a la que el nivel sonoro del avión cae a 65 dB
1 punto
Un avión produce 150 dB 150\;dB \text{dB} a 1 m 1\;m \text{m} de distancia. ¿A qué distancia el nivel de intensidad sonora se encuentra en el máximo legal de 65 dB 65\;dB \text{dB} ?
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Efecto fotoeléctrico
Trabajo de extracción y frecuencia umbral
1 punto
Al llegar a una superficie, una radiación arranca electrones con velocidad 10 5 m/s 10^{5}\;m/s \text{m/s} . Si la longitud de onda es λ = 1,5 μ m λ = 1,5 μ m \lambda=1{,}5\;\mu\text{m} , calcular el trabajo de extracción y la frecuencia umbral. Datos: h = 6,63 ⋅ 10 − 34 J s h=6{,}63⋅ 10 − 34 J s \cdot 10^{-34}\;\text{J s} ; c = 3 ⋅ 10 8 m/s c=3⋅ 10 8 m/s \cdot 10^{8}\;\text{m/s} ; m e = 9,11 ⋅ 10 − 31 kg m_e=9{,}11⋅ 10 − 31 kg \cdot 10^{-31}\;\text{kg} .
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Física nuclear
Datación por C-14 de los Manuscritos del Mar Muerto
1 punto
Un trozo de papel antiguo de los Manuscritos del Mar Muerto tiene una actividad de 10,93 desint. / ( min ⋅ g ) 10{,}93\;desint. / ( min ⋅ g ) \text{desint.}/(\text{min}\cdot\text{g}) . La actividad del C-14 atmosférico es 13,6 desint. / ( min ⋅ g ) 13{,}6\;desint. / ( min ⋅ g ) \text{desint.}/(\text{min}\cdot\text{g}) . Calcular la edad del manuscrito. Dato: período de semidesintegración T 1 / 2 = 5730 a n ˜ os T_{1/2}=5730\;a n ˜ os \text{años} .
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Electrostática de conductores
Reparto de carga entre dos esferas conductoras unidas por un hilo
1 punto
Dos esferas conductoras de radios 80 cm 80\;cm \text{cm} y 40 cm 40\;cm \text{cm} tienen cada una una carga de 16 C 16\;C \text{C} . Se colocan en el vacío y muy alejadas, y luego se unen con un hilo conductor de capacidad despreciable. Determina la carga final de cada esfera.
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Inducción electromagnética
Corriente inducida en una espira por un campo magnético variable
1 punto
Una espira conductora circular descansa sobre el plano X Y XY y está sometida a un campo magnético uniforme B ⃗ ( t ) = 0,014 t 2 k ^ B ⃗ ( t ) = 0,014 t 2 k ^ \vec{B}(t)=0{,}014\,t^{2}\,\hat{k} (S.I.). Razona si aparecerá corriente en la espira (sin calcularla). Si aparece, explica su sentido y dibújalo con B ⃗ B ⃗ \vec{B} .
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Péndulo simple (experimental)
Gravedad en Kepler-442b a partir del periodo de un péndulo
1 punto
En un experimento sobre Kepler-442b se mide el tiempo de 5 oscilaciones de un péndulo de m = 20 g m=20\;g \text{g} y L = 30 cm L=30\;cm \text{cm} , obteniéndose los tiempos (en s): 4,95 4{,}95 ; 5,02 5{,}02 ; 5,12 5{,}12 ; 4,92 4{,}92 ; 4,89 4{,}89 ; 4,91 4{,}91 . Determina el procedimiento y calcula la gravedad en la superficie del planeta. ¿Cómo cambiaría con una masa doble?
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Óptica geométrica (experimental)
Ley de Snell, índice de refracción y reflexión total
1 punto
En un experimento de las leyes de Snell, la luz viaja por aire o por un cristal desconocido. De los casos (a) y (b) se extraen los ángulos de incidencia y refracción: (a) θ inc = 30 ° \theta_{\text{inc}}=30° , θ ref = 20 ° \theta_{\text{ref}}=20° (aire→vidrio); (b) θ inc = 30 ° \theta_{\text{inc}}=30° , θ ref = 45 ° \theta_{\text{ref}}=45° (vidrio→aire). Determina el índice de refracción y si se trata del mismo material. Explica por qué en (c), con θ inc = 70 ° \theta_{\text{inc}}=70° (vidrio→aire), no se observa rayo refractado.
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