SEGUNDA OLIMPIADA NACIONAL UNIVERSITARIA DE FÍSICA (ONUF) 14 de marzo de 2014

Documentos relacionados
de 2/(3) 1/2 de lado y en el tercero hay una la Tierra?.

Balance Global de Energía

Interacción electrostática

TRANSFERENCIA DE CALOR

01 - LEY DE COULOMB Y CAMPO ELÉCTRICO. 3. Dos cargas puntuales cada una de ellas de Dos cargas iguales positivas de valor q 1 = q 2 =

Anejo 1. Teoría de Airy. Solución lineal de la ecuación de ondas.

TEMA 1. MECANISMOS BÁSICOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR

RELACIÓN DE PROBLEMAS GRAVITACIÓN Y CAMPO GRAVITATORIO

PAU CASTILLA Y LEON JUNIO Y SEPTIEMBRE CAMPO GRAVITATORIO. Leyes de Kepler:

Departamento de Física y Química

Departamento de Física y Química

Junio Pregunta 3B.- Una espira circular de 10 cm de radio, situada inicialmente en el plano r r

EXAMEN DE FÍSICA. 24 DE JUNIO DE TEORÍA. GRUPOS 16(B) Y 17(C)

radiación Transferencia de Calor p. 1/1

Guía de Ejercicios Electroestática, ley de Coulomb y Campo Eléctrico

PROBLEMAS ELECTROMAGNETISMO

ONDAS Y PERTURBACIONES

Física 2º Bachillerato Curso Cuestión ( 2 puntos) Madrid 1996

Radiación. La radiación electromagnética

Interacciones Eléctricas La Ley de Coulomb

FÍSICA 2ºBach CURSO 2014/2015

2.- Cuánto valen el potencial y la intensidad del campo gravitatorio creado por la Tierra en un punto de su superficie?

Interacción electrostática

INTRODUCCIÓN A LA TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA

- RADIACIÓN SOLAR. Leyes. Variabilidad. Balance de la radiación solar entre la que llega y sale de la superficie terrestre.

Convección Problemas de convección 1.1. PROBLEMAS DE CONVECCIÓN 1

Campo Eléctrico en el vacío

SEGUNDA EVALUACIÓN DE FÍSICA NIVEL 0B Curso de Nivel Cero - Invierno del 2010

Departamento de Física Aplicada III

LA RIOJA / JUNIO 04. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO

Magnetismo e inducción electromagnética. Ejercicios PAEG

Unidad 13: Ondas armónicas

Capítulo 16. Electricidad

MATERIALES DIELÉCTRICOS

LAS LEYES DE LA RADIACIÓN EN LA TIERRA Y EN EL ESPACIO OBJETIVO RESUMEN. GENERACIÓN DE LINEAS: Leyes de Kirchhoff

FÍSICA 2º Bachillerato Ejercicios: Campo eléctrico

Unidad II - Ondas. 2 Ondas. 2.1 Vibración. Te has preguntado: o Cómo escuchamos? o Cómo llega la señal de televisión o de radio a nuestra casa?

Equilibrio de fuerzas Σ F z = 0. Σ M y = 0 Σ M x = 0 Σ M z = 0. Equilibrio de momentos. Segunda ley de Newton (masa)

FUNDAMENTOS DE FÍSICA TEMA II GRADIENTE DE PRESIÓN

Ejercicio 1. Ejercicio 2. Ejercicio 3.

Ejercicios de Ondas Mecánicas y Ondas Electromagnéticas.

Junio Pregunta 1A.- Un satélite de masa m gira alrededor de la Tierra describiendo una órbita

Mecánica II GONZALO GUTÍERREZ FRANCISCA GUZMÁN GIANINA MENESES. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias, Departamento de Física, Santiago, Chile

3. Calcular la corriente que circula por un conductor metálico de ρ = 0.17Ω m que tiene una longitud de 0.2m y un área de sección

encuentre la fuerza resultante sobre la carga de 3μC. Ejercicio 3: Determine la fuerza resultante sobre la carga q 1

Examen de Física-1, 1 Ingeniería Química Examen final. Septiembre de 2014 Problemas (Dos puntos por problema).

1 Meteorología. Yamina Silva V. Yamina Silva V. 3 Meteorología Yamina Silva V. Meteorología. Yamina Silva V. Meteorología

DESARROLLO. La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda, a mayor frecuencia menor

10 cm longitud 30 m. Calcular: (a) la velocidad en el pie del plano inclinado si

Departamento de Física y Química. PAU Física, junio 2012 OPCIÓN A

CANTABRIA / JUNIO 02. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO

ECUACIONES DIMENSIONALES

FÍSICA de 2º de BACHILLERATO INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA COLEGIO "LA ASUNCIÓN"

E 1.3. LA LEY DE GAUSS

Dinámica de electrones Bloch y Propiedades de Transporte Física del Estado Sólido II

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y TÉCNICAS DE OBSERVACIÓN. Curso Introducción a la Astronomía 1

masa es aproximadamente cuatro veces la del protón y cuya carga es dos veces la del mismo? e = 1, C ; m p = 1, kg

6.- Cuál es la velocidad de una onda transversal en una cuerda de 2 m de longitud y masa 0,06 kg sometida a una tensión de 500 N?

Primer examen parcial del curso Física II, M

TEMA 4: BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA EN LA TIERRA

Dinámica de Fluidos. Mecánica y Fluidos VERANO

MOVIMIENTO ONDULATORIO

Mecánica de Sistemas y Fenómenos Ondulatorios Práctico 4

Introducción. Flujo Eléctrico.

PROBLEMAS Física 2º Bachillerato ELECTROMAGNETISMO.

Módulo 1: Electrostática Campo eléctrico

radiación electromagnética

HIDRODINÁMICA. Profesor: Robinson Pino H.

VIBRACIONES Y ONDAS 1. 2.

SENSORES DE FLUJO. Transducers for Biomedical Measurements: Principles and Applications, R.S.C. Cobbold, Ed. John Wiley & Sons

Ayudantía 10: Superconductores. Figura 1: Expulsión del campo magnético

PRINCIPIOS DE LA DINÁMICA

Solución: Según Avogadro, 1 mol de cualquier gas, medido en condiciones normales ocupa 22,4 L. Así pues, manteniendo la relación: =1,34 mol CH 4

Física II. Electrostática

Problemas de Potencial Eléctrico. Boletín 2 Tema 2

CENTRIFUGACIÓN. Fundamentos. Teoría de la centrifugación

PRIMER TALLER DE REPASO PROBLEMAS DE CAMPO GRAVITACIONAL

Figura Trabajo de las fuerzas eléctricas al desplazar en Δ la carga q.

ÁREA DE FÍSICA GUÍA DE APLICACIÓN TEMA: ACÚSTICA Y ÓPTICA GUÍA: 1203 ESTUDIANTE: FECHA:

GUIA N o 2: TRANSMISIÓN DE CALOR Física II

PROBLEMAS DE ONDAS. Función de onda, Autor: José Antonio Diego Vives. Documento bajo licencia Creative Commons (BY-SA)

L=1,85. a) Suponemos que la viga tiene sólo una masa puntual para asimilarlo al comportamiento de un muelle de constante elástica:

INDUCCIÓN MAGNÉTICA. b N v u e l t a s. a B

Tema 2: Campo magnético

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA. FÍSICA II PRÁCTICA 26 PENDULO SIMPLE

Interacción electrostática

Por qué efecto invernadero? Cálculos acerca del equilibrio calórico de la Tierra. No creas todo lo que has leído! Preguntas

CAPÍTULO III Electrostática

Lee con atención: Figura 1: Ares V, futuro cohete que utilizará la NASA en su próxima vuelta a la Luna.


6299, 2m s ; b) E= -3, J

Guía de Ejercicios de Ondas Electromagnéticas

RESOLUCIÓN DE LAS ACTIVIDADES DE FINAL DE UNIDAD PROPUESTAS EN EL LIBRO DEL ALUMNO

EJERCICIOS PAU FÍSICA ANDALUCÍA Autor: Fernando J. Nora Costa-Ribeiro Más ejercicios y soluciones en fisicaymat.wordpress.com

Campo Eléctrico. Fig. 1. Problema número 1.

Guía de estudio y prueba de conocimientos sobre: CAPITULO 4: Fluidos Hidrostáticos

5.1. Magnitudes radiométricas

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE

5) Un satélite artificial orbita a Km. sobre la superficie terrestre. Calcula el período de rotación. (Rt = 6370 Km. g = 9,81 N/Kg.

Transcripción:

DATOS PERSONALES: Nombre: Universidad: Carrera: Año: Dirección: Teléfono: e-mail: Fecha de nacimiento: Carnet de Identidad: FIRMA: PUNTUACIONES: 1:, 2:, 3:, 4:, 5: TOTAL: LAS SOLUCIONES: Las soluciones a problemas diferentes deben escribirse en hojas diferentes. SE PERMITE EL USO DE CALCULADORAS. PUNTUACIÓN: El valor de cada problema se encuentra escrito en el enunciado respectivo. Se darán puntos por soluciones parciales. DURACIÓN: 5 horas. 1

Problema 1. (20 puntos) En un recipiente cilíndrico vertical se encuentra un líquido transparente con índice de refracción n= 1,5. Desde arriba, incide verticalmente un haz cilíndrico de luz, de modo que los ejes del recipiente y del haz coinciden. Con el recipiente en reposo el haz ilumina el 90% del fondo del mismo. Si el recipiente con el líquido se pone a rotar, el haz logra iluminar toda la superficie del fondo cuando la altura del líquido en el eje desciende ligeramente y se estabiliza a h= 40 cm del fondo (mayor que el diámetro del recipiente). Cuál es la velocidad angular con la que está rotando el recipiente? La aceleración de gravedad es g= 10 m/s 2. La absorción de la luz por el líquido puede ser despreciada. 2

Problema 2. Modelo simple del efecto invernadero y el calentamiento global (20 puntos) a) Estime la potencia media S 0 de la radiación solar que llega a la Tierra, suponiendo que el Sol es un cuerpo negro esférico de radio r s 696 000 km y temperatura T s 5 800 K, situado a 8 minutos y 19 segundos luz de la Tierra. Cuál es la longitud de onda del máximo del espectro de la radiación solar? A que región del espectro electromagnético corresponde? b) Se conoce que aproximadamente el 30 % de la energía incidente S 0 es reflejada y el resto absorbida por la Tierra y su atmósfera. Si el radio de la tierra r T es unas 109 veces menor que el del Sol Cuál será la temperatura T 0 que garantiza el balance energético de la Tierra y su atmósfera con el espacio exterior? Cuál es la longitud de onda del máximo del espectro de la radiación terrestre? A qué región del espectro em corresponde? c) La presencia de CO 2, vapor de agua, metano y otros gases que absorben la radiación infrarroja, hacen que la atmósfera terrestre presente resistencia al flujo de la radiación emitida por su superficie. De forma simple, esto se puede caracterizar atribuyéndole una conductividad térmica efectiva K finita y da lugar a que la temperatura T de la superficie terrestre sea mayor que la temperatura T 0 de su atmósfera exterior. En eso consiste el efecto invernadero (A. B. Wolbarst. Am. J. Phys., Vol. 67, No. 10, October 1999). Sabiendo que actualmente T 288 K y suponiendo que la atmósfera es una capa homogénea, calcule el valor actual de K. d) La conductividad térmica de la atmósfera K(c) depende de la concentración c de CO 2, según la ley empírica: K = 2K 1 1 + c c 1 Donde c 1 = 280 ppmv (partes por millón en volumen) era la concentración pre industrial (1750) de CO 2. En cuanto se ha incrementado desde entonces la temperatura t de la superficie terrestre por este concepto, si la concentración actual es 360 ppmv? En cuánto aumentará en los próximos 50 años si se mantienen las emisiones de CO 2 al nivel actual, que hacen crecer la concentración a un ritmo de 1 ppmv/año? Nota. El estimado más exacto disponible, que tiene en cuenta la presencia de otros gases y considera un modelo más exacto de la atmósfera terrestre, predice un valor un poco mayor que el estimado anterior. Datos. De acuerdo a la ley de Stefan- Boltzmann, la potencia radiada por unidad de área por un cuerpo negro a la temperatura T es P = σt 4, donde σ = 5,67 10 8 W m 2 K4. De acuerdo a la ley del desplazamiento de Wien, el espectro de esta radiación presenta un máximo a la longitud de onda λ = b, donde b = 2,897756 T 10 3 m K La ley empírica de Fourier establece que el flujo de calor por unidad de área y de tiempo J Q es proporcional al gradiente de temperatura: J Q = κ T. 3

Problema 3. Interacción imán-superconductor (20 puntos) En 1911 el físico holandés Kamerlingh Onnes descubrió que en algunos materiales la resistencia eléctrica caía a cero por debajo de cierto valor de temperatura. A este fenómeno se le llamó superconductividad y a los materiales que lo presentan, superconductores. Unos años más tarde, en 1933, W. Meissner y R. Oschenfeld descubrieron que los superconductores, además de no tener resistencia eléctrica, se comportaban como diamagnéticos perfectos, esto quiere decir que en el interior de estos materiales, el campo magnético es nulo. Este es el conocido efecto Meissner. Supongamos que tenemos una pastilla superconductora, la cual podemos considerar infinita, encima de la cual se coloca un imán de masa m cuyo polo norte apunta hacia la pastilla, de modo que el momento dipolar magnético p del imán tiene la dirección que muestra la figura. Considere que el vector p se encuentra todo el tiempo en dirección vertical y que las dimensiones del imán pueden ser despreciadas. Todo el sistema se encuentra en el campo gravitatorio S terrestre. N a) Determine la energía potencial de interacción entre el superconductor y el imán. b) Grafique la forma aproximada de la energía potencial total del imán en función de la distancia a la superficie del superconductor. c) Halle a qué distancia h 0 de la pastilla superconductora el imán quedará en reposo. d) Demuestre que si colocamos el imán a una distancia p g de la pastilla superconductora que esté en la vecindad de h 0, este realizará un movimiento armónico simple. Determine la frecuencia de las oscilaciones. Superconductor B = 0 Información. La proyección en z del campo magnético de un dipolo p en un punto del espacio se calcula como: B z = μ 0 p 3z2 r 2, donde el eje z se encuentra dirigido en la misma dirección del momento 4π r 5 dipolar p y r es la distancia que hay desde el dipolo al punto en el cual queremos calcular el campo. 4

Problema 4. Modelo del Mesón (20 puntos) Los mesones han sido modelados como dos partículas de masa propia despreciable (quarks u y d ), las cuales se atraen mutuamente por un muelle (o cuerda) que ejerce una fuerza de valor absoluto constante (denominada tensión de la cuerda). Si los quarks se encuentran en posiciones dadas por los vectores r 1 y r, 2 entonces la fuerza sobre cada uno puede evaluarse como menos el gradiente del llamado potencial de la cuerda V(R): V(R) = σ r 1 r 2 = σr, el cual crece linealmente con la distancia R entre los dos quarks; a) Evalúe R y la velocidad angular del segmento que une los quarks, para los estados de movimiento clásicos de los mesones en que la distancia R entre ellos se mantiene fija. Exprese los resultados en términos de la tensión de la cuerda σ, del valor absoluto común del impulso lineal p de cada uno de los quarks en esos estados y de la velocidad de la luz c. b) Determine además la llamada trayectoria de Regge que es la relación funcional que existe entre el momento angular total del mesón y su energía total elevada al cuadrado. Información. Las partículas de masa nula se pueden definir como aquellas que se mueven con una velocidad igual a la de la luz y poseen un impulso lineal p y una energía ε relacionados por la fórmula p = ε c. 5

Problema 5. Materia oscura (20 puntos) El vacío es uno de los conceptos más intrigantes de la física. El siguiente problema explora qué pasaría si el vacío, es decir, la mera existencia del espacio, tuviera masa, como la tienen los cuerpos que habitualmente se encuentran en él. Considere un universo tridimensional infinito. Dicho universo está lleno de un líquido incompresible de densidad ρ 0 a temperatura y presión ambientes (T 0, P 0 ). En otras palabras, el espacio vacío de este universo tiene una densidad ρ 0. Entre los cuerpos con masa de dicho universo hay una fuerza atractiva que decrece como el cuadrado de la distancia, y es proporcional al producto de las masas (la habitual fuerza gravitatoria). Defina como la carga de un cuerpo con masa el signo de la diferencia de su densidad con la densidad del vacío q = Sign(ρ ρ 0 ). Por ejemplo, una burbuja de aire con densidad ρ A < ρ 0 tiene carga q = 1, y otra de mercurio con densidad ρ M > ρ 0 tiene carga q = 1. a) Si en dicho universo la única homogeneidad fuese una burbuja de aire, haga un diagrama aproximado del gradiente de presiones en torno ésta. b) Demuestre que dos burbujas de signo igual se atraen, mientras que dos de signo distinto se repelen. c) Si la fuerza entre las masas del universo fuese repulsiva en vez de atractiva, qué cargas se atraerían y cuáles se repelerían? 6