Examen resuelto de FísicaOrdinaria 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 350  m/s350\;m/s\text{m/s}, y viene descrita por la función de onda y(x,t)=5sen(kx10πt+ϕ)y(x,t)=5\,\operatorname{sen}(kx-10πt+ϕ)\pi t+\phi), todo en el Sistema Internacional. Sabiendo que y(0,0)=2,5  my(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  s0{,}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  kg50000\;kg\text{kg} se encuentra sobre la superficie de Mercurio (radio R=2440  kmR=2440\;km\text{km}, masa M=3,31023  kgM=3{,}31023  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 9R9R la nave tiene velocidad 1  km/s1\;km/s\text{km/s}, determina la altura (en km) a la que se parará antes de caer. Dato: G=6,671011  N m2kg2G=6{,}671011  N m2kg2\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 AA, BB y CC se colocan en (1,0)(-1,0), (2,0)(2,0) y (1,2)(1,2) respectivamente (coordenadas en metros). Las cargas AA y BB valen 2  μC2\;μC\mu\text{C} y el potencial en (0,1)(0,1) es 1685,9  V1685{,}9\;V\text{V}. (a) Determina QCQ_C. (b) Trabajo para mover una carga de 5  μC5\;μC\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=9109  N m2/C2K=9109  N m2/C2\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 106  m/s10^{6}\;m/s\text{m/s} y entra en una región con campo magnético B=0,04  TB=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: me=9,11031  kgm_e=9{,}11031  kg\cdot 10^{-31}\;\text{kg}; qe=1,61019  Cq_e=-1{,}61019  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 kk 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  dB150\;dB\text{dB} a 1  m1\;m\text{m} de distancia. ¿A qué distancia el nivel de intensidad sonora se encuentra en el máximo legal de 65  dB65\;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 105  m/s10^{5}\;m/s\text{m/s}. Si la longitud de onda es λ=1,5  μmλ=1,5  μm\lambda=1{,}5\;\mu\text{m}, calcular el trabajo de extracción y la frecuencia umbral. Datos: h=6,631034  J sh=6{,}631034  J s\cdot 10^{-34}\;\text{J s}; c=3108  m/sc=3108  m/s\cdot 10^{8}\;\text{m/s}; me=9,111031  kgm_e=9{,}111031  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./(ming)10{,}93\;desint./(ming)\text{desint.}/(\text{min}\cdot\text{g}). La actividad del C-14 atmosférico es 13,6  desint./(ming)13{,}6\;desint./(ming)\text{desint.}/(\text{min}\cdot\text{g}). Calcular la edad del manuscrito. Dato: período de semidesintegración T1/2=5730  an˜osT_{1/2}=5730\;an˜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  cm80\;cm\text{cm} y 40  cm40\;cm\text{cm} tienen cada una una carga de 16  C16\;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 XYXY y está sometida a un campo magnético uniforme B(t)=0,014t2k^B(t)=0,014t2k^\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 BB\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  gm=20\;g\text{g} y L=30  cmL=30\;cm\text{cm}, obteniéndose los tiempos (en s): 4,954{,}95; 5,025{,}02; 5,125{,}12; 4,924{,}92; 4,894{,}89; 4,914{,}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) θinc=30°\theta_{\text{inc}}=30°, θref=20°\theta_{\text{ref}}=20° (aire→vidrio); (b) θinc=30°\theta_{\text{inc}}=30°, θref=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 θinc=70°\theta_{\text{inc}}=70° (vidrio→aire), no se observa rayo refractado.
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