FICO 2009

FÍSICA DE CALOR, ONDAS Y EST. ATOM.
Examen Final 2009-2
NOMBRE: _____________________________________________________
GRUPO: ________
INSTRUCCIONES

El examen consta de 19 preguntas del mismo valor cada una, en consecuencia el examen será calificado
sobre 19 puntos.
Todas las respuestas deben estar justificadas en las hojas anexas, Respuesta correcta que no esté justificada
NO será tenida en cuenta
Tiempo 120 minutos


CUESTIONARIO
Las preguntas 1 a 4 deben ser resueltas con la siguiente información:
En un experimento un estudiante realiza el registro de y vs. t para un oscilador de masa 2,5 kg que se
suelta desde su máximo desplazamiento, la gráfica resultante se muestra en la figura 1; adicionalmente
el estudiante, muy juicioso, elabora una gráfica adicional en papel semilogaritmico que se muestra en la
figura 2 .
Oscilador Amortiguado
4,26
3,63
3,55
4,5
3,61
3,1
2,98
3,5
1,88
0,5
-0,41
1,13
2,59
2,26
1,23
0,92
-0,15
-0,59
-0,65
-1,44
-1,73
-2,08
-2,49
2,1
1,42
-0,21
-0,3
-0,72
-0,5
-1,5
-2,5
3,06
2,65
2,51
1,63
1,38
-1,96
-2,67
-2,74
-2,28
-2,65
-3,16
- 3,22
-2,25
-2,33
-3,74
-3,79
-3,5
-4,5
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
15,5
16
16,5
17
17,5
t/s
Figura 1
Oscilador amortiguado
(grafica en semilog)
9,12
6,92
5,25
4,26
3,98
A / cm
y/cm
A / cm
2,5
1,5
3,61
3,06
3,02
2,59
2,2
2,29
1,74
1,32
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
t/s
Figura 2
18
18,5
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1. La amplitud inicial de las oscilaciones es aproximadamente de:
(a) 6,0 cm
(b) 7,0 cm
(c) 4,3 cm
(d) 5,2 cm
(e) Ninguna
2. El valor de la constante de amortiguamiento () es:
(a) 0,01 s-1
(b) 0,06 s-1
(c) 0,12 s-1
(d) 0,08 s-1,
(e) Ninguna
3. Cuanto tiempo demora la amplitud inicial en reducirse en un factor e (e =2,7183)
(a) 16,5 s
(b) 24 s
(c) 18,5 s
(d) 20,5 s
(e) Ninguna
(d) 13,1 N/m
(e) Ninguna
4. El valor de la constante de elasticidad del resorte (K) es:
(a) 0,910 N/m
(b) 5,72 N/m
(c) 0,331 N/m
Las preguntas 5 y 6 deben ser resueltas con la siguiente información:
Un oscilador armónico simple en el punto X=0 genera y mantiene una onda viajera sobre una cuerda
horizontal. La onda se propaga en dirección +X. El oscilador opera con una frecuencia de 31 Hz y una
amplitud de 0,030 m. La cuerda tiene una densidad lineal de masa de 0,20 g/m, y se estira
horizontalmente con una tensión de 0,75 N. El oscilador se encuentra en su máximo desplazamiento
positivo cuando comienza a funcionar.
5. Determine la velocidad transversal de una partícula de la cuerda localizada en X= /4 en t=0 s.
(a) 5,844 m/s
(b) -5,844 m/s
(c) 2,922 m/s
(d) 0 m/s
(e) Ninguna
6. Si la frecuencia del oscilador se incrementa al doble, manteniendo la misma amplitud, la misma
densidad de masa y la misma fuerza de tensión. La longitud de onda es:
(a) 3,950 m
(b) 1,975 m
(c) 0,9875 m
(d) 0,0167 m
(e) Ninguna
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Las preguntas 7 a 9 deben ser resueltas con la siguiente información:
Se toca una flauta de 36 cm de longitud, abierta en el extremo izquierdo y cerrada en el extremo
derecho, cerca de una cuerda fija por sus dos extremos cuya frecuencia fundamental es de 354,2 Hz.
7. Las condiciones de frontera para la función de onda de presión de sonido en los extremos
izquierdo-derecho de la flauta son respectivamente:
(a) Nodo-nodo de presión
(c) Antinodo-nodo de presión
(b) Nodo-antinodo de presión
(d) Antinodo-antinodo de presión
(e) Ninguna
8. El armónico más bajo de la flauta que hará resonancia con la cuerda es (asuma que la velocidad
del sonido es de 340 m/s):
(a) Primer armónico
(d) Quinto armónico
(b) Segundo armónico
(e) Ninguna
(c) Tercer armónico
9. Para el armónico más bajo de la flauta, el armónico de la cuerda que está en resonancia es:
(a) Primer armónico
(d) Sexto armónico
(b) Segundo armónico
(e) Ninguna
(c) Cuarto armónico
10. Un láser de Helio-Neón emite luz visible roja con longitud de onda de 633nm y con una potencia
de 3,20mW en un haz de 2,40mm de diámetro. ¿Cuál es la amplitud del campo eléctrico en el
vacío?
(a) 365,2 V/m
(b) 516,4 V/m
(c) 533,3 V/m
(d) 730,3 V/m
(e) Ninguna
Las preguntas 11 a 13 deben ser resueltas con la siguiente información:
Una onda Electromagnética que se propaga en el vacío, tiene un campo magnético dado por:
B(z,t) = (8,25x10-9 T) j Sen ((1,38x104 rad/m) z + t) ; (las negrillas representan vectores)
11. ¿Cuál es su frecuencia?
(a) 658,9 x 109 Hz
(b) 4,14 x 1012 Hz
(c) 65,89 x 106 Hz
(d) 41,4 x 109 Hz
12. La ecuación vectorial correspondiente al campo eléctrico es:
(b)
E(z,t) = (8,25x10-9 V/m) (-i) Sen ((1,38x104 rad/m) z + t)
E(z,t) = (2,475 V/m) (-i) Sen ((1,38x104 rad/m) z + t)
(c)
(d)
(e)
E(z,t) = (2,475 V/m) (i) Sen ((1,38x104 rad/m) z + t)
E(z,t) = (2,475 V/m) (-j) Sen ((1,38x104 rad/m) z + t)
Ninguna
(a)
(e) Ninguna
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13. El vector de Pointing asociado a la onda es:
(a)
(b)
(c)
S(z,t) = (16,25x10-3 W/m2 ) (k) Sen2 ((1,38x104 rad/m) z + t)
S(z,t) = (2,475 x10-3 W/m2 ) (-i) Sen2((1,38x104 rad/m) z + t)
S(z,t) = (16,25x10-3 W/m2) (-k) Sen2 ((1,38x104 rad/m) z + t)
(d)
S(z,t) = (8,25x10-3 W/m2 ) (j) Sen2 ((1,38x104 rad/m) z + t)
(e) Ninguna
Las preguntas 14 a 16 deben ser resueltas con la siguiente información:
Una mol de gas diatómico con comportamiento ideal se somete al ciclo mostrado en la figura 3 y en la
dirección indicada. El proceso b---c sigue una trayectoria recta en el diagrama pV.
5
P X 10 / Pa
4
a
c
3
b
6
1
12
2
-3
V X 10 / m
3
Figura 3
14. El calor, en Julios, que entra al gas, en cada ciclo es:
(a) -5100 J
(b) -8400 J
(c) 3000 J
(d) 8400 J
(e) Ninguna
(d) -2100 J
(e) Ninguna
15. El calor, en Julios, que sale del gas, en cada ciclo es:
(a) -3000 J
(b) -8100 J
(c) 5100 J
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16. La eficiencia del ciclo es:
(a) 3,57%
(b) 3,70%
(c) 10%
(d) 7,20%
(e) Ninguna
Las preguntas 17 a 19 deben ser resueltas con la siguiente información:
En la Figura 4 se muestra el esquema de niveles de energía para un cierto átomo hipotético de un sólo
electrón. Se toma como cero la energía potencial de un electrón a una distancia infinita del núcleo.
n=4
n=3
- 2 eV
- 5 eV
n=2
- 10 eV
n=1
- 20 eV
Figura 4
17. La energía, en electronvoltios, necesaria para ionizar un electrón desde el nivel fundamental es:
(a) 2 eV
(b) 18 eV
(c) -2 eV
(d) 20 eV
(e) Ninguna
18. ¿Qué sucederá si un fotón de 8 eV de energía choca con el átomo en su estado fundamental?
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Pasa del nivel n=2 al n=4 al absorber el fotón.
Absorbe el fotón y lo emite inmediatamente.
No absorbe el fotón quedando inalterado.
Absorbe el fotón ganando 8 eV de energía.
Ninguna
19. Los fotones emitidos en las transiciones de n = 3 a n= 2 y de n = 3 a n = 1 producen
fotoelectrones en un metal desconocido, pero el fotón emitido de la transición de n = 4 a n = 3 no
los emite. Los valores máximo y mínimo posible de la función trabajo del metal son:
(a) 0 eV y 5 eV
(b) 0 eV y 15 eV
(c) 3 eV y 15 eV
(d) 5 eV y 15 eV
(e) Ninguna
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TABLA DE RESPUESTAS
PREGUNTA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
a
b
c
d
e
GRUPO: ________