Examen resuelto de Física — Extraordinaria 2025
Castilla-La ManchaExtraordinaria 2025100% Resuelto
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Gravitación y órbitas
Exoplaneta Gliese 12b: órbita, gravedad y velocidad de escape
a) 1,25b) 1,25c) 1,25
Recientemente se ha descubierto un exoplaneta con posibilidad de albergar vida. Su nombre es "Gliese 12b" y orbita alrededor de su estrella con nombre "Gliese 12". El exoplaneta tiene un periodo de 12,8 días alrededor de su estrella y la distancia (separación entre ambos) es de 1,05·10⁷ km (de centro a centro). El radio del planeta es de 6000 km y su masa de 5·10²⁴ kg. El radio de la estrella es de 9·10⁷ m. Elige dos apartados a realizar:
a) Calcula la velocidad con la que orbita alrededor de la estrella y la masa de la estrella (deducir razonadamente las expresiones).
b) ¿Qué velocidad mínima deberíamos proporcionar a una sonda que se hubiera posado en el planeta para que pudiese escapar de la atracción del planeta? Deduce razonadamente la expresión.
c) Imagínese que un objeto astronómico impacta con el planeta. En la colisión se desprende un trozo pequeño de masa m del planeta. Este trozo se detiene inmediatamente, y se dirige hacia la estrella con velocidad inicial cero. Halle la velocidad final con la que impactaría sobre la superficie de la estrella suponiendo una masa de la estrella de M = 5·6·10²⁹ kg.
Datos: G = 6,67·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻².
a) Calcula la velocidad con la que orbita alrededor de la estrella y la masa de la estrella (deducir razonadamente las expresiones).
b) ¿Qué velocidad mínima deberíamos proporcionar a una sonda que se hubiera posado en el planeta para que pudiese escapar de la atracción del planeta? Deduce razonadamente la expresión.
c) Imagínese que un objeto astronómico impacta con el planeta. En la colisión se desprende un trozo pequeño de masa m del planeta. Este trozo se detiene inmediatamente, y se dirige hacia la estrella con velocidad inicial cero. Halle la velocidad final con la que impactaría sobre la superficie de la estrella suponiendo una masa de la estrella de M = 5·6·10²⁹ kg.
Datos: G = 6,67·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻².
a)
Calcula la velocidad orbital y la masa de la estrella.
(1,25 ptos)b)
Velocidad de escape desde la superficie del planeta.
(1,25 ptos)c)
Velocidad de impacto de un fragmento que cae hacia la estrella.
(1,25 ptos)2
Campo eléctrico
Bola cargada en campo eléctrico uniforme: equilibrio y tensión del hilo
a) 1,25b) 1,25c) 1,25
Una pequeña bola de masa m = 50 g se ha situado colgando de un hilo dentro de un campo eléctrico uniforme E = 3000 î V/m, horizontal y dirigido de izquierda a derecha (véase figura). La bola se mantiene en la posición indicada, y tiene una carga eléctrica neta que debemos determinar. El hilo que sostiene la bola forma un ángulo de θ = 25° con la vertical. Elige dos apartados a realizar:
a) Observando la disposición de la figura, explicar razonadamente cuál es el signo de la carga. Se valorará un esquema de fuerzas adecuado.
b) Calcular el valor de la carga y la tensión del hilo que la sostiene.
c) Para un valor de la carga de la bola igual a 10 μC, ¿qué valor debería tener el campo eléctrico para que el ángulo del hilo con la vertical fuese 45°? En este caso, ¿cuál sería la tensión del hilo?
a) Observando la disposición de la figura, explicar razonadamente cuál es el signo de la carga. Se valorará un esquema de fuerzas adecuado.
b) Calcular el valor de la carga y la tensión del hilo que la sostiene.
c) Para un valor de la carga de la bola igual a 10 μC, ¿qué valor debería tener el campo eléctrico para que el ángulo del hilo con la vertical fuese 45°? En este caso, ¿cuál sería la tensión del hilo?
a)
Signo de la carga y esquema de fuerzas.
(1,25 ptos)b)
Valor de la carga y tensión del hilo.
(1,25 ptos)c)
Campo eléctrico y tensión para q = 10 μC y θ = 45°.
(1,25 ptos)✓
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Óptica geométrica
Lente convergente: punto focal, imagen y aumento lateral
a) 1,25b) 1,25c) 1,25
A una distancia de 30 cm a la izquierda de una lente convergente se sitúa un objeto de 2 cm de altura. La imagen del objeto se forma a 20 cm a la derecha de la lente. Elige dos apartados a realizar:
a) Hallar el punto focal de la lente y realizar un trazado de rayos, explicando las reglas de trazado para los rayos que uses. Indica las características de la imagen.
b) Determinar numéricamente la potencia de la lente, el aumento lateral del sistema óptico y el tamaño de la imagen.
c) Si el objeto se sitúa en el punto focal de la lente y posteriormente en el doble del punto focal, ¿cuál será el aumento lateral en uno y otro caso? Realizar el trazado de rayos indicando cómo será la imagen formada para cada uno de los dos casos.
a) Hallar el punto focal de la lente y realizar un trazado de rayos, explicando las reglas de trazado para los rayos que uses. Indica las características de la imagen.
b) Determinar numéricamente la potencia de la lente, el aumento lateral del sistema óptico y el tamaño de la imagen.
c) Si el objeto se sitúa en el punto focal de la lente y posteriormente en el doble del punto focal, ¿cuál será el aumento lateral en uno y otro caso? Realizar el trazado de rayos indicando cómo será la imagen formada para cada uno de los dos casos.
a)
Punto focal, trazado de rayos y características de la imagen.
(1,25 ptos)b)
Potencia, aumento lateral y tamaño de la imagen.
(1,25 ptos)c)
Aumento lateral y trazado de rayos cuando el objeto está en f y en 2f.
(1,25 ptos)4
Cuestiones
Cuestiones: energía de enlace nuclear, ecuación de onda y ley de Faraday
a) 1,25b) 1,25c) 1,25
Elegir 2 de las siguientes 3 cuestiones:
a) La masa atómica del plomo-208 (Z=82) es 207,9766 u. Determina qué energía se desprende en la formación del núcleo y cuál es su energía de enlace por nucleón. Datos: m_protón = 1,0073 u; m_neutrón = 1,0087 u; 1u = 931,5 MeV.
b) Se agarra un extremo de una cuerda con una frecuencia de 4 Hz y una amplitud de 6 cm. Si la perturbación se propaga de izquierda a derecha con una velocidad de 1 m/s, escribir la expresión (ecuación de la onda) que representa el movimiento por la cuerda. Las condiciones iniciales son: t = 0 s; x = 0 cm; y = −6 cm.
c) Un estudiante de Física dispone de una bobina formada por un estrecho arrollamiento de espiras de cable conductor y un amperímetro conectado con la misma. El estudiante tiene dos imanes: uno de gran potencia y otro poco potente. ¿De qué forma registrará el amperímetro una lectura mayor, si introduce el imán potente y lo deja en reposo en el interior del hueco de la bobina o si mueve el imán menos potente alternativamente hacia dentro y hacia fuera en el hueco de la bobina? Justificar la respuesta.
a) La masa atómica del plomo-208 (Z=82) es 207,9766 u. Determina qué energía se desprende en la formación del núcleo y cuál es su energía de enlace por nucleón. Datos: m_protón = 1,0073 u; m_neutrón = 1,0087 u; 1u = 931,5 MeV.
b) Se agarra un extremo de una cuerda con una frecuencia de 4 Hz y una amplitud de 6 cm. Si la perturbación se propaga de izquierda a derecha con una velocidad de 1 m/s, escribir la expresión (ecuación de la onda) que representa el movimiento por la cuerda. Las condiciones iniciales son: t = 0 s; x = 0 cm; y = −6 cm.
c) Un estudiante de Física dispone de una bobina formada por un estrecho arrollamiento de espiras de cable conductor y un amperímetro conectado con la misma. El estudiante tiene dos imanes: uno de gran potencia y otro poco potente. ¿De qué forma registrará el amperímetro una lectura mayor, si introduce el imán potente y lo deja en reposo en el interior del hueco de la bobina o si mueve el imán menos potente alternativamente hacia dentro y hacia fuera en el hueco de la bobina? Justificar la respuesta.
a)
Energía de enlace del plomo-208 y energía de enlace por nucleón.
(1,25 ptos)b)
Ecuación de onda de una cuerda.
(1,25 ptos)c)
Ley de Faraday: imán potente en reposo vs. imán débil en movimiento.
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