IES Al-Ándalus. Dpto. Física y Química. Curso 2004/05 Física 2º Bachillerato - 1 -

Transcripción

1 IS Al-Ándalus. Dpto. Física y Quíica. Cuso 4/5 Física º Bachilleato - - FÍSICA º BACHIAO. XA AS 4, OPCIÓ A:. a) Caacteísticas de la inteacción anética. Difeencias con la inteacción electostática. - Inteacción a distancia. Su intensidad disinuye con la distancia. - Polos del iso nobe se epelen. Polos del distinto nobe se ataen. - Inteacción ente caas en oiiento. - Inteacción no conseatia (no existe eneía potencial anética). - as líneas de capo anético son ceadas. o existen polos anéticos aislados. - a intensidad del capo (y de la inteacción) depende del edio, iene acada po la constante anética K, donde peitiidad anética 4 π - l capo anético B es oiinado po caas en oiiento. Difeencias con la inteacción electostática: anética lectostática: Inteacción no conseatia (no existe eneía Inteacción conseatia (existe eneía potencial potencial anética). electostática, y potencial electostático V). íneas de capo ceadas. íneas de capo abietas. o existen polos anéticos aislados xisten caas elécticas aisladas (+ y -) Inteacción ente caas en oiiento Inteacción ente caas en eposo. B es oiinado po caas en oiiento es oiinado po caas, en eposo o en oiiento. a fueza anética que actúa sobe una patícula es pependicula al capo B a fueza electostática que actúa sobe una patícula es. paalela al capo. F q F q B a inteacción electostática, en eneal, es ás intensa que la inteacción anética. b) Dos satélites idénticos se encuentan en óbitas ciculaes de distinto adio alededo de la iea. azone cuál de ellos tiene ayo elocidad y ayo eneía ecánica. - a elocidad obital de un satélite que descibe óbitas ciculaes en tono a un planeta iene dada po la expesión ob G, donde es la asa del planeta y el adio de la óbita, G la constante de aitación uniesal. Paa satélites que obiten alededo del iso planeta, sólo depende de la distancia al cento del planeta. Veos que si el satélite A está a ayo distancia (ayo adio), su elocidad obital seá eno. l B tendá ayo elocidad obital. - a eneía ecánica de un satélite en óbita es la sua de sus eneías cinética y potencial aitatoia c + p Al tatase de una eneía neatia, eos que, a ayo adio del satélite, ayo es tabién la eneía ecánica. Así, el A posee ayo eneía ecánica.. Un electón que se uee en el sentido positio del eje OX con una elocidad de 4 s -, peneta en una eión en la que existe un capo anético de 5 en el sentido positio del eje OZ. a) Dibuja un esquea indicando la diección y sentido de la fueza que sufe la patícula, y calcula el adio de la óbita descita, deduciendo su expesión. ( e 9, -3 ; e,6-9 C) l electón sufe una fueza al peneta en el inteio del capo, que iene dada po la ley de oentz F q B. a fueza anética es pependicula al capo y a la elocidad, y su sentido se calcula po la ela de la ano deecha al ia sobe B, cabiando el sentido si la caa es neatia. a fueza que oblia a seui la tayectoia dibujada es la epesentada en la fiua. Al ia sobe B, obteneos un sentido hacia abajo en el dibujo (- OY). Coo la caa del electón es neatia, la fueza iá en sentido opuesto (+OY). B F X+ A

2 IS Al-Ándalus. Dpto. Física y Quíica. Cuso 4/5 Física º Bachilleato - - Al se la fueza pependicula en todo oento a la elocidad, la aceleación seá sólo noal, con lo que el oiiento seá cicula unifoe, y la tayectoia una cicunfeencia. l adio de la óbita lo obteneos a pati de la º ley de ewtonσ F a q B sen9º an q B Sustituyendo, obteneos 3 4 9, s 9 q B,6 C 5,4 b) Calcula el capo eléctico que había que aplica paa que el electón continúe su tayectoia ectilínea. Paa que el electón continúe con tayectoia ectilínea, con oiiento ectilíneo unifoe, debe encontase en situación de equilibio dináico Σ F, po o que hay que aplica un capo eléctico con el alo adecuado paa que las fuezas eléctica y anética se anulen al suase. Aplicando la ley eneal de oentz: i j k 4 F Fe + F q + q B q + B ( B ) 5 4 ( ) 5 j C 3. a asa de la una es, eces la de la iea y su adio es,5 eces el adio teeste. Un cuepo, cuyo peso en la iea es de 8, cae a la una desde una altua iual al adio luna. a) ealice el balance de eneía en el oiiento de caída y calcule la elocidad con que el cuepo llea a la supeficie. esoleos esta cuestión aplicando la conseación de la eneía ecánica al oiiento del cuepo. a única fueza que actúa sobe él es la aitatoia, que es conseatia. Po lo tanto, la eneía ecánica ( c+p) se antiene constante. sto nos peite calcula la elocidad con la que lleaía a la supeficie luna (al no existi atósfea, no hay ozaiento). scoeos el oien de eneía potencial a una distancia infinita de la iea. sto hace que la expesión usada paa la eneía potencial aitatoia sea: p Situación inicial: c + p 8 Situación final: c + p a eneía ecánica se antiene constante: 6 6 Sabeos que,5,5 3,,6,, 6,4 G Sustituyendo, obteneos 6 /s. Con esa elocidad lleaía a la supeficie luna. b) Deteine la asa del cuepo y su peso en la una. ( s 64 k.) a fueza aitatoia que actúa sobe un cuepo se calcula ediante la expesión, en ódulo F, donde es la asa del cuepo y es alo del capo aitatoio (aedad) en el punto en el que se encuenta dicho cuepo. n la supeficie teeste, el alo de la aedad es /s /, con lo que 8 8 l peso en la una se calcula a pati del alo de la aedad en la supeficie luna Así, el peso en la una seá F 8,6 8 F, 6 F X+ F e

3 IS Al-Ándalus. Dpto. Física y Quíica. Cuso 4/5 Física º Bachilleato OPCIÓ B:. a) Una patícula caada peneta en un capo anético constante y unifoe, descibiendo la tayectoia indicada en la fiua. azona el sino de la caa y si su peiodo de eolución dependeá o no de la elocidad con que se uea la patícula. - a patícula caada sufe una fueza al peneta en el inteio del capo, que iene dada po la ley de oentz F q B. a fueza anética es pependicula al capo y a la elocidad, y su sentido se calcula po la ela de la ano deecha al ia sobe B, cabiando el sentido si la caa es neatia. a fueza que oblia a seui la tayectoia dibujada es la epesentada en la fiua. Al ia sobe B, obteneos un sentido hacia abajo en el dibujo (- OY), que concide con el de la fueza que actúa sobe la patícula. Po lo tanto, la caa es positia. Si fuea neatia, el sentido de la fueza seía el opuesto y tabién lo seía el sentido de io. π - l peiodo de eolución (tiepo en descibi una uelta copleta) iene dado po ω π q B. Coo eos, es independiente del alo de la elocidad (si a ás ápido, descibiá tabién una óbita de ayo adio, con lo que la distancia que ecoeá seá ayo, en la isa popoción). F X+ b) Defini el concepto de elocidad de escape y deduci su expesión. Velocidad de escape: ( e ) Se define coo la elocidad a la que había que lanza un cuepo desde la supeficie del planeta paa que escapaa de su atacción aitatoia, alejándose indefinidaente. n este cálculo se despecia el ozaiento con la atósfea. n pie lua teneos en cuenta que, al no tene en cuenta el ozaiento, la única fueza que a a actua sobe el oiiento del cohete seá la aitatoia, que es conseatia. Po lo tanto, la eneía ecánica del cohete se antendá constante. Sisteas de efeencia: edieos las distancias desde el cento del planeta. l oien de eneía potencial aitatoia lo colocaos a una distancia infinita del cento planetaio, po lo que la expesión usada paa la p seá G p Consideaeos dos situaciones: e Inicial: anzaiento del cohete desde la supeficie teeste con elocidad e. G c e p c + p e G Final: el cohete se aleja indefinidaente. n el líite cuando la distancia tiende a infinito, la elocidad (y la c) tiende a ceo, al iual que la eneía potencial, ya que el oien de p está colocado en el infinito. li li ( c + p ) Aplicando la conseación de la eneía ecánica: G G / e / e e

4 IS Al-Ándalus. Dpto. Física y Quíica. Cuso 4/5 Física º Bachilleato Po dos conductoes ectilíneos y paalelos al eje OX, sepaados c, ciculan coientes en sentidos contaios de A y 4 A espectiaente. a) Calcula el capo anético en el punto edio ente abos conductoes. os encontaos ante dos coientes ectilíneas que enean capo anético en una isa zona del espacio. l capo total en cualquie punto del espacio se calculaá I aplicando el pincipio de supeposición Btot B + B l capo anético ceado po un conducto ectilíneo po el que cicula coiente B X+ tiene las siuientes caacteísticas: B I ódulo: B I π Diección de B : Pependicula al oiiento de las caas elécticas (coiente) Pependicula al ecto (distancia desde la coiente al punto consideado) Sentido de B : Dado po la ela del sacacochos al ia el sentido de la coiente sobe el ecto. Calculaos los ódulos de los capos poducidos po cada conducto en el punto edio ente los cables. a diección y sentido puede ese en el dibujo (punto: hacia fuea, aspa: hacia dento). Asinaos lueo el ecto unitaio coespondiente a cada capo. staos en el acío, po lo que 4π -7 A - 7 I 4π A A 6 6 B 4 B 4 π π, 7 I 4π A 4 A 6 6 B 8 B 8 π π, l capo anético total: B B + B 4 + 8, tot b) Fueza po unidad de lonitud que sufe un tece conducto po el que cicule una coiente de A en el iso sentido que la de 4 A. ( 4π -7 A - ) al coloca un tece conducto ente los dos anteioes, sufiá fuezas anéticas, ya que se poducen inteacciones ente ianes. os conductoes y 3 sufián epulsión, ya que sus coientes an en sentidos opuestos, ientas que y 3 se ataeán, al tene sus coientes en el iso sentido. I B tot I 3 Ya que sabeos el alo del capo anético en un punto equidistante de abos conductoes, lo ás diecto paa calcula la fueza que sufe es aplica la ley de I aplace, suponiendo una lonitud de paa el cable 3. I A ; 5 : lonitud de, en el eje OX, sentido positio i ; B, i F I B j k, 5, 5 j tot f X+

5 IS Al-Ándalus. Dpto. Física y Quíica. Cuso 4/5 Física º Bachilleato a nae espacial Apolo XI obitó alededo de la una con un peíodo de 9 inutos y a una distancia edia del cento de la una de,8 6. Suponiendo que su óbita fue cicula y que la una es una esfea unifoe: a) Deteine la asa de la una y la aceleación del satélite. n este poblea, teneos un satélite (Apolo XI), que descibe óbitas ciculaes alededo de un cuepo cental, la una en este caso. Podeos calcula la asa del cuepo cental a pati de los datos de la óbita del satélite aplicando la tecea ley de Keple: l cociente ente el cuadado del peiodo de eolución ( )y el cubo del adio edio de la óbita ( 3 ) es una constante paa todos los cuepos que obiten en tono al cuepo cental. 3 4π 4π 6, 77 3 G Datos:,8 6 ; 9 inutos 74 s. a aceleación que sufe el satélite en su óbita podeos calculala bien a pati del oiiento cicula a a ( ) ob unifoe que suponeos que descibe n,39 s O bien sabiendo que la aceleación que sufe el satélite coincide con el alo de la aedad en ese punto a,39 s De las dos foas obteneos la isa expesión y, lóicaente, el iso esultado. b) Deteine la elocidad obital del satélite, deduciendo su expesión cóo se eía afectada la elocidad obital si la asa de la nae espacial se hiciese el doble? azone la espuesta. ( G 6,67 - ) a elocidad obital de un satélite que descibe óbitas ciculaes en tono a un planeta iene dada po la expesión ob G, donde es la asa del cuepo cental (la una en este caso), el adio de la óbita y G la constante de aitación uniesal. sta expesión se obtiene a pati del oiiento que descibe el satélite, cicula unifoe, en el que la única aceleación que posee es noal. Aplicando la º ley de ewton: Σ F a F an G / / / / ob G Sustituyendo los aloes, obteneos una elocidad obital de 584 s -.