OPCIÓN A FÍSICA. 30/11/2010. E r

Transcripción

1 OPCIÓN A FÍSICA. 0//00 PROBLEMA EXPERIMENTAL (.5 p). En el laboatoio de física se ealiza un expeimento paa medi la densidad de un sólido y de una disolución. Paa ello se utiliza un dinamómeto, se pesa el sólido y a continuación se sumege sucesivamente en agua y en la disolución poblema, obteniéndose paa las lectuas del dinamómeto los valoes ue apaecen en la tabla. Detemina la densidad del sólido y la del líuido desconocido y explica el fundamento físico. Lectua dinamómeto Peso del sólido.5 N Sólido sumegido (agua) 0.8 N Sólido sumegido (disolución) 0.88 N PROBLEMA CAMPO ELÉCTRICO y POTENCIAL ( p). La figua muesta dos cagas positivas fijas en una cicunfeencia de adio R. En el cento de la cicunfeencia, el campo eléctico esultante poducido po las dos cagas está diigido hacia aiba, a lo lago del adio vetical a)calcula el cociente /. b)supongamos además ue el potencial eléctico en el cento de la cicunfeencia es de Calcula el valo de ambas cagas. Datos: R 0 cm; a 5º; b 75º E

2 CUESTIÓN ( p). Después de un ataue cadiaco, el coazón late de manea eática, fenómeno ue se conoce como fibilación cadiaca. Una manea de loga ue el coazón vuelva a su itmo nomal es suministale enegía eléctica mediante un instumento llamado desfibilado cadiaco. Paa poduci el efecto deseado se euieen apoximadamente 00 J de enegía ue se deben descaga en el pecho del paciente. Típicamente, un desfibilado almacena esta enegía en un condensado cagado po una fuente de tensión de a) Qué capacidad debe tene dicho condensado? b) Cuál es la caga ente las placas del condensado? c)si la enegía máxima pemisible paa un intento desespeado de desfibilación es de 750 J Cuál es el voltaje máximo ue puede usase, usando el condensado del apatado a)? CUESTIÓN ( p). Explica detalladamente a ué es debido el tanspote pasivo de los iones de Na + y K + a tavés de la membana celula. CUESTIÓN ( p). La figua muesta un condensado y un campo magnético pependicula a él. Calcula la difeencia de potencial ente las amaduas de dicho condensado paa ue la patícula de caga lo ataviese en línea ecta. Datos: L 6 cm; v 500 m/s; B 0.75 T B +,v E L CUESTIÓN 4 (.5 p). Un aula tiene unas dimensiones de 8 m 0 m m. Si su tempeatua es de 8 ºC y la pesión local es 70 mb, se pide: a) Detemina la densidad del aie. b) Estima el númeo de moléculas de nitógeno ue hay en el aula. Constante univesal de los gases R 8,4 J/(K.mol). Númeo de Avogado: N A 6,0.0. Composición apoximada del aie (en volumen) 80% N, 0% O.

3 PROBLEMA EXPERIMENTAL El fundamento es el pincipio de Auímedes: Cualuie sólido sumegido en un fluido sufe un empuje vetical hacia aiba igual al peso del volumen de líuido desalojado. Lectua dinamómeto W F + E Peso del sólido.5 N Sólido sumegido (agua) 0.8 N Lectua dinamómeto Sólido sumegido (disolución) 0.88 N Sólido sumegido en agua: calculamos el empuje, y de ahí el volumen del sólido, puesto ue la densidad del agua es conocida. E F W E W F W fluido desalojado E ρ Densidad del sólido agua g ρ s M N E 0.44 N m - - ρ g 000 kg m 9.8 m s W / g agua.5/ kg m 5 Sólido sumegido en la disolución: sea E el empuje ue sufe el sólido. E W F W E ρ fluido desalojado disolución N g E g ρdisolución 84 kg m 5 9.8

4 PROBLEMA CAMPO ELÉCTRICO y POTENCIAL: La figua muesta dos cagas positivas fijas en una cicunfeencia de adio R. En el cento de la cicunfeencia, el campo eléctico esultante poducido po las dos cagas está diigido hacia aiba, a lo lago del adio vetical a)calcula el cociente /. b)supongamos además ue el potencial eléctico en el cento de la cicunfeencia es de Calcula el valo de ambas cagas. Datos: R 0 cm; a 5º; b 75º E (a) En el cento, el campo eléctico ceado po cada una de las cagas es tal y como apaece en la figua E Si el campo eléctico está diigido hacia aiba es poue las componentes hoizontales del campo eléctico se anulan; es deci E sinα E sin β Tanto E como E se coesponde con el campo eléctico ceado po una caga puntual, de manea ue k R k sinα sin β R sin β sin75 sinα sin 5.

5 (b) El potencial en el cento seá la suma del potencial ceado po cada una de las cagas puntuales, de manea ue k k k R R R 5 + ( + ) De esta ecuación podemos despeja la suma de las cagas 5 5 ( ) R ( )( 0. ) ( + ) ( k 9 + ) 5 µ C 9 0 De esta manea tenemos una ecuación con dos incógnitas, necesitamos ota ecuación paa pode calcula el valo de las cagas. Esta ecuación es la elación ente cagas obtenida en el pime apatado. A pati de estas dos ecuaciones se obtiene el valo de las cagas 0. 5 µ C 4. 5 µ C

6 CUESTIÓN: Después de un ataue cadiaco, el coazón late de manea eática, fenómeno ue se conoce como fibilación cadiaca. Una manea de loga ue el coazón vuelva a su itmo nomal es suministale enegía eléctica mediante un instumento llamado desfibilado cadiaco. Paa poduci el efecto deseado se euieen apoximadamente 00 J de enegía ue se deben descaga en el pecho del paciente. Típicamente, un desfibilado almacena esta enegía en un condensado cagado po una fuente de tensión de a) Qué capacidad debe tene dicho condensado? b) Cuál es la caga ente las placas del condensado? c)si la enegía máxima pemisible paa un intento desespeado de desfibilación es de 750 J Cuál es el voltaje máximo ue puede usase, usando el condensado del apatado a)? (a) La capacidad ue debe tene este condensado la podemos calcula a pati de la enegía necesaia, ue es conocida, de foma ue U C U C C 4 µ F (b) La caga ente las placas del condensado se obtiene de la definición de capacidad Q C Q C ( ) 5000 Q 0. C (c) olvemos a aplica la misma ecuación ue en el apatado (a), en este caso paa calcula el voltaje, ue se escibe, después de despeja como max U 750 C 6 max

7 CUESTIÓN: La figua muesta un condensado y un campo magnético pependicula a él. Calcula la difeencia de potencial ente las amaduas de dicho condensado paa ue la patícula de caga lo ataviese en línea ecta. Datos: L 6 cm; v 500 m/s; B 0.75 T B +,v E L F F m e v B E Paa ue la caga ataviese el condensado sin desviase la fueza neta sobe la patícula debe se ceo; es deci F m + F e 0 vb j + E ( j) 0 E vb Como el campo eléctico ceado dento del condensado es unifome, podemos escibilo en función de la difeencia de potencial ente las placas, de foma ue v B L BLv

8 CUESTIÓN 4: Un aula tiene unas dimensiones de 8 m 0 m m. Si su tempeatua es de 8 ºC y la pesión local es 70 mb, se pide: a) Detemina la densidad del aie. b) Estima el númeo de moléculas de oxígeno ue hay en el aula. Constante univesal de los gases R 8,4 J/(K.mol). Númeo de Avogado: N A 6,0.0. Composición apoximada del aie (en volumen) 80% N, 0% O. Masa molecula pomedio del aie M 9 g/mol. Consideamos el aie como un gas ideal p n R T n a / M a) Densidad del aie p R T R T donde a es la masa de aie y M su masa molecula pomedio. ρ a R T p ρ M ρ p M R T 70 mb J/ b) Númeo de moléculas de oxígeno en el aula. El volumen de la misma es Calculamos cuántos moles de aie hay n p R T ( Pa/mb) 0.09 ( kg/mol) ( K mol) ( 7+ 8)K ( Pa/mb) 40 m ( K mol) ( 7+ 8)K 40 m 70 mb 74 mol 8.4 J/ 0.86 kg/m El pocentaje en volumen es el mismo ue el pocentaje en moles, po lo tanto el númeo de moléculas de oxígeno seá N 0.0 n N A moléculas

9 OPCIÓN B FÍSICA. 0//00 PROBLEMA EXPERIMENTAL (.5 p). Un sólido metálico se suspende de un dinamómeto y se mide su peso, ue esulta se de.5 N. Seguidamente se somete a las siguientes opeaciones:. El sólido colgado del dinamómeto se sumege completamente en agua y la lectua es 0.8 N.. El sólido colgado del dinamómeto se sumege completamente en un líuido de densidad desconocida y la lectua del dinamómeto es 0.88 N. Detemina la densidad del sólido y la del líuido desconocido y explica el fundamento físico. PROBLEMA CAMPO ELÉCTRICO y POTENCIAL ( p). La figua muesta dos cagas positivas fijas en una cicunfeencia de adio R. En el cento de la cicunfeencia, el campo eléctico esultante poducido po las dos cagas está diigido hacia aiba, a lo lago del adio vetical a)calcula el cociente /. b)supongamos además ue el potencial eléctico en el cento de la cicunfeencia es de Calcula el valo de ambas cagas. Datos: R 0 cm; a 0º; b 70º E

10 CUESTIÓN ( p). Después de un ataue cadiaco, el coazón late de manea eática, fenómeno ue se conoce como fibilación cadiaca. Una manea de loga ue el coazón vuelva a su itmo nomal es suministale enegía eléctica mediante un instumento llamado desfibilado cadiaco. Paa poduci el efecto deseado se euieen apoximadamente 00 J de enegía ue se deben descaga en el pecho del paciente. Típicamente, un desfibilado almacena esta enegía en un condensado cagado po una fuente de tensión de a) Qué capacidad debe tene dicho condensado? b) Cuál es la caga ente las placas del condensado? c)si la enegía máxima pemisible paa un intento desespeado de desfibilación es de 750 J Cuál es el voltaje máximo ue puede usase, usando el condensado del apatado a)? CUESTIÓN ( p). Explica detalladamente a ué es debido el tanspote pasivo de los iones de Na + y K + a tavés de la membana celula. CUESTIÓN ( p). La figua muesta un condensado y un campo magnético pependicula a él. Calcula la difeencia de potencial ente las amaduas de dicho condensado paa ue la patícula de caga lo ataviese en línea ecta. Datos: L 6 cm; v 500 m/s; B 0.75 T B +,v E L CUESTIÓN 4 (.5 p). Un aula tiene unas dimensiones de 8 m 0 m m. Si su tempeatua es de ºC y la pesión local es 750 mb, se pide: a) Detemina la densidad del aie. b) Estima el númeo de moléculas de oxígeno ue hay en el aula. Constante univesal de los gases R 8,4 J/(K.mol). Númeo de Avogado: N A 6,0.0. Composición apoximada del aie (en volumen) 80% N, 0% O.

11 PROBLEMA EXPERIMENTAL El fundamento es el pincipio de Auímedes: Cualuie sólido sumegido en un fluido sufe un empuje vetical hacia aiba igual al peso del volumen de líuido desalojado. Lectua dinamómeto W F + E Peso del sólido.5 N Sólido sumegido (agua) 0.8 N Lectua dinamómeto Sólido sumegido (disolución) 0.88 N Sólido sumegido en agua: calculamos el empuje, y de ahí el volumen del sólido, puesto ue la densidad del agua es conocida. E F W E W F W fluido desalojado E ρ Densidad del sólido agua g ρ s M N E 0.44 N m - - ρ g 000 kg m 9.8 m s W / g agua.5/ kg m 5 Sólido sumegido en la disolución: sea E el empuje ue sufe el sólido. E W F W E ρ fluido desalojado disolución N g E g ρdisolución 84 kg m 5 9.8

12 PROBLEMA: La figua muesta dos cagas positivas fijas en una cicunfeencia de adio R. En el cento de la cicunfeencia, el campo eléctico esultante poducido po las dos cagas está diigido hacia aiba, a lo lago del adio vetical a)calcula el cociente /. b)supongamos además ue el potencial eléctico en el cento de la cicunfeencia es de Calcula el valo de ambas cagas. Datos: R 0 cm; a 0º; b 70º E (a) En el cento, el campo eléctico ceado po cada una de las cagas es tal y como apaece en la figua E Si el campo eléctico está diigido hacia aiba es poue las componentes hoizontales del campo eléctico se anulan; es deci E sinα E sin β Tanto E como E se coesponde con el campo eléctico ceado po una caga puntual, de manea ue k R k sinα sin β R sin β sin70 sinα sin 0. 7

13 (b) El potencial en el cento seá la suma del potencial ceado po cada una de las cagas puntuales, de manea ue k k k R R R 5 + ( + ) De esta ecuación podemos despeja la suma de las cagas 5 5 ( ) R ( )( 0. ) ( + ) ( k 9 + ) 6 µ C 9 0 De esta manea tenemos una ecuación con dos incógnitas, necesitamos ota ecuación paa pode calcula el valo de las cagas. Esta ecuación es la elación ente cagas obtenida en el pime apatado. 7 A pati de estas dos ecuaciones se obtiene el valo de las cagas 4. 4 µ C. 6 µ C

14 CUESTIÓN: Después de un ataue cadiaco, el coazón late de manea eática, fenómeno ue se conoce como fibilación cadiaca. Una manea de loga ue el coazón vuelva a su itmo nomal es suministale enegía eléctica mediante un instumento llamado desfibilado cadiaco. Paa poduci el efecto deseado se euieen apoximadamente 50 J de enegía ue se deben descaga en el pecho del paciente. Típicamente, un desfibilado almacena esta enegía en un condensado cagado po una fuente de tensión de a) Qué capacidad debe tene dicho condensado? b) Cuál es la caga ente las placas del condensado? c)si la enegía máxima pemisible paa un intento desespeado de desfibilación es de 750 J Cuál es el voltaje máximo ue puede usase, usando el condensado del apatado a)? (a) La capacidad ue debe tene este condensado la podemos calcula a pati de la enegía necesaia, ue es conocida, de foma ue U C U C C 4 µ F (b) La caga ente las placas del condensado se obtiene de la definición de capacidad Q C Q C (4 0 6 ) 5000 Q 0. C (c) olvemos a aplica la misma ecuación ue en el apatado (a), en este caso paa calcula el voltaje, ue se escibe, después de despeja como max U C max 7906

15 CUESTIÓN: La figua muesta un condensado y un campo magnético pependicula a él. Calcula la difeencia de potencial ente las amaduas de dicho condensado paa ue la patícula de caga lo ataviese en línea ecta. Datos: L 6 cm; v 500 m/s; B 0.75 T B +,v E L F F m e v B E Paa ue la caga ataviese el condensado sin desviase la fueza neta sobe la patícula debe se ceo; es deci F m + F e 0 vb j + E ( j) 0 E vb Como el campo eléctico ceado dento del condensado es unifome, podemos escibilo en función de la difeencia de potencial ente las placas, de foma ue v B L BLv

16 CUESTIÓN 4: Un aula tiene unas dimensiones de 8 m 0 m m. Si su tempeatua es de ºC y la pesión local es 750 mb, se pide: a) Detemina la densidad del aie. b) Estima el númeo de moléculas de oxígeno ue hay en el aula. Constante univesal de los gases R 8,4 J/(K.mol). Númeo de Avogado: N A 6,0.0. Composición apoximada del aie (en volumen) 80% N, 0% O. Masa molecula pomedio del aie M 9 g/mol. Consideamos el aie como un gas ideal p n R T n a / M a) Densidad del aie p R T R T donde a es la masa de aie y M su masa molecula pomedio. ρ a R T p ρ M ρ p M R T 750 mb J/ b) Númeo de moléculas de oxígeno en el aula. El volumen de la misma es Calculamos cuántos moles de aie hay n p R T ( Pa/mb) 0.09 ( kg/mol) ( K mol) ( 7+ )K ( Pa/mb) 40 m ( K mol) ( 7+ )K 40 m 750 mb 79 mol 8.4 J/ kg/m El pocentaje en volumen es el mismo ue el pocentaje en moles, po lo tanto el númeo de moléculas de oxígeno seá N 0.0 n N A moléculas