(2,2) y - Profes.net

CANARIAS / JUNIO 03. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO
De las dos opciones propuestas, sólo hay que desarrollar una opción completa. Cada problema correcto vale
por tres puntos. Cada cuestión correcta vale por un punto.
OPCIÓN A
Problemas
1.- Un cuerpo A de masa mA = 1 kg y otro B de masa mB = 2 kg se encuentran situados
en los puntos (2,2) y (-2,0) respectivamente. Las coordenadas están expresadas en
metros. Calcula:
a) El vector intensidad de campo gravitatorio creado por el cuerpo A en el punto (2,0).
b) El vector intensidad de campo gravitatorio creado por el cuerpo B en el punto (2,2).
c) La fuerza gravitatoria que ejerce el cuerpo A sobre el B.
G = 6,67 10-11 Nm2kg-2
2.- En el átomo de hidrógeno el electrón se encuentra sometido al campo eléctrico y
gravitatorio creado por el protón.
a) Dibuja las líneas del campo eléctrico creado por el protón así como las superficies
equipotenciales.
b) Calcula la fuerza electrostática con que se atraen ambas partículas y compárala
con la fuerza gravitatoria, suponiendo que ambas partículas están separadas una
distancia de 5.2 10-11 m.
c) Calcula el trabajo realizado por el campo eléctrico para llevar al electrón desde un
punto P1, situado a 5.2 10-11 m del núcleo, a otro punto P2, situado a 8 10-11 m del
núcleo. Comenta el signo del trabajo.
K = 9 109 Nm2C-2; G = 6.7 10-11 Nm2kg-2, me = 9.1 10-31 kg; mp = 1.7 10-27 kg,
qe = -1.6 10-19 C; qp = 1.6 10-19 C
Cuestiones
1.- Dibuja las líneas de campo gravitatorio creadas por una masa puntual. Utiliza
dicho dibujo para justificar que la fuerza gravitatoria ejercida sobre otra masa, es
central.
2.- Un oscilador armónico se encuentra en un instante determinado en una posición
que es igual a la mitad de su amplitud (x = A/2).¿Qué relación existe entre su energía
cinética y energía potencial?.
3.- Explica en que consisten la miopía y la hipermetropía. ¿Qué tipo de lentes se usan
para su corrección?.
r
4.- Formula la ley de Lorentz para una carga q en el seno de un campo eléctrico E y
r
uno magnético B . Indica que condiciones deben darse para que la fuerza magnética
sobre la carga q sea nula.
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OPCIÓN B
Problemas
2
1
v (m/s)
1.- Una partícula de 10g de masa oscila
armónicamente según la expresión x = A·sen
(ω·t). En la figura se representa la velocidad de
esta partícula en función del tiempo. Calcula:
a) La frecuencia angular, “ω”, y la amplitud,
“A”, de la oscilación
b) La energía cinética de la partícula en el
instante t1 = 0.5s, y la energía potencial en t2 =
0.75s
c) ¿Qué valor tiene la energía en los dos instantes
anteriores?
0
-1
-2
0
0.5
1
1.5
t (s)
2.- El ojo normal se asemeja a un sistema óptico formado por una lente convergente
(el cristalino) de +15 mm de distancia focal. La imagen de un objeto lejano (en el
infinito) se forma sobre la retina, que se considera como una pantalla perpendicular al
eje óptico. Calcula:
a) La distancia entre la retina y el cristalino.
b) La altura de la imagen de un árbol de 16 m de altura, que está a 100 m del ojo.
Cuestiones
1.- Define intensidad del campo gravitatorio. Explica cómo será el módulo del campo
creado por un planeta de masa M y radio R en las proximidades de su superficie.
2.- ¿Qué diferencia existe entre movimiento armónico simple y un
vibratorio?. Cita un ejemplo de cada uno de ellos.
movimiento
3.- Describe en que consiste el experimento de Young. Comenta los resultados que se
obtienen y lo que demuestra dicha experiencia.
4.- Explica el funcionamiento de una central de producción de energía eléctrica
haciendo uso de la ley de Faraday-Lenz.
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SOLUCIONES
Problemas
1. a) La ecuación de la velocidad que se representa en la gráfica se corresponde con la
función:
v = Aω·cos ωt
Como el movimiento se repite cada segundo, el periodo T = 1 s y la frecuencia que es el
valor inverso del periodo es f = 1 Hz, de modo que la frecuencia angular vale:
ω = 2πf = 2π rad / s
Conocido el valor de la amplitud de la velocidad, despejamos el de la amplitud de la
posición:
Aω = 2
⇒
A=
2
2
1
=
= m
ω 2π π
b) Las expresiones de las energías cinética y potencial son:
1
1
mv 2 = 0,01·2 2 ·cos 2 2πt = 0,02·cos 2 2πt
2
2
1
1
1
E p = mω 2 x 2 = 0,01·4π 2 · 2 sen 2 2πt = 0,02·sen 2 2 πt
2
2
π
Ec =
Sustituyendo para los valores del tiempo dados:
E c = 0,02·cos 2 2 π·0,5 = 0,02·cos 2 π = 0,02 J
E p = 0,02·sen 2 2 π·0,75 = 0,02·sen 2 1,5π = 0,02 J
c) La energía total tiene un valor constante que es:
1
1
1
E T = mω 2 A 2 = ·0,01·4π 2 · 2 = 0,02 J
2
2
π
Como el valor coincide con los obtenidos en cada uno de los instantes del apartado quiere
esto decir que en t = 0,5 s no hay elongación y por tanto toda la energía es cinética y en el
instante
t = 0,75 s no hay velocidad y toda la energía es potencial
2. a) Como la retina se encuentra en el plano focal del sistema óptico definido, la distancia
entre la retina y el cristalino, será la distancia focal F’ = 15 mm
b) Calcularemos en primer lugar el valor del aumento lateral y a partir de él la altura de la
imagen.
A=
s'
0,0152
=−
= −1,5·10 − 4
s
100
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Como el aumento también se puede expresar en función de la altura del objeto y de la
imagen, calculamos a partir de esta expresión el valor de y’
A=
y'
= −1,5·10 − 4
y
y' = −1,5·10 − 4 ·16 = −2,4·10 −3 m
⇒
La altura de la imagen es 2,4 mm y está invertida.
Cuestiones
1. La ley de la Gravitación Universal proporciona la fuerza con que se atraen dos cuerpos
con masas m y m’, situadas a una distancia r. Su módulo es:
F=G
m·m'
r2
Para explicar la acción de una masa sobre otra situada a cierta distancia se introduce el
concepto de campo de fuerzas. Se dice que un cuerpo de masa m crea a su alrededor un
campo de fuerzas que ejerce fuerzas sobre el resto de las masas m’ que se sitúen dentro de
él.
Para describir estos cambios se define la magnitud campo gravitatorio, que es la fuerza
ppor unidad de masa calculada en dicho punto. Su módulo es:
g=G
m
r2
El valor del campo gravitatorio de un planeta de masa M y radio R vale:
g=G
M
R2
y para distancias cortas a la superficie su valor se puede considerar constante.
2. Un movimiento es armónico simple cuando el sistema o cuerpo que lo realiza está
sometido a la ley de Hooke.
r
r
r
r
F = − k ·x
⇒
a = −ω 2 x
Para que el sistema pueda oscilar (vibrar) a uno y otro lado de la posición de equilibrio, es
necesario que además pueda almacenar algún tipo de energía potencial y poseer una masa
que le permita alcanzar energía cinética.
Es un ejemplo de movimiento armónico simple el que puede realizar un cuerpo suspendido
de un muelle.
Un movimiento vibratorio es un movimiento cualquiera de vaivén como puede ser el que
realiza la punta de la rama de un árbol cuando es empujada por la fuerza del viento
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3. El experimento de Young consistió en superponer dos haces de ondas y comprobar que
si los máximos de estas ondas coincidían se producía un máximo de mayor valor y si lo
que coincidía era un máximo con un mínimo, el resultado era la suma de sus amplitudes,
pudiendo llegar a ser cero si eran del mismo valor. Curiosamente la primera demostración
no la realizó con ondas de luz sino en una cubeta de ondas.
Cuando el experimento se realiza con dos haces de luz estos deben ser monocromáticos y
coherentes, para ello lo primero que se hace es hacer incidir el haz sobre una rendija muy
pequeña y el rayo que parte de esta incide sobre una doble rendija. Las rendijas deben ser
muy pequeñas para que en ellas se pueda producir difracción.
La interferencia de las ondas secundarias producidas dio lugar a una imagen formada por
zonas claras y oscuras cuya forma dependía de la forma de las rendijas y su posición de la
distancia a estas.
Con ello demostró que luz + luz puede dar como resultado oscuridad demostrando así que
la naturaleza de la luz debía ser ondulatoria como las ondas del agua.
4. La ley de Faraday-Lenz proporciona el método para calcular el valor de la f.e.m. que se
induce en una espira cuando varia el flujo del campo magnético que la atraviesa.
dΦ
ε=−
dt
La variación del flujo del campo magnético se puede hacer mediante la variación del
campo frente a una espira de superficie constante o colocando un campo fijo y haciendo
variar la superficie de la espira. Este ultimo es el método utilizado en las centrales de
producción de energía eléctrica.
dΦ
d(B·s)
dB
ds
ε=−
=−
= −s
−B
dt
dt
dt
dt
En las centrales eléctricas existe una parte fija denominada estator donde se genera un
campo magnético y una parte que gira denominada rotor y que esta formada por miles de
espiras para de este modo multiplicar el efecto de la inducción. El rotor tiene su eje
solidario al de la turbina o turbogenerador, que es el elemento encargado de transformar el
movimiento lineal del agua, del vapor de agua, del viento… (dependiendo del tipo de
central) en
una rotación. Todas las centrales eléctricas tienen en común el
aprovechamiento de una energía primaria para hacer girar el eje de la turbina
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