Sección VI – Física moderna

Ejercicios de autoevaluación

Tema 3 – Física cuántica.

Tema 7 – La física relativista.

Tema 8 – Física nuclear.

Después de realizar los ejercicios de autoevaluación, os propongo la siguiente prueba. Cada problema puntua 2 puntos, cada cuestión 1,5 puntos:

Problemas

A.- Una superficie de wolframio tiene una frecuencia umbral 1,3·10¹⁵ Hz. Se ilumina dicha superficie con luz y se emiten electrones con una velocidad de 5·10⁵ m/s. Calcula:

a) La longitud de onda de la luz que ilumina el wolframio.

b) La longitud de onda asociada a los electrones emitidos por dicha superficie.

Si los electrones emitidos entran ahora en una región del espacio donde existe un campo magnético de 2T, perpendicular su velocidad,

c) Dibuja las fuerzas que intervienen sobre el electrón y calcula el radio de la órbita circular que describen dichos electrones.

Datos: h= 6,63·10^-34 Js; c=3·10⁸ ms^-1 ; m_e =9,11·10^-31 kg; 1eV=1,6·10^-19 J; q_e =1,6·10^-19 C

B.- Un isótopo radiactivo posee un periodo de semidesintegración de 2,25 min. Si disponemos  de una muestra de 10 g de dicho isótopo, y su  masa atómica  es de 28 u. Calcula:

1. Los átomos que se desintegran por segundo, inicialmente.
2. La vida media de este isótopo radiactivo.
3. La actividad de la muestra después de 5 min.
4. El tiempo que ha de transcurrir para que la muestra se reduzca una cuarta parte.

    Datos: 1 u = 1,66.10-27 Kg

Cuestiones

1. Los rayos gamma rompen el núcleo de ⁹₄Be para formar ⁸₃Li. ¿Qué otra partícula se obtiene y por qué?

2.- Define el trabajo de extracción de los electrones emitidos por un metal cuando sobre su superficie incide radiación electromagnética. Explica de qué magnitudes depende la energía máxima de los electrones emitidos en el efecto fotoeléctrico.

3.- Calcular la longitud de onda asociada a una pelota de golf de 100g de masa que se mueve con una velocidad de 250 ms^-1. (h= 6,63⋅10^-34 Js). Comenta el orden de magnitud del resultado obtenido.

4- Una varilla, cuya longitud en reposo es de 2 m, está colocada a lo largo del eje X de un sistema de coordenadas, y se mueve en esa dirección con una velocidad de 0,7·c. ¿Cuál será la longitud de la varilla medida por un observador situado en reposo sobre el eje X?

Solucions:

solucions secció VI

Sección II y III – Electromagnetismo

Después de realizar los ejercicios de autoevaluación de la página 239 y los de la página 265 del libro. Ahí va la siguiente prueba.

Los problemas valen 2 puntos. Las cuestiones 1,5 puntos.

Ánimo.

Problemas

A.- Un protón penetra perpendicularmente en una región donde existe un campo magnético uniforme de valor 10^-3 T y describe una trayectoria circular de 10 cm de radio. Realiza un esquema de la situación y calcula:

a) La fuerza que ejerce el campo magnético sobre el protón e indica su dirección y sentido

ayudándote de un diagrama

b) La energía cinética del protón.

c) El número de vueltas que da el protón en 10 segundos.

(Datos: qp= 1,60·10^-19 C; mp= 1,67·10^-27 kg)

B.- Considera las cargas puntuales q₁=+10 μC, q₂= -5 μC y q₃= -10 μC, situadas en los puntos A(-4,0), B(4,0) y C(0,2), respectivamente. Calcula, sabiendo que las coordenadas están expresadas en metros, lo siguiente:

a) El vector intensidad de campo eléctrico en el punto (0,1).

b) El potencial eléctrico en el punto (0,0).

c) El trabajo realizado por el campo y por un agente externo para llevar una carga de -1μC desde el infinito hasta el punto (0,0).

Datos: K=9·10⁹ N m² C^-2, 1 μC=10^-6 C

Cuestiones

1.- Enuncia la ley de Faraday-Henry y Lenz y explica cómo se produce una corriente eléctrica en una espira que gira en un campo magnético uniforme. Escribe la expresión de la fuerza electromotriz inducida.

2.- En el átomo de hidrógeno el electrón se encuentra a una distancia aproximada de 5,2·10^-11 m del núcleo, donde está localizado el protón. Calcula la fuerza electrostática con que se atraen ambas partículas y compárala con la fuerza gravitatoria entre ellas.

Datos: G = 6,67·10^-11 Nm2 kg-2 /mp = 1,67·10^-27 kg /me = 9,1·10 ^-31 kg /K = 9·10⁹ N·m2·C-2 /qp = 1,6·10^-19 C / qe = -1,6·10^-19 C

3.-Formula la ley de Lorentz para una carga q en el seno de un campo magnético B. Indica que condiciones deben darse para que la fuerza magnética sobre la carga q sea nula.

4.- Indica cinco las analogías y cinco diferencias existentes entre la Ley de Gravitación Universal de Newton y la Ley de Coulomb.

Solucions electromagnetisme

Prueba sección V – Óptica

Después de realizar los ejercicios de autoevaluación de la página 105 del libro, os propongo los siguientes:

Problemas

A.- El ojo humano se asemeja a un sistema óptico formado por una lente convergente (el cristalino) de +15mm de distancia focal. La imagen de un objeto lejano (en el infinito) se forma sobre la retina, que se considera como una pantalla perpendicular al sistema óptico. Calcula:

a) La distancia entre la retina y el cristalino.

b) La posición de la imagen de un árbol que está a 50m del cristalino del ojo.

c) El tamaño de la imagen de un árbol de 10m de altura, que está a 100m del ojo.

B.- Sea un recipiente con agua cuya superficie está recubierta por una capa de aceite. Calcula:

a) el ángulo de refracción en el agua cuando un rayo de luz procedente del aire incide en el aceite con un ángulo de 40º. Dibuja el correspondiente diagrama de rayos.

b) el ángulo de refracción en el aire cuando un rayo de luz procedente del agua incide en el aceite con un ángulo de 10º. Dibuja el correspondiente diagrama de rayos.

c) el ángulo de incidencia en el agua a partir del cual un rayo de luz procedente del agua, que incide sobre el aceite, no pasa al aire. Dibuja el correspondiente diagrama de rayos.

Datos: n_aire=1 ; n_agua=1,33 ; n_aceite=1,45

Cuestiones

1.- Explica el fenómeno de la reflexión total. Calcula el ángulo límite cuando la luz pasa de un medio con índice de refracción 1.8 al aire.

2.- Los índices de refracción del aire y del diamante son, respectivamente, 1,0 y 2,4. Explica razonadamente en cual de dichos medios se propaga la luz con mayor velocidad.

3.- Un objeto de 1 cm de altura está situado a 50 cm de una lente convergente de + 15 cm de distancia focal. Calcula la posición de la imagen y halla el tamaño de la imagen.

4.- Enuncia las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz e ilústralas mediante un diagrama de rayos. Explica el funcionamiento de la fibra óptica.

Ánimo este tema es más fácil. ¡¡¡ Tener cuidado con los signos !!!

Podeis preguntar en los comentarios.

Solucions Secció V

Sección IV – ondas

Después de hacer los 6 ejercicios de auto-evaluación de la pag 55 del libro. Os propongo los siguientes ejercicios.

Problemas

A. La ecuación de una onda viene dada por la expresión y(x,t)=0,02·sen(96t −8x) ,

expresada en metros y segundos.

Determina:

a) El periodo, la longitud de onda y la velocidad de propagación

b) Halla la velocidad del punto situado en x = 0,5 m para t = 2 s

c) La diferencia de fase entre dos puntos situados a 1 m de distancia

B.- Por una cuerda se propaga una onda con ecuación y(x,t)=5 sen (-9t + x), donde x viene en metros y t en segundos. Calcula:

a) El periodo, la longitud de onda y la velocidad de propagación de la onda.

b) La velocidad transversal de un punto de la cuerda situado a 2m del origen.

c) La diferencia de fase entre dos puntos de la cuerda que están separados 1m.

Cuestiones

1.- Un oscilador armónico se encuentra en un instante determinado en una posición que es igual a un tercio de su amplitud A. Determina para dicho instante la relación existente entre la energía cinética y la energía potencial (Ec/Ep).

2.- Un surfista observa que las olas del mar tienen 3m de altura y rompen cada 10s en la costa. Sabiendo que la velocidad de las olas es de 35km/h, determina la ecuación de onda de las olas.

3.- Una partícula de 10 kg de masa está sujeta a un muelle de constante elástica de 10 N/m. En el instante inicial se desplaza 0,5 m de la posición de equilibrio y se suelta con velocidad nula. Representa la elongación y la velocidad frente al tiempo.

4. Una masa de 100 g está unida a un resorte de constante elástica k = 150 N/m y situado sobre el eje X. Se separa de su posición de equilibrio 40 cm y se deja en libertad para que oscile libremente. Calcula el periodo de oscilación y la energía mecánica con que inicia el movimiento.

Espero vuestros resultados y preguntas en los comentarios

Solucions secció IV

Prueba bloque I – GRAVITACIÓN

Después de realizar los 4 problemas de AUTOEVALUAÓN de la página 187 y repasar la teoría del tema os propongo las siguientes actividades:

Problemas

A.- En la superficie de un planeta de 3000 km de radio la aceleración de la gravedad es de 5 ms^-2 . A una altura de 2,5 10⁴ km sobre la superficie del planeta, se mueve en una órbita circular un satélite con una masa de 100 kg.

a) Dibuja las fuerzas que actúan sobre el satélite.

b) Calcula la masa del planeta.

c) Calcula la energía total que tiene el satélite.

Datos: G=6,67 10^-11 Nm²kg^-2

B. Un satélite artificial de 500 kg de masa, que se encuentra en una órbita circular, da una vuelta a la Tierra en 48 horas.

a) ¿A que altura sobre la superficie terrestre se encuentra?

b) Calcula la aceleración del satélite en su órbita.

c) ¿Cuál será su periodo cuando se encuentre a una altura de la superficie terrestre igual a dos veces el radio de la Tierra?

Datos: G= 6.67 10^-11 Nm²kg^-2. R_T= 6370 km M_T= 5.97 10²⁴ kg

Cuestiones

1.- Un péndulo está formado por una partícula de masa M colgada de una cuerda ideal de longitud L. Obtén la relación entre los periodos de oscilación del péndulo cuando oscila en la Tierra y en la Luna (T_T/T_L). (dato: g_L=g_T/6).

2.- Conocidas la masa M y el radio R de un planeta, obtén la velocidad de escape de un objeto lanzado desde la superficie del planeta hacia arriba.

3.- Sea g la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre. Ahora imagina que la Tierra reduce su radio a la mitad, manteniendo su masa. Suponiendo que g’ sea el nuevo valor de la aceleración de la gravedad, ¿cuál será la relación entre ambas aceleraciones (es decir, el valor de g/g’)?.

4.- La Tierra gira alrededor del Sol realizando una órbita aproximadamente circular. Si por cualquier causa el Sol perdiera instantáneamente las tres cuartas partes de su masa, ¿continuaría la Tierra en órbita alrededor de éste? Razona la respuesta.

Espero vuestros resultados en los comentarios

Solucions gravitació