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1 I.E.S BEARIZ DE SUABIA Instrucciones a) Duración: 1 hora y 30 minutos b) Debe desarrollar las cuestiones y problemas de una de las dos opciones c) Puede utilizar calculadora no programable d) Cada cuestión o problema se calificará entre 0 y,5 puntos (1,5 puntos cada uno de sus apartados) OPCIÓN A energía potencial y, por consiguiente, ser cero el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria. 1. a) Un satélite artificial describe una órbita circular en torno a la ierra. Qué trabajo realiza la fuerza con la que la ierra atrae al satélite, durante una órbita? ustifique la respuesta. b) Razone por qué el trabajo realizado por las fuerzas de amiento es siempre negativo. b) La fuerza de amiento va siempre en sentido contrario al desplazamiento del cuerpo, luego el ángulo que forma dicha fuerza con el desplazamiento es 180º y el trabajo que realizará será: W F F e cosα F e ( 1) F e e cos180º a) La fuerza que la ierra ejerce sobre el satélite está dirigida hacia el centro de la ierra, ver figura. Esta fuerza es siempre perpendicular al desplazamiento del satélite en su órbita y, ierra por lo tanto, no realizará trabajo alguno ya que: W F e cos α F e cos 90º F e 0 0 Esto es consistente con el hecho de que el campo gravitatorio es conservativo y el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria es W Ep y como el satélite describe una órbita circular su distancia a la ierra no varía, no variando su Siendo siempre negativo.. a) Analice el origen de la energía liberada en una reacción nuclear de fisión. 35 b) En la reacción de fisión del 95 U, éste captura un neutrón y se produce un isótopo del Kr, de número másico 9; un isótopo del Ba, cuyo número atómico es 56; y 3 neutrones. Escriba la reacción nuclear y determine razonadamente el número atómico del Kr y el número másico del Ba. Pruebas de Acceso a la Universidad Bachillerato LOGSE - Física 006-1

2 I.E.S BEARIZ DE SUABIA b) La reacción de fisión será: r r r F qv B, ver figura. El período de este movimiento circular viene dado por: U + 0n Kr + 56Ba + 3 0n Y teniendo en cuenta que, en una reacción nuclear de fisión, la suma de los números atómicos y másicos en las sustancias iniciales debe ser igual al de las sustancia finales tendremos que la reacción quedaría definitivamente de la forma: U + 0n 39 Kr + 56Ba + 3 0n Por lo tanto, el número atómico del Kr será 39 y el número másico del Ba será 141. πm πm B qb q 31 π 9,1 10 kg 5 3, ,6 10 C 10 s b) Si fuese un protón la trayectoria sería F m también circular B pero hacia arriba, ver figura, ya que la fuerza es de sentido contrario al ser positiva la carga. El período sería diferente, mayor que en el caso del electrón, ya que depende de la masa: 7 πm π 1,7 10 kg qb ,6 10 C 3, a) Un electrón incide en un campo 3 1,86 10 s magnético perpendicular a su velocidad. Determine la intensidad del campo magnético necesaria para que el período de su movimiento sea 10-6 s. b) Razone cómo cambiaría la trayectoria 4. Un rayo de luz monocromática incide en descrita si la partícula incidente fuera un una de las caras de una lámina de vidrio, de protón. caras planas y paralelas, con un ángulo de e 1, C ; m e 9, kg ; m p incidencia de 30º. La lámina está situada en 1, kg. el aire, su espesor es de 5 cm y su índice de refracción 1,5. a) El electrón al incidir perpendicularmente al a) Dibuje el camino seguido por el rayo y campo magnético calcule el ángulo que forma el rayo que describe una órbita emerge de la lámina con la normal. B circular ya que en b) Calcule la longitud recorrida por el rayo v todo momento la en el interior de la lámina. Fm v fuerza magnética es Fm perpendicular a la velocidad del a) La luz sufre dos refracciones al atravesar la electrón ya que su valor viene dado por lámina de caras plano-paralelas. Su camino sería el de la figura. Vamos a calcular los Pruebas de Acceso a la Universidad Bachillerato LOGSE - Física 006 -

3 I.E.S BEARIZ DE SUABIA ángulos involucrados en el camino de la luz. Aplicando la ley de Snell a la primera cara tendremos: ( ) 1,5 sen( r ) r 19,47º 1 sen 30º 1 1 e i 1 r 1 i x d OPCIÓN B 1. a) Una partícula cargada negativamente pasa de un punto A, cuyo potencial es V A, a otro B, cuyo potencial es V B > V A. Razone si la partícula gana o pierde energía potencial. b) Los puntos C y D pertenecen a una misma superficie equipotencial. Se realiza trabajo al trasladar una carga (positiva o negativa) desde C a D? ustifique la respuesta. Como se puede observar en la figura, el ángulo de incidencia en la segunda cara, i, es igual al ángulo de refracción r 1 en la primera, luego i 19,47º. Si aplicamos la ley de Snell a la refracción en la segunda cara tendremos que: ( ) 1 sen( r ) r 30º 1,5 sen 19,47º Es decir el rayo emerge formando un ángulo de 30º con la normal, igual al ángulo con que incidió en la primera, por lo tanto, el rayo emergente sale paralelo al incidente, simplemente que desviado una distancia d. b) La longitud que recorre el rayo en el interior de la lámina es la simbolizada por x en la figura. Conocido el espesor de la lámina, e 5 cm, se puede calcular x de la forma: ( r ) cos 1 5,3 cm e x r x 0,05 m cos 19,47º ( ) 0,053 m a) La variación de energía potencial viene dada por q V, como V V B VA es E p positivo y la carga q es negativa tendremos que la variación de energía potencial será negativa y, por lo tanto, la carga pierde energía potencial. b) El trabajo que se realiza viene dado por W Ep q V y al pertenecer los puntos C y D a una misma superficie equipotencial, sus potenciales serán iguales y, por lo tanto, V 0 lo que origina que el trabajo realizado sea cero independientemente de que la carga sea positiva o negativa.. a) Explique la conservación de la energía en el proceso de emisión de electrones por una superficie metálica al ser iluminada con luz adecuada. b) Razone qué cambios cabría esperar en la emisión fotoeléctrica de una superficie metálica: i) al aumentar la intensidad de la luz incidente; ii) al aumentar el tiempo de Pruebas de Acceso a la Universidad Bachillerato LOGSE - Física 006-3

4 I.E.S BEARIZ DE SUABIA iluminación; iii) al disminuir la frecuencia de la luz. será menor que el trabajo de extracción y, consiguientemente, la luz incidente no podrá arrancar electrones del metal. b) Si f>f 0, la luz incidente arrancará electrones del metal pero, al ser menor b) i) Si se aumenta la intensidad de la luz incidente pero no su frecuencia, la energía de los fotones que inciden sobre la superficie metálica, Ehf, no sufre cambio ninguno, lo único que ocurre al aumentar la intensidad es la energía del fotón incidente, la energía cinética de los electrones emitidos disminuirá ya que el trabajo de extracción, característico de la superficie metálica, no sufre cambios. que llegan un número mayor de fotones a la superficie metálica pero todos ellos de la misma energía que anteriormente. Por lo tanto, si la energía del fotón incidente es la misma la emisión fotoeléctrica no sufrirá ningún cambio, es decir, los electrones (caso de que se produzca emisión electrónica) saldrán con la misma energía cinética ya que: E c E inc W Y ni varía la energía del fotón incidente ni varia el trabajo de extracción que es característico del metal de la superficie. ii) De nuevo, al aumentar el tiempo de ext 3. Un bloque de 0,5 kg cuelga del extremo inferior de un resorte de constante elástica k 7 N m -1. Al desplazar el bloque verticalmente hacia debajo de su posición de equilibrio comienza a oscilar, pasando por el punto de equilibrio con una velocidad de 6 m s -1. a) Razone los cambios energéticos que se producen en el proceso. b) Determine la amplitud y la frecuencia de oscilación. iluminación lo único que se consigue es que lleguen más fotones a la superficie metálica pero si no varía la frecuencia de la luz incidente, estos fotones tendrán la misma energía y no ocurrirá ningún cambio. b) La frecuencia de oscilación del muelle viene dada por: iii) Si se disminuye la frecuencia de la luz incidente, la energía del fotón incidente, Ehf, disminuirá y, en este caso, si ocurrirán f π k m π 7 N m 0,5 kg 1 4 π Hz cambios. Pueden darse dos situaciones: a) Si f<f 0, es decir, si la frecuencia de la La velocidad en el movimiento armónico simple en función de la posición viene dada por: luz incidente es inferior a la frecuencia umbral, la energía del fotón incidente v ω A x Pruebas de Acceso a la Universidad Bachillerato LOGSE - Física 006-4

5 I.E.S BEARIZ DE SUABIA Y en este caso, como lleva una velocidad de 6 m/s cuando x0 (punto de equilibrio) tendremos que: v ω A 0,016 m 1 v v 6 m s A ω πf π 4 π Hz P mg 75kg 30 ms 50 N b) Si aplicamos la tercera ley de Kepler tendremos que: k r k r 3 11, La masa del planeta úpiter es, aproximadamente, 300 veces la de la ierra, su diámetro 10 veces mayor que el terrestre y su distancia media al Sol 5 veces mayor que la de la ierra al Sol. a) Razone cuál sería el peso en úpiter de un astronauta de 75 kg. b) Calcule el tiempo que úpiter tarda en dar una vuelta completa alrededor del Sol, expresado en años terrestres. g 10 m s - ; radio orbital terrestre 1, m. Es decir, úpiter tarda 11,18 años terrestres en dar una vuelta alrededor del Sol. a) Para calcular el peso en úpiter deberemos obtener el valor de g en úpiter que vendrá dado por: GM g () R enemos que luego: M 300 M y R 10 R, GM G 300M g() R 100R 3 10ms 30 ms 3GM R 3g Luego el peso del astronauta en úpiter será: Pruebas de Acceso a la Universidad Bachillerato LOGSE - Física 006-5

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