FÍSICA Junio Primera parte

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Elena Salas Ríos
hace 6 años
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1 FÍSICA Junio 004 INSTRUCCIONES GENERALES Y VALORACIÓN. La prueba conta de do parte. La primera parte conite en un conjunto de cinco cuetione de tipo teórico, conceptual o teórico-práctico, de la cuale el alumno debe reponder olamente a tre. La egunda parte conite en do repertorio A y B, cada uno de ello contituido por do problema. El alumno debe optar por uno de lo do repertorio y reolver lo do problema del mimo. TIEMPO: Una hora treinta minuto. CALIFICACIÓN: Cada cuetión debidamente jutificada y razonada con la olución correcta e calificará con un máximo de punto. Cada problema debidamente planteado y dearrollado con la olución correcta e calificará con un máximo de punto. En aquella cuetione y problema que conten de vario apartado, la calificación erá la mima para todo ello, alvo indicación exprea en lo enunciado. Primera parte Cuetión 1.- a) Al colgar una maa en el extremo de un muelle en poición vertical, ete e deplaza 5 cm; de qué magnitude del itema depende la relación entre dicho deplazamiento y la aceleración de la gravedad? La relación entre el deplazamiento y la contante del muelle e etablece calculando la poición de equilibrio: K x = m g, en ete cao x e la ditancia entre la poición de equilibrio in gravedad y con gravedad. m g k g x = = 0'05m = k m 5 expreión el le que e oberva que depende de K y de m. m 5 m = k g b) Calcule el periodo de ocilación del itema muelle-maa anterior i e deja ocilaren poición horizontal (in rozamiento). Dato: aceleración de la gravedad g = 9 81 m En poición horizontal el periodo erá: k 1 m π π = ω w = T = = m = π T w = ω k m k = π 9'8 = 0,5eg

2 Cuetión.- Plutón decribe una órbita elíptica alrededor del Sol. Indique para cada una de la iguiente magnitude i u valor e mayor, menor o igual en el afelio (punto má alejado del Sol) comparado con el perihelio (punto má próximo al Sol): a) Momento angular repecto a la poición del Sol. El momento angular alrededor del ol e contante ya que e una fuerza central. b) Momento lineal. El momento lineal e diferente. Se puede calcular teniendo en cuenta que Dado que en el afelio y en el perihelio el ángulo entre L = Cte r y p e de 90º el modulo de L queda La = ra pa L p = rp p p teniendo en cuenta que el momento angular e contante p p ra L a = L p : ra pa = rpp p : = > 1 ra > rp p p > p pa rp c) energía potencial La energía potencial olo depende de la ditancia: M m E p = G r dado que el radio del afelio e mayor que el radio del perihelio, ( ) a e puede obervar que en modulo E p ( p) > E p () a pero in módulo E () a E p () p conervare la energía mecánica E ( p) E ( a) c > c. p > por lo que al d) Energía mecánica. La energía mecánica permanece contante ya que no hay fuerza de rozamiento.

3 Cuetión 3.- a) Enuncie la leye de Faraday y de Lenz de la inducción electromagnética. Ley de Faraday: La fuerza electromotriz e directamente proporcional a la variación de flujo magnético. Ley de Lenz: La fuerza electromotriz y la corriente inducida poeen una dirección y entido tal que tienden a oponere a la variación que la produce. dφ = dt b) La epira circular de la figura adjunta etá ituada en el eno de un campo magnético uniforme. Explique i exite fuerza electromotriz inducida en lo iguiente cao: b.1. la epira e deplaza hacia la derecha No e produce fuerza electromotriz, ya que el campo B e uniforme y dado que no cambia ni ete ni el área de la epira el flujo permanece contante. b.. el valor del campo magnético aumenta linealmente con el tiempo. Si B aumenta linealmente con el tiempo i hay fuerza electromotriz: φ = A = B t A = B 0 dφ = B dt Cuetión 4.- a) Qué tipo de imagen e obtiene con un epejo eférico convexo? En un epejo eférico convexo e obtiene una imagen virtual, derecha y menorr. Cuando el rayo paa por el centro O, u trayectoria no varia. 0 A b) Y con una lente eférica divergente? Efectúe la contruccione geométrica adecuada para jutificar la repueta. El objeto e upone real en ambo cao. En una lente eférica divergente e obtiene una imagen virtual izquierda y menor.

4 Cuetión 5.- Un cierto haz luminoo provoca efecto fotoeléctrico en un determinado metal. Explique cómo e modifica el número de fotoelectrone y u energía cinética i: a) Aumenta la intenidad del haz luminoo; Si e aumenta la intenidad del haz luminoo, lo que e hace e aumentar el nº de fotone por unidad de tiempo y de área, por lo que aumenta el nº de fotoelectrone. b) Aumenta la frecuencia de la luz incidente: Si e aumenta la frecuencia del haz, lo que e hace e aumentar la energía de cada fotón: E = h ν por lo que crece la E c de lo foto electrone. c) Diminuye la frecuencia de la luz por debajo de la frecuencia umbral del metal. Si diminuimo la frecuencia por debajo de la frecuencia umbral ningún e aldrá del metal ya que la energía de lo fotone e inuficiente. d) Cómo e define la magnitud trabajo de extracción? La función trabajo e la diferencia de energía entre el fotón entrante y el e aliente φ = E ϕ e E c

5 Segunda parte REPERTORIO A Problema 1.- Una onda traveral e propaga a lo largo de una cuerda horizontal, en el entido negativo del eje de abcia, iendo cm la ditancia mínima entre do punto que ocilan en fae. Sabiendo que la onda eta generada por un foco emior que vibra con un movimiento armónico imple de frecuencia 50 Hz y una amplitud de 4 cm, determine: a) La velocidad de propagación dela onda. λ = cm(ditancia mínima entre do punto que ocilan en fae.); f = 50 Hz; A = 4 cm λ La velocidad de propagación de la onda e ν = = λ f = 01' 50 = 5 m T b) La expreión matemática de la onda, i el foco emior e encuentra en el origen de coordenada, y en t = 0 la elongación e nula. y = A en(ωt + kx) = 0 04 en[π (50t +x)] menor que y(0, 0) = A en 0 = 0. c) La velocidad máxima de ocilación de una partícula cualquiera de la cuerda. La velocidad de vibración e halla derivando repecto del tiempo: dy v = = A ω co ( ωt + kx) ν max = co ( ωt + kx) = 1 = A ω = A π f = 0'04 50 π = dt { } 1'56 m d) La aceleración máxima de ocilación en un punto cualquiera de la cuerda. La aceleración e halla derivando la velocidad repecto del tiempo: d y dv a = = = Aω en ωt + kx a máx = Aω = A 4π f = 0'04 4π 50 = dt dt ( ) 156'63m Problema.- Un electrón, con velocidad inicial 3x 5 m/ dirigida en el entido poitivo del eje X, penetra en una región donde exite un campo eléctrico uniforme y contante de valor 6-6 N/C dirigido en el entido poitivo del eje Y. Dato: Valor aboluto de la carga del electrón e = C Maa del electrón m e = kg Determine: a) La componente carteiana de la fuerza experimentada por el electrón. La fuerza erá: F = q E = e [ N 6 j] = 6 e j N = 9'6 C

6 b) La expreión de la velocidad del electrón en función del tiempo. 5 v m x = vox = cte = q E 9'6 : v 3 i 1'05 t j 6 = v y = vo + at = 0 + t = t = 1'05 t m 31 91' () () c) La energía cinética del electrón 1 egundo depué de penetrar en el campo. Un egundo depué de entrar el electrón en el campo u velocidad erá: v = 3 () i 1'05 1() j = 3 () i 1'05 () j por lo que el cuadrado de u módulo e: v = v = v x + v y = ( 3 ) 1'05 = 1' m + y por tanto u energía cinética e: E c = m e v = 91' 1' = 5'4 J d) La variación de la energía potencial experimentada por el electrón al cabo de 1 egundo de penetrar en el campo. Dado que el campo e conervativo E c = E p ( t = 1) E ( t 0) E c = E c c = La energía cinética para t = 1 e ha calculado en el apartado anterior. Para t = 0: E c ( t = 0) = mevo = 91' ( 3 ) = 4 J utituyendo 0 E c = E c ( t = 1) E c ( t = 0) = 5'4 4 = 5 J y por tanto la variación de energía potencial e: E p = E c = 5 J

7 REPERTORIO B Problema 1.- Un conductor rectilíneo indefinido tranporta una corriente de A en el entido poitivo del eje Z. Un protón, que e mueve a 5 m/, e encuentra a 50 cm del conductor. Calcule el módulo de la fuerza ejercida obre el protón i u velocidad: Dato: Permeabilidad magnética del vacío µ o = 4π 7 N A Valor aboluto de la carga del electrón e = 1 6 C a) e perpendicular al conductor y etá dirigida hacia él. El campo B creado por el hilo de corriente e tangencial a la circunferencia perteneciente a plano perpendiculare al conductor: Otra vita del problema on: La fuerza magnética etá expreada por F = q( v x B) El módulo de la fuerza e F = q v B en α donde α e el ángulo entre B y v. Aplicando lo dato del enunciado µ I 7 o 5 4π F = e v en90 = 1'6 1 = 1'8 N πd π 50 b) e paralela al conductor. El ángulo entre B y v e de nuevo de 90º y por tanto, al igual que en el apartado anterior. µ oi F = e v en90 = 1'8 N πd

8 c) e perpendicular a la direccione definida en lo apartado a) y b). La dirección perpendicular a z e y, e la x, luego en ete cao v e paralelo o antiparalelo a B y por tanto la fuerza e nula ya que α = 0, π y el en 0 = en π = 0. d) En qué cao, de lo tre anteriore, el protón ve modificada u energía cinética? Una carga en un campo magnético NUNCA ve modifica u energía cinética, ya que la fuerza e iempre perpendicular a la velocidad: F = q ( v B) por lo que no realiza trabajo W = E c = 0 Problema.- Un rayo de luz monocromática incide obre una cara lateral de un prima de vidrio, de índice de refracción n =. El ángulo del prima e α 60º. Determine: a) El ángulo de emergencia a travé de la egunda cara lateral i el ángulo de incidencia e de 30º. Efectúe un equema gráfico de la marcha del rayo. Aplicando la leye de Snell: Sen i = n en r 1 en ( 30º ) = en() r en() r = = teniendo en cuenta que r + r = 60: y aplicando en i = n en r r = arcen = 0'7º 4 r = A r = 60 0'7 = 39'3º ' en i = en 39'3º ' i = 63'6º 4 b) El ángulo de incidencia para que el ángulo de emergencia del rayo ea 90º. Si i = 90 n en r = 1 en r = 1 r = 45º r = A r = = 15 Teniendo en cuenta que Sen i = n en r en i = en 15 i = 1.47º

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