Selectividad Fisica Junio 2014 Andalucia

7/21/2019 Selectividad Fisica Junio 2014 Andalucia

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FSICA. SELECTIVIDAD JUNIO 2014

Francisco Jos Garca Borrs

OPCIN A

1. a) Explique las caractersticas del campo gravitatorio de una masa puntual .b) Dos partculas de masas m y 2m estn separadas una cierta distancia.Explique qu fuerza acta sobre cada una de ellas y cul es la aceleracin

de dichas partculas.

a) La propiedad masa que posee un objeto provoca alrededor del espacio quele rodea una perturbacin que es observable al colocar otro objeto con la misma

propiedad en la zona alterada.En la situacin planteada, si colocamos una masa puntual en un lugar, sta

provoca una distorsin en ese espacio. Para verificarlo y darle sentido se colocaotra masa en tal lugar y se observa las interacciones. Sobre esta ltima apareceuna interaccin que por unidad de masa dar la magnitud del campo gravitatorioque la carga puntal crea.Se puede observar que la direccin del campo recae sobre la lnea de unin entre

ambas masas y el sentido es hacia la masa que crea el campo.Desde aqu se puede deducir que el campo es dependiente de la masa que lo creay la distancia existente entre ella y el punto de estudio. As mismo, poseesimetra esfrica, direccin radial y se orienta hacia la masa puntual como ya seha indicado.

b) Teniendo en cuenta el Tercer Principio de la Dinmica, la interaccinexistente entre ambas partculas coinciden en mdulo y en direccin. Dichainteraccin es determinable a travs de la fuerza de atraccin gravitatoria.

La fuerza vendr expresada en Newton (N).Desde esta expresin se calcular la aceleracin para cada partcula

Para la otra

Ambas expresiones deben ser acompaadas por sus correspondientes unidadesdel S.I., m/s2.

2. a) Explique el fenmeno de reflexin y refraccin de la luz y las leyes que

los rigen.

b) Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: i) la

imagen de un objeto en un espejo convexo es siempre real, derecha y de

menor tamao que el objeto; ii) la luz cambia de longitud de onda y su

velocidad de propagacin al pasar del aire al agua.

a) Al incidir una onda en una superficie de separacin entre dos medios queposeen distintas caractersticas con respecto a la onda, parte de la energa

transportada por la perturbacin es devuelta al medio de procedencia, fenmenoconocido por reflexin y otra parte sigue con la onda que penetra en el segundo


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medio, a esta otra situacin se conoce por refraccin. Ambos fenmenos sonexplicables por medio del Principio deHuygens.La reflexin es el fenmeno por el cual,al llegar una onda a la superficie de

separacin de dos medios, es devuelta alprimero de ellos, cambiando sudireccin de propagacin.La situacin se explica a travs de dos

puntos que formalizan las leyes de reflexin.1. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado estn en un mismo plano.2. El ngulo de incidencia (i) y el ngulo de reflexin (r) son iguales.

La refraccin es el cambio de direccin que experimenta una onda al pasar de unmedio material a otro. Slo se produce si la onda incide oblicuamente sobre lasuperficie de separacin de los dos medios y si estos tienen ndices derefraccin distintos. La refraccin se origina en el cambio de velocidad de

propagacin de la onda, cuando pasa de un medio a otro.La manifestacin se rige por lo que se conoce por Leyes de Refraccin,sustentada en dos puntos:1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado estn en un mismo plano.2. La relacin entre los ngulos de incidencia y refraccin vienen relacionados

por:

i = ngulo de incidenciar = ngulo refractado

v1= velocidad en el medio 1v2= velocidad en el medio 2

Lo habitual es que ambos fenmenos se den a la vezb) La primera afirmacin es falsa. Las imgenes que producen los espejosconvexos son siempre virtuales, derechas y de menor tamao que el objeto,independientemente de la posicin donde el elemento reflejado se encuentre.Como consecuencia de ello, los espejos convexos poseen un campo de visinmuy amplio. Esto anterior se puede verificarconstruyendo el diagrama y usamos las reglas

bsicas del trazado de rayos:

Rayo que incide paralelo al eje ptico, alreflejarse, su lnea pasa por el foco o pareceproceder de l.

Rayo que incide en direccin al foco, alreflejarse sale paralelo al eje ptico.

Los rayos reflejados divergen, es decir, no secortan por delante del espejo. Si se prolongan, seobtiene la posicin de la imagen.Como se puede observar en el diagrama de rayos, laimagen es derecha, menor que el objeto y virtual, pero nunca ser real.La segunda afirmacin es verdadera. La velocidad de propagacin de cualquier

onda en un medio homogneo, istropo y no dispersivo es una caracterstica quedepende exclusivamente del medio por el que esta se propague. Por lo tanto,


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cuando un rayo de luz cambia de medio, modifica su velocidad de propagacinya que se altera su longitud de onda. La frecuencia no cambia porque el focoemisor es el mismo, y dicha magnitud depende del lugar de inicio de la emisin.En el paso del aire al agua se produce un cambio en las propiedades del mediode propagacin, por lo tanto del espacio al ser ocupado por sustancias diferentes,

y en las caractersticas espaciales de la onda, pero no en las temporales. Lascaractersticas exclusivamente temporales de una onda son la frecuencia y elperodo.

3. Por el conductor A de la figura circula una

corriente de intensidad 200 A. El conductor

B, de 1 m de longitud y situado a 10 mm del

conductor A, es libre de moverse en la

direccin vertical.

a) Dibuje las lneas de campo magntico y

calcule su valor para un punto situado en la

vertical del conductor A y a 10 cm de l.

b)

Si la masa del conductor B es de 10 g,determine el sentido de la corriente y el valor de la intensidad que debe

circular por el conductor B para que permanezca suspendido en equilibrio

en esa posicin.

g= 9.8 m/s2 0= 410

-7TmA

-1

a) Partiendo de la ley de Biot-Savat y la expresin de Faraday. El campomagntico de un hilo conductor viene expresado por la ecuacin:

Para el caso solicitado sera:

El grfico correspondiente a las lneas de campo magntico del hilo conductorsera, suponiendo que la corriente fuera de izquierda a derecha, ya que no seindica:

b) Partiendo del supuesto anterior, para que el objeto se mantenga en equilibriola fuerza magntica y gravitatoria deben coincidir en su mdulo. Por ello, se

puede deducir de tal situacin el valor de la intensidad y desde las

caractersticas de los vectores el sentido de la corriente. El sentido de lacorriente es contraria al que hemos supuesto.


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El campo para la distancia del hilo en equilibrio es:

4. Sobre una superficie de potasio, cuyo trabajo de extraccin es de 2.29 eV,

incide una radiacin de 0.210-6

m de longitud de onda.

a)

Razone si se produce efecto fotoelctrico y, en caso afirmativo, calcule la

velocidad de los electrones emitidos y la frecuencia umbral del material.

b)

Se coloca una placa metlicas frente al ctodo. Cul debe ser la diferencia

de potencial entre ella y el ctodo para que no lleguen electrones a la placa?

h = 6.610-34

J s; c = 3108m s

-1; e = 1.610

-19C; me= 9.110

-31kg

a) Se debe comparar la longitud de onda o la frecuencia de la onda incidente con laque corresponda al trabajo de extraccin para poder valorar si va a producirse elefecto.La frecuencia umbral vendr dada por:

La frecuencia de la onda incidente es:

Al ser el valor superior se producir el efecto fotoelctrico.La energa cintica puede ser determinada desde la energa transportada por laluz y el trabajo de extraccin. Desde este valor, se puede conocer la velocidad de los electrones

b) Para que no llegue a la placa metlica se debe convertir la energa cintica en

energa potencial elctrica.


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OPCIN B

1. a) Explique los fenmenos de induccin electromagntica y enuncie la ley de

Faraday-Lenz.

b) Dos espiras circulares a y b se hallan enfrentadas con sus planosparalelos. i) Por la espira a comienza a circular una corriente en sentido

1

horario. Explique con la ayuda de un esquema al sentido de la corriente

inducida en la espira b. ii) Cuando la corriente en la espira a alcance

un valor constante, qu ocurrir en la espira b? Justifique la respuesta.

a) Faraday haba observado que al mover un imn en el interior de una bobinaconectada a un galvanmetro, ste indicaba paso de corriente, a pesar de que la

bobina no estaba conectada a ningn generador. Lo mismo ocurra si era labobina la que se mova con respecto al imn. Este fenmeno, que denominamosinduccin electromagntica, fue interpretado en funcin de sus lneas de campo

y expresado mediante la siguiente ley:La fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual a la variacin porunidad de tiempo del flujo magntico que lo atraviesa:

El signo menos, viene dado por la ley de Lenz que complementa a la ideaexpresada por Faraday. Esta ley expone que:El sentido de la corriente inducida es tal que el campo creado por dichacorriente tiende a oponerse a la variacin del flujo magntico que la haoriginado.Esto es un claro ejemplo de la tendencia que poseen los sistemas a no alterar suestado inicial. Como dira Newton a toda accin aparece una reaccin. Endefinitiva no es ms que una consecuencia del principio de conservacin de laenerga.

As, pues, si alejamos de una cara de la bobina el polo norte de un imn, con laconsiguiente disminucin del flujo magntico, la corriente inducida tender a

generar un campo magntico que, entrando por esa cara, compense la citadadisminucin; aparecer pues una cara sur en esa parte de la bobina que atraer alpolo norte que se aleja.b) Cualquier carga en movimiento genera uncampo magntico, as pues, cuando comienzaa circular corriente por la espira "a", duranteunos breves instantes la intensidad decorriente crece desde cero hasta cierto valor Ia

para el cual se estabiliza. Por laproporcionalidad existente entre la intensidad y el campo magntico, estetambin cambia de la misma forma hasta un valor determinado Ba cuyo

1El sentido de la corriente es algo arbitrario, ya que depende del observador.


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sentido ser hacia la espira y descansar sobre el eje central de la misma como sepuede observar en el grfico.Como consecuencia de la presencia de la perturbacin magntica, el flujomagntico que atraviesa la espira "b" es incrementado, generndose, pues, unacorriente inducida en esa espira de tal forma que anule el efecto de la otra espira.

Por ello, el sentido de la corriente es opuesto a la circulacin de la otra con tal degenerar un campo magntico Bind de sentido contrario a Ba y con la mismadireccin. Para eliminar la perturbacin, o lo que es lo mismo contrarrestar elcambio en el flujo.ii) Cuando la corriente en la espira a alcanza un valor constante, tambin sevuelve constante el campo magntico que produce y, con ello, no hay

posibilidad de variacin de flujo magntico que atraviesa la espira "b". Esevidente, que no se producir corriente inducida en la espira b. L la ley deFaraday-Lenz pone de manifiesto y explica la aparicin de una corrienteelctrica slo en el caso de una variacin temporal del flujo magntico.

2. a) Teora de Einstein del efecto fotoelctrico.

b) Una superficie metlica emite fotoelectrones cuando se ilumina con luzverde pero no emite con luz amarilla. Razone qu ocurrir cuando se

ilumine con luz azul o con luz roja.

a)El efecto fotoelctrico es laemisin de electrones cuando laluz choca contra una superficie.Este efecto tiene muchasaplicaciones prcticas como semuestra en la imagen, la

posibilidad de la visin nocturna.Para escapar de una superficiemetlica, el electrn debeabsorber la energa suficiente dela onda o radiacin incidentecomo para que el electrn puedasuperar la interaccin elctricaentre la partcula y el ncleo.Esta atraccin elctrica entre lascargas de distintos signos crean una barrera de energa potencial de tal forma quese puede decir que ests partculas negativas estn confinadas en el material.

La teora ondulatoria clsica de Maxwell sobre la luz no poda explicar lascaractersticas de este fenmeno, como la existencia de una frecuencia umbral, alsuponer una transmisin continua de la energa.El afamado Albert Einstein aplic las hiptesis cunticas de Planck para dar untoque de sensatez al efecto fotoelctrico.Su propuesta rompe con las teoras clsicas. Supuso que no slo los intercambiosde energa estn cuantizados, sino que la propia radiacin incidente estconstituida por partculas, las cuales fueron denominadas como fotones. Esas

partculas son las encargadas de transportar la energa de forma discreta,concentrada en cuantos de energa. Dicho de otra forma, plasm como algoesencial que la luz posea un comportamiento corpuscular, al menos en este

fenmeno.La energa de un fotn viene dada por la expresin de Planck: E=hf.


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Presumiendo que la luz se comporta como una partcula, al chocar sta con unelectrn, le transmite instantneamente toda su energa. Evidentemente, estaenerga que cede al electrn depender de la frecuencia de la radiacin. As, laenerga de un fotn se emplea, en primer lugar, para vencer la barrera potencial,es decir, la fuerza elctrica y la sobrante en incrementar su velocidad.

Esta primera energa necesaria, que depende del tipo de metal, se denominatrabajo de extraccin o funcin trabajo (W0). El concepto es definible comocomo la energa mnima que debe tener el fotn para poder extraer un electrndel metal. As pues, la expresin matemtica del trabajo de extraccin es lasiguiente: W0= hf0, donde f0 es conocida por frecuencia umbral.En virtud de lo expresado, la teora de Einstein para el efecto fotoelctrico sefundamenta en la conservacin de la energa y, por ello, la idea se puedeconcretar en la representacin matemtica de a continuacin:

As, una mayor frecuencia de la radiacin significar una mayor energa cintica

de los electrones, pero no un mayor nmero de electrones emitidos. Pero si seaumenta la intensidad de radiacin, es decir la cantidad de fotones, significaruna mayor cantidad de electrones emitidos, pero no una mayor energa cintica.b) Dentro de la franja visible a cada radiacin se le asigna un color segn nuestrainterpretacin cerebral. Cualquier tipo de radiacin viene identificada por su frecuencia.Una luz verde tiene mayor frecuencia que una amarilla y, por consiguiente, cada fotncorrespondiente al color verde tiene mayor energa que un fotn de la luz amarilla. Si laluz verde es capaz de emitir electrones, se debe a que la frecuencia tiene un valorsuperior a la frecuencia umbral del metal. De la misma manera, la frecuencia de la luzamarilla es menor que la frecuencia umbral, y por tanto los fotones no tienen energasuficiente para producir la emisin.Ya que la frecuencia de la luz azul es mayor que la verde y sta a su vez superior a laumbral, cabe concluir que la luz azul ser capaz de emitir fotoelectrones, sin embargo,la luz roja no tendr esa capacidad, dado que su frecuencia est por debajo de la luzamarilla.

3. Dos masas puntuales de 5 y 10 kg, respectivamente, estn situadas en los

puntos (0,0) y (1,0) m, respectivamente.

a) Determine el punto entre las dos masas donde el campo gravitatorio es cero.

b)

Calcule el potencial gravitatorio en los puntos A (-2,0) m y B (3,0) m y el

trabajo realizado al trasladar desde B hasta A una masa de 1,5 kg. Comente

el significado del signo del trabajo. G = 6.6710-11

N m2kg

-2

a) El esquema de la situacin se muestra en lafigura, basndonos en el principio de superposicin, se

puede establecer el valor del campo gravitatorio en elpunto solicitado. Generalizando, el campo gravitatoriodebido a las dos masas en cualquier punto vendr dado

por:

En la situacin planteada, el campo de cada masa recae sobre la misma direccinpor ello es posible prescindir del carcter vectorial.


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Resolviendo el sistema de ecuaciones se determina que: y b) El campo gravitatorio es un campo conservativo. Eso significa, por una parte, que

tiene una funcin escalar asociada en cada punto del espacio que se denominapotencial que para caso que aqu atae se le coloca la coletilla gravitatorio y se

representa por V. Para determinar el trabajo que se realizar bastar con hallar elpotencial del punto de partida, B (3,0), y de llegada, A (-2,0).

El trabajo realizado se puede determinar por medio de la diferencia del potencialentre el punto de llegada y el punto de partida multiplicado por la masa que sedesplaza en el seno del campo cambiado de signo de la operacin, la expresin parala situacin queda:

Por ello, el valor del trabajo es: [] [] Desde el criterio de signo que se adopta, el valor negativo viene a representar elaporte de energa que se debe hacer a la masa para que se pueda desplazar por elseno del campo, ya que se est realizando un movimiento al cual se le opone lafuerza gravitatoria del conjunto.

4.

La energa mecnica de una partcula que realiza un movimiento armnico

simple a lo largo del eje X y en torno al origen vale 310-5

J y la fuerza

mxima que acta sobre ella es de 1,510-3

N.

a)

Obtenga la amplitud del movimiento.b) Si el periodo de oscilacin es de 2 s y en el instante inicial la partcula se

encuentra en la posicin x0= 2 cm, escriba la ecuacin de movimiento.

a) La fuerza o fuerzas que provocan un movimiento armnico simple tienen encomn su proporcionalidad a la elongacin y se puede expresar como: Omitiendo el carcter vectorial La fuerza mxima corresponder cuando se halle en la mxima elongacin,amplitud. As mismo, la energa mecnica del sistema tambin depende de la

amplitud. Por tanto, desde los datos ofrecidos por el problema se puedeestablecer un sistema de ecuaciones.

{ Dividiendo ambas expresiones:

b) Para establecer la ecuacin slo queda determinar el desfase en el momento

inicial. Para ello, se sabe que se encuentra en 0.02 m y, aunque no se menciona,

se puede establecer que el objeto se desplazar hacia la posicin ms alejada.


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La expresin general para un movimiento armnico simple es: ( )

En el problema:

( ) Finalmente la ecuacin sera: Si en vez de desplazarse hacia el valor mximo, se dirige al centro, la situacin cambiaalgo.

( ) Y la ecuacin se expresara como:

( )

Hay que recordar que las ecuaciones trigonomtricas tienen ms de una solucin.

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