CUESTIONES DE SELECTIVIDAD

DISCLAIMER

Las cuestiones que he desarrollado a continuación recogen las cuestiones de Selectividad de los últimos años. Sólo pretenden ser una primera versión de un resumen de posibles contestaciones para ayudaros en vuestra labor de repaso, sintetizar algunas respuestas que, en ocasiones, están en diferentes preguntas según los libros y como regalo de fin de curso para los vagos y vagas.No quieren ser la respuesta definitiva ni incluyen todas las posibles preguntas que os puedan caer en el examen (hemos estudiado muchas más cosas que éstas).He intentado mantener un equilibrio entre precisión y desarrollo y brevedad para que no os dé tanta pereza enfrentaros a ellas. Espero que os haya ayudado y confío en que esté lloviendo para que os quedéis las tardes en casa o la biblioteca repasando. Pasad un buen verano.

Movimiento vibratorio

1. Ecuación del movimiento armónico simple y significado de cada término. Definir sus parámetros. Movimiento armónico simple (MAS) es el tipo de movimiento oscilatorio que tienen los cuerpos que se mueven por acción de una fuerza restauradora que es directamente proporcional a la distancia que separa al cuerpo de su posición de equilibrio y se opone al sentido de su movimiento.

Su ecuación es:

donde:- x, y (m) – Elongación: distancia entre la posición de equilibrio y la que ocupa el móvil en un instante- A (m) – Amplitud: Elongación máxima, máxima separación de la posición de equilibrio que puede

alcanzar el móvil.- υ (Hz) – Frecuencia: número de oscilaciones completas en un segundo- T (s) – Período: tiempo que tarda en producirse una oscilación completa.- φo (rad) – Fase inicial: indica el estado del movimiento cuando empezamos a medir el tiempo- φ = ωt + φo (rad) – Fase: argumento de la función trigonométrica que nos permite calcular la posición

del móvil.

Ejemplos

Un muelle oscilando, un péndulo para pequeños ángulos, las ramas de un diapasón, las moléculas de una red cristalina.

Deducción de las ecuaciones de la aceleración y la velocidad

Derivando, a partir de la elongación tenemos que:

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Movimiento ondulatorio: ondas y propiedades

2. Describir las analogías y diferencias entre las ondas sonoras y las ondas luminosas.

Analogías:

Son movimiento ondulatorio, experimentan fenómenos de reflexión, refracción, difracción, interferencia. Son ondas tridimensionales.

Diferencias:

ONDAS SONORAS ONDAS LUMINOASVariaciones en la presión de las partículas de un medio elástico

Variaciones en el campo eléctrico y magnético que las constituye

Mecánicas (necesitan materia para viajar) Electromagnéticas (se propagan en el vacío)v (aire) = 340 m/s V (vacío) = 3·108 m/sSu velocidad aumenta en los medios materiales DisminuyeMayor longitud de onda MenorSon ondas longitudinales Ondas transversalesNo se polarizan Pueden polarizarse

3. Diferencias entre las ondas longitudinales y transversales. Descripción y ejemplos.

Ondas longitudinales son aquellas en las que las partículas del medio vibran en la misma dirección en la que avanza la perturbación. Por ejemplo las ondas sonoras, ondas P de un terremoto,…Se propagan en sólidos, líquidos y gases.No pueden ser polarizadas.

Ondas transversales son aquellas en las que las partículas del medio vibran en dirección perpendicular a la del avance de la perturbación. Por ejemplo ondas en un estanque, la luz, ondas S de un terremoto,…Las ondas transversales mecánicas sólo se pueden propagar en sólidos y en la superficie de los líquidos (las electromagnéticas no tienen ninguna restricción).Pueden ser obligadas a vibrar en una única dirección perpendicular a su propagación y por tanto pueden ser polarizadas.

4. Describir el fenómeno de la polarización de las ondas. ¿Qué tipo de ondas pueden ser polarizadas?

¿Puede polarizarse el sonido? ¿Y la luz? Razonar. Poner algún ejemplo.

Una onda transversal puede vibrar en todas las direcciones que sean perpendiculares a su dirección de propagación; una onda está polarizada cuando se hace vibrar al vector que la representa en una única dirección perpendicular a la del avance de la onda (polarización lineal).

Es una propiedad exclusiva de las ondas transversales, como la luz, (las longitudinales, como el sonido, no pueden ser polarizadas).

La ondas se polarizan mediante filtros (polarizadores) que absorben todas las direcciones salvo una o reflejan la vibración en una única dirección.

Los polaroides son láminas plásticas que se utilizan en gafas de sol, en parabrisas de automóviles, en fotografía. Su uso se basa en que la luz blanca, cuando se refleja suele estar polarizada; si el polaroide está dispuesto de tal forma que absorba el plano de polarización de la luz reflejada, evitará que dichos reflejos

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lleguen al ojo (si se trata de gafas de sol) o la película (filtro de fotografía para evitar reflejos, por ejemplo, de los escaparates).

5. Teorías sobre la naturaleza de la luz. Hechos experimentales que avalan esas teorías.

Aunque ya en el mundo clásico se conocían algunas propiedades de la propagación de la luz, es a mediados del siglo XVII cuando aparecen las primeras ideas científicas sobre su naturaleza. Durante más de un siglo se enfrentaron la teoría corpuscular de Newton y la teoría ondulatoria de Huygens.

Teoría corpuscular de la luz (Newton)Luz formada por corpúsculos que siguen las leyes de la mecánica. Explica la propagación rectilínea, formación de sombras bien definidas, la propagación en el vacío y los fenómenos de reflexión y refracción.

Teoría ondulatoria (Huygens)

La luz se compone de minúsculas ondas del mismo tipo que el sonido. Como necesitan de un medio material para propagarse, supone la existencia de un medio ideal, el éter lumínico, que llena todo, incluso el vacío. Explicó las leyes de la reflexión y refracción (llega a la conclusión correcta de que su velocidad es menor en el agua o en el vidrio que en el aire) y las interferencias luminosas. Fue olvidada durante más de cien años por el prestigio de Newton.

Nuevos hechos a favor de la tª ondulatoria (comienzos s.XIX):- Experimentos de interferencias de Young y Fresnel sobre la difracción.- Polarización de la luz por Fresnel (indica que son ondas transversales)- Foucault demuestra que la velocidad en el agua o el vidrio es menor que en aire (en contra de la

corpuscular).

Síntesis electromagnética de Maxwell (1865)

La luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío sin necesidad de un soporte material a 3·108m/s. La teoría ondulatoria parece triunfar. La Óptica se fusiona con el Electromagnetismo.

Doble naturaleza de la luz: onda y corpúsculo.

La hipótesis del cuerpo negro de Planck, la explicación del efecto fotoeléctrico de Einstein y el efecto Compton implican necesariamente una naturaleza corpuscular: fotones de energía E=h.

Parece fuera de toda duda que ciertos fenómenos, los que implican una interacción entre la luz y materia (efecto fotoeléctrico y efecto Compton), sólo se pueden explicar a base de una teoría corpuscular (cúantica) de la luz; por otra parte, los fenómenos de interferencia, difracción, polarización, etc, sólo pueden describirse como si tuviese una doble naturaleza, aunque en ningún fenómeno concreto manifieste simultáneamente este carácter dual. En un fenómeno dado se comporta bien como onda o bien como partícula.

6. Ondas estacionarias. ¿Qué diferencias existen entre una onda progresiva o viajera y una onda estacionaria?

Una onda estacionaria es el resultado de la superposición de dos ondas de igual frecuencia, amplitud y velocidad de propagación, pero que avanzan en sentidos opuestos; son un caso particular de interferencias.

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Si bien una onda estacionaria es el resultado de la superposición de dos ondas, en rigor una onda estacionaria no es un movimiento ondulatorio, puesto que no hay transporte neto de energía de unos puntos a otros. Los puntos del medio (excepto los nodos) vibran como si se tratase de un conjunto de osciladores armónicos, cada uno con su amplitud determinada, por lo que el perfil de la onda no se desplaza, es estacionario. Entre dos nodos la energía permanece estancada (en ellos Em=Ec=Ep=0).

7. Explicar los fenómenos de reflexión y refracción de una onda y las leyes que los rigen. De las siguientes magnitudes v, , f, T ¿Cuáles cambian y cuáles no varían?

Reflexión es el cambio de dirección que experimenta la dirección de propagación de una cuando choca con la superficie que separa dos medios distintos y retrocede avanzando por el mismo medio original.Leyes de la reflexión:

- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano.- El ángulo de incidencia y de reflexión son iguales.

Refracción es el cambio de dirección que experimenta la dirección de propagación de una onda cuando pasa de un medio a otro en el que se propaga a distinta velocidad.Leyes de la refracción:

- El rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano- Si un rayo incide oblicuamente sobre la superficie de separación, la relación entre las velocidades de

propagación de los medios de incidencia y refracción:

8. Energía e intensidad del movimiento ondulatorio. Variación con la distancia a la fuente emisora.

El movimiento ondulatorio es el resultado de la propagación de un movimiento ondulatorio vibratorio a través de un medio con transporte de energía aunque sin transporte de materia. La energía que se transporta es la energía con la que vibra el oscilador en el punto en que se origina la perturbación. Viene dada por la expresión:

Es decir, directamente proporcional a la masa y a los cuadrados de la frecuencia y la amplitud.

Se define intensidad de una onda tridimensional como la potencia por unidad de superficie (energía por unidad de tiempo y superficie):

Atenuación es la disminución de la intensidad y amplitud de una onda al repartirse su energía en superficies concéntricas cada vez más amplias, de manera que podemos establecer una relación entre las intensidades y la distancia al foco:

9. Explicar el fenómeno de la difracción de las ondas. En nuestra experiencia cotidiana es más frecuente la difracción de las ondas sonoras que la de las luminosas. ¿A qué se debe esto?

Es el cambio de dirección que experimenta la dirección de propagación de una onda cuando se encuentra con obstáculos o aberturas comparables a su longitud de onda.

La difracción se puede explicar a partir del principio de Huygens: los puntos del frente de onda incidente, al llegar al orificio, se transforman en emisores de ondas elementales, que interfieren con las originales

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según el principio de superposición. La relación entre la longitud de onda y el obstáculo determina la forma del nuevo frente de onda (la envolvente).

La difracción produce una gran variedad de fenómenos físicos: Hace que las ondas sonoras doblen una esquina, las de radio AM una montaña, la luz produzca una imagen en una cámara oscura o las olas cambien en canales estrechos; Las bombillas y estrellas alejadas se ven estrelladas por la difracción de la luz en las pequeñas irregularidades de la pupila; o los efectos producidos por una farola en la niebla o a través de un cristal empañado; es el factor limitante a la calidad de las imágenes en los sistemas ópticos (marca un límite a los que podemos ver con la luz); figuras de difracción.

Debido a que la longitud de onda del sonido (del orden de metros) es mucho mayor que la de la luz hay una gran variedad de fenómenos ordinarios asociados a la difracción del sonido en esquinas, muros,…

10. Explicar el concepto de ángulo límite y reflexión total. Describir alguna aplicación de este fenómeno.

Se denomina ángulo límite o crítico al mayor ángulo que puede formar un rayo incidente con la normal para que se produzca refracción. Un ángulo de incidencia mayor que el ángulo límite produce reflexión total y el rayo regresa por el mismo medio que el inicial. Para que suceda este fenómeno, el rayo debe pasar de un medio más refringente a otro menos refringente (de un medio en el que se propague a menos velocidad a otro que vaya más rápido).

Aplicaciones:- Fibra óptica (pequeños cables de fibra de vidrio en cuyo interior se produce la reflexión total de un

haz de luz). Se utilizan en endoscopias, telecomunicaciones, sistemas de iluminación y adorno,..- Sistemas de visión en periscopios y gemelos

- Detectores automáticos de lluvia en los automóviles (diferencia ángulos límite vidrio-aire y vidrio agua)

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Óptica geométrica

11. Describir el funcionamiento óptico del ojo humano.

El ojo es el órgano de la visión. La luz que procede de un foco se refracta en el cristalino y produce una imagen sobre la retina, que será real, invertida y disminuida.

Elementos principales del ojo:- Córnea (estructura hemisférica transparente localizada al frente del órgano ocular, que permite

el paso de la luz y que protege al iris y al cristalino), iris (membrana coloreada del ojo) y pupila (abertura de diámetro variable)

- Cristalino: lente convergente biconvexa de potencia (y focal variable). Sobre él actúan los músculos ciliares, que modifican su curvatura.

- Retina: cámara posterior del ojo, tapizada de células sensibles a la luz, que enlazan con el nervio óptico.

Acomodación. Es el proceso por el cual el ojo se adapta a objetos situados a distintas distancias.- Cuando el objeto se encuentra en el infinito, el cristalino relajado produce la imagen

directamente sobre su foco, la retina. Es el punto remoto del ojo.- A medida que el objeto se acerca, la imagen se produce más allá de la focal imagen. Para que

siga cayendo sobre la retina, los músculos filiares abomban el cristalino, reduciendo su distancia focal (aumentando su potencia), de manera que se sigue formando una imagen nítida sobre la retina.

- Este proceso de acomodación del cristalino tiene su límite en el punto próximo del ojo (distancia a partir de la cual el cristalino no puede seguir abombándose), que en un ojo sano está en torno a los 25cm.

Defectos de la visión y formas de corrección.

- Miopía: debido a un exceso de convergencia del cristalino (o un ojo más alargado) la imagen se produce antes de la retina, con lo que lo objetos alejados se van distorsionados. Los objetos cercanos se ven correctamente.Se corrige con lentes divergentes (que hace que el conjunto lente + cristalino se sitúe sobre la retina).

- Hipermetropía: debido a un defecto de convergencia del cristalino (o un ojo más corto) la imagen de los objetos próximos focaliza más allá de la retina y la imagen no es nítida. La visión lejana es normal.Se corrige con lentes convergentes (que hace que el conjunto lente + cristalino se sitúe sobre la retina)

- Presbicia (vista cansada): a medida que las personas se hacen mayores, disminuye la capacidad de contracción de los músculos filiares y, con ello, la capacidad de acomodación. Esto aleja el punto próximo y dificulta la visión a distancias cortas.Se corrige con lentes convergentes.

- Astigmatismo: la córnea no es perfectamente esférica y la curvatura vertical es diferente de la horizontal. Esto hace que no se enfoquen correctamente los objetos cercanos ni los lejanos, pues la luz procedente de un objeto que entra en la córnea en lugares diferentes se enfoca en zonas distintas.Se corrige con lentes cilíndricas (no esféricas)

12. Explicar el funcionamiento de la lupa y analizar las características de la imagen formada.

La lupa, o microscopio simple, es el más sencillo de los instrumentos ópticos: es una lente convergente de pequeña distancia focal (y, por tanto, de gran potencia) con la que se sitúa el objeto entre el foco objeto y la lupa, de manera que se obtiene una imagen virtual, derecha y aumentada.

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Con ello aumentamos el tamaño de la imagen en la retina (aumentando el ángulo de visión): cuando enfocamos con la lupa, la imagen se forma en el punto próximo (s'=-0,25m).

¿Puede verse esta imagen en una pantalla?

No, por tratarse de una imagen virtual la imagen se obtiene al prologar las direcciones de los rayos refractados pero éstos no se cruzan realmente y, por tanto, no pueden ser recogidos en una pantalla (esto no quita para que una lupa, lente convergente, pueda producir imágenes reales, pero en otra zona de funcionamiento)

13. Describir el funcionamiento de un proyector de diapositivas incluyendo un esquema gráfico de la formación de la imagen.

Un proyector de diapositivas es un dispositivo óptico-mecánico que sirve para ver diapositivas (transparencias fotográficas) proyectadas sobre una superficie lisa, como una pared.

Consta principalmente de una lente convergente, situándose la diapositiva (normalmente boca abajo) entre F y 2F; la imagen formada será real, invertida y aumentada.

14. Describir el funcionamiento de una cámara fotográfica representando gráficamente la formación de la imagen.

Una cámara fotográfica clásica consta principalmente de un objetivo (lente convergente o sistema de lentes), una caja opaca y una película fotográfica o sensor de imagen electrónico (CCD).

Su óptica se basa en una lente convergente que produce una imagen real, invertida y disminuida sobre la película fotográfica. Para ello el objeto se sitúa a una distancia mayor que 2F.

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Enfoque: Cuando se fotografía un objeto lejano, la imagen se forma en el foco imagen. Para enfocar objetos más próximos es necesario sacar el objetivo, es decir, alejar la lente de la película.

15. Describir el funcionamiento de un microscopio óptico

El microscopio es un aparato que se utiliza para ver aumentados objetos muy próximos y de pequeño tamaño. Está formado por dos lentes convergentes: el objetivo (la más próxima al objeto) y el ocular (la más cercana al ojo).

Su funcionamiento óptico es el siguiente:- Se sitúa el objeto a observar entre 2F y F del objetivo; se forma así una imagen real, invertida y

aumentada.- La imagen producida por el objetivo se sitúa entre F y el ocular, con lo que esté produce una

imagen virtual, directa y aumentada.- La imagen final será virtual, invertida y muy aumentada.

¿Cómo se calculan los aumentos?

El aumento de un microscopio se calcula multiplicando los aumentos dados por el objetivo y el ocular.

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Campo gravitatorio

16. Momento angular.

Para un cuerpo de masa m que se desplaza alrededor de un punto P, se define su momento angular, , como el momento de la cantidad de movimiento o momento lineal, es decir:

es un vector cuyas características vienen determinadas por las

propiedades del producto vectorial de dos vectores:- Módulo: - Dirección: perpendicular al plano formado por y - Sentido: el avance de un sacacorchos o tornillo que gira de a .

Teorema del momento angular

La variación del momento angular de una partícula con respecto a un punto, en la unidad de tiempo, es igual al momento resultante de las fuerzas que actúan sobre la partícula con respecto a dicho punto.

Teorema de conservación del momento angular

Si el momento de fuerzas exteriores sobre una partícula es cero, su momento angular permanece constante.

Describir un movimiento en el que se cumpla el teorema de conservación del momento angular.

Los movimientos realizados bajo fuerzas centrales (aquellas que están dirigidas en todo momento hacia un punto y su módulo depende únicamente de la distancia a dicho punto), por ejemplo, las fuerzas gravitatorias y electrostáticas, cumplen el teorema de conservación del momento angular (su momento es cero porque su dirección es la misma que y, por tanto, el ángulo que forman es de 0º y su momento, producto vectorial de la fuerza por el vector posición, es cero).

17. Escribir las leyes de Kepler que explican el movimiento de los planetas alrededor del Sol.

1ª Todos los planetas se mueven alrededor de Sol siguiendo órbitas elípticas (estando el Sol situado en uno de los focos de la elipse)

2ª En su movimiento, el radio vector de los planetas con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

3ª Los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales a los cubos de las distancias medias (o semiejes mayores de las órbitas) de los respectivos planetas al Sol.

Basándose en la ley de la gravitación de Newton, explicar la tercera ley para órbitas circulares. (o deducir, para una órbita circular, la tercera Ley de Kepler que relaciona el período con el radio de las órbitas de los planetas.)

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Un planeta girando en torno al Sol describe un movimiento periódico circular debido a la acción de la atracción gravitatoria del Sol, que actúa de fuerza centrípeta: Fg=Fc

Reorganizando términos:

Como 2π, la constante de gravitación universal y la masa del Sol son valores constantes, queda demostrada la 3ª Ley de Kepler para órbitas circulares.

18. Definir un campo de fuerzas conservativo y analizar sus diferencias con los no conservativos.

Se define campo de fuerzas conservativo como aquel que cumple cualquiera de las siguientes propiedades:

- El trabajo realizado por las fuerzas del campo es independiente de la trayectoria elegida para pasar de un punto a otro (o dicho de otra manera: que sólo depende de la situación inicial y final).

- El trabajo de las fuerzas del campo a lo largo de cualquier trayectoria cerrada es cero.

- Existe una función escalar, energía potencial, tal que:

Poner algún ejemplo de cada uno de ellos.

Ejemplo de campo de fuerzas conservativo: campo gravitatorio, campo electrostáticoEjemplo de campo de fuerzas no conservativo: campo magnético

19. Definir brevemente la intensidad del campo y el potencial gravitatorios. Caso de una masa puntual.

Campo gravitatorio es la región del espacio en la que se aprecia la perturbación provocada por la masa de un cuerpo. Dada una masa puntual M, llamamos intensidad del campo gravitatorio, , a la fuerza que una

masa M ejerce sobre un cuerpo de masa unidad colocada en ese punto; su módulo es (N/kg),

siendo su dirección y sentido hacia la masa que genera dicho campo.

Potencial gravitatorio (V) en un punto es la energía potencial por unidad de masa en ese punto.

. Es una magnitud escalar medida en J/kg. Desde un punto de vista físico, se define el

potencial en un punto como el trabajo que realizan las fuerzas del campo para llevar la unidad de masa desde ese punto hasta fuera del campo (el infinito), con velocidad constante.

20. Energía mecánica de un satélite artificial que gira alrededor de la Tierra a una altura h de su superficie.Dado que un satélite gira alrededor de la Tierra debido a la fuerza gravitatoria de atracción (que hace de fuerza centrípeta) y la fuerza gravitatoria es una fuerza conservativa, el satélite tendrá una energía mecánica constante que se calculará como la suma de sus energías cinética y potencial:

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A

B

Podemos expresarlo también de otra manera. Como la fuerza gravitatoria hace de fuerza centrípeta, tenemos que:

Sustituyendo el valor de la velocidad en la energía cinética y operando:

Luego la energía mecánica de un satélite en su órbita es la mitad de su energía potencial.

21. Si de alguna manera el radio de la Tierra se redujese a la mitad sin alterar su masa. ¿Cuál sería el valor de g sobre la nueva superficie? ¿Cuál sería el valor de g a una distancia de la superficie igual al radio inicial?

El módulo del campo gravitatorio en un punto exterior a nuestro planeta se calcula con la siguiente expresión:

Donde r es la distancia al centro de la Tierra.Su valor, cuando r = RT es de 9,8 N/kg y está dirigido hacia el centro de la Tierra.Caso 1: r = R/2

Caso 2: r = RT + RT = 2RT

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Campo electrostático

22. Definir la intensidad de campo eléctrico y el potencial electrostático. Ley de Coulomb. Ejemplo.

Intensidad de campo eléctrico

Consideremos un punto material de carga q1 que se encuentra en un lugar del espacio. El campo electrostático es la región del espacio en la que se aprecia la perturbación de tipo eléctrico creada por él. Definimos intensidad

de campo eléctrico en un punto ( ) como la fuerza que el cuerpo de carga q1 ejerce por cada unidad de carga positiva colocada en dicho puntoEs una magnitud vectorial cuyo valor en cada punto viene dado por:

Potencial electrostático

Se denomina potencial un punto (V) a la energía potencial por unidad de carga positiva en ese punto.

Es un campo escalar. También se puede definir como el trabajo que realizan las fuerzas del campo para llevar la unidad de carga desde ese punto hasta fuera del campo (el infinito), con velocidad constante.

Ley de Coulomb

Dos cuerpos cargados se atraen o repelen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.Su módulo viene dado por:

Dirección la de la recta que une ambos cuerpos y sentido dependiente del signo relativo de las cargas (mismo signo se rechazan, signos contrarios se atraen).

23. Definir líneas de fuerza y superficies equipotenciales en el campo electrostático. Aplicación al caso de una única carga puntual, tanto positiva como negativa.

Líneas de fuerza (campo): son líneas tangentes, en cada punto, al vector intensidad de campo en ese punto. En un campo creado por una única carga puntual, las líneas de campo tienen dirección radial y un sentido que depende del signo de la carga que crea el campo. Las cargas positivas se llaman manantiales de líneas de campo, y las negativas, sumideros. Una carga positiva se desplazará en el sentido que indican las líneas de campo.

Superficies equipotenciales: son regiones del espacio para las cuales el potencial eléctrico tiene el mismo valor. En consecuencia, el trabajo necesario para desplazar una carga de un punto a otro de una superficie equipotencial es nulo. Si el campo está creado por una única carga puntual, las superficies equipotenciales son esferas con centro en la carga puntual.

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24. Una partícula cargada positivamente entra en una región con un campo electrostático uniforme. Describir el movimiento de la partícula a) cuando el campo tiene la misma dirección y sentido b) cuanto tiene la misma dirección pero distinto sentido c) cuando forman un ángulo

En presencia de un campo electrostático uniforme, una carga eléctrica positiva experimentará una fuerza eléctrica del mismo sentido que el campo lo cual dará lugar a una aceleración en su mismo sentido, constante y de valor:

Misma dirección y sentido

La aceleración tendrá el mismo sentido que la velocidad y la partícula describirá un movimiento rectilíneo y uniforme; su velocidad irá en aumento.

Misma dirección pero distinto sentido

La aceleración tendrá sentido contrario que la velocidad y la partícula describirá un movimiento rectilíneo y uniforme; su velocidad irá disminuyendo hasta que la partícula se pare y cambie de sentido.

Forman un ángulo

Aparecerá una aceleración constante paralela al campo, que afectará a la componente de la velocidad paralela al mismo (movimiento uniformemente acelerado). La componente de la velocidad perpendicular no se verá afectada (movimiento uniforme). La composición de ambos movimientos será una trayectoria parabólica.

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25. Analogías y diferencias entre los campos gravitatorio y eléctrico.

CAMPO GRAVITATORIO CAMPO ELÉCTRICOSEMEJANZAS

- Son conservativos- Las líneas de fuerza son abiertas, empiezan en un punto (fuentes del campo o el infinito) y terminan en

algún otro (sumideros de campo o el infinito)- Se puede definir una función escalar (potencial) y construir superficies equipotenciales. Las líneas de

campo son perpendiculares a dichas superficies.- Las fuerzas debidas a los campos gravitatorio y eléctrico son centrales- Las fueras gravitatorias y eléctricas tienen siempre la dirección del vector intensidad de campo

DIFERENCIASLa constante G es universal. Debido a su pequeño valor la fuerza es muy pequeña salvo para cuerpos de gran masa.

La constante K depende del medio. Debido a su valor, las fuerzas son intensas.

No tiene fuentes; sus líneas de campo siempre empiezan en el infinito.

Puede tener fuentes (cargas positivas) y sumideros (las negativas)

Las fuerzas gravitatorias son siempre de atracción Las fuerzas eléctricas pueden ser de atracción o repulsión

Una masa sólo crea campos gravitatorios, tanto si está en reposo como en movimiento

Una carga eléctrica crea un campo eléctrico si está en reposo y un campo eléctrico y uno magnético si está en movimiento

Todo cuerpo crea un campo gravitatorio El cuerpo tiene que estar además cargadoUna partícula en reposo, abandonada a la acción del campo gravitatorio, se mueve siempre en la dirección y sentido del vector intensidad de campo

Una carga en reposo, abandonada a la acción de un campo eléctrico, lo hace en la dirección del vector intensidad de campo, pero su sentido es el mismo si la carga es positiva y contrario si la carga es negativa

Los cuerpos se desplaza espontáneamente en el sentido de los potenciales decrecientes

Las cargas positivas se desplazan espontáneamente en el sentido de los potenciales decrecientes. Las cargas negativas se desplazan espontáneamente en el sentido de los potenciales crecientes.

No se puede apantallar Se puede apantallar

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Campo magnético

26. ¿Cómo se han de aplicar un campo magnético uniforme y un campo eléctrico uniforme sobre una partícula que se mueve con una velocidad v para que la fuerza total sobre la partícula se anule? ¿Cuál ha de ser la relación entre dichos campos para que se cumpla la relación? (Una carga eléctrica con velocidad v entra en una región del espacio en la que coexisten un campo magnético de intensidad B y otro eléctrico de intensidad E, ambos uniformes. Si en el instante inicial v es perpendicular a B, determinar el módulo, dirección y sentido de E, para que la fuerza resultante sobre la carga sea nula.)

En el seno de un campo eléctrico y un campo magnético, para que una carga en movimiento:- Se mueva con velocidad constante (movimiento rectilíneo, no se desvíe)- Su aceleración sea cero- La fuerza total sobre la partícula se anule se han de cumplir las condiciones siguientes:

+ Los vectores campos y la velocidad han de ser perpendiculares entre sí de manera que las fuerzas eléctrica y magnética tengan sentidos opuestos como, por ejemplo, en el dibujo siguiente:

+ Sus módulos han de guardar la siguiente relación

27. En un instante dado un electrón se mueve con velocidad v, sobre el eje x en sentido positivo en una región en que existe un campo magnético B, en sentido negativo del eje z, ¿Cuál es la dirección y sentido de la fuerza magnética? ¿Cuánto vale? ¿Qué tipo de movimiento describirá el electrón?

La fuerza magnética sobre una carga en movimiento es:

Para nuestro caso concreto, la fuerza magnética sobre el electrón será la siguiente:- Módulo: - Dirección: perpendicular a los vectores velocidad y campo magnético- Sentido: el contrario al avance de un sacacorchos que gira de v a B por el camino más corto (inicialmente según el eje -Y)

El electrón describirá un movimiento circular uniforme en el plano XY.

28. Comentar qué ocurre si un protón se abandona en reposo en una región donde hay un campo eléctrico E y un campo magnético B de sentidos opuestos.

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+ En el momento inicial está en reposo (v=0). Por tanto no existe fuerza magnética y el campo eléctrico producirá una fuerza eléctrica en su mismo sentido que proporcionará una aceleración al protón, el cual comenzará a moverse en sentido del campo.

+ Una vez que la carga ha comenzado a moverse, la fuerza eléctrica continúa como en el apartado anterior y el campo magnético sigue sin influir (su fuerza magnética es nula) porque el campo magnético y la velocidad tienen la misma dirección y, por tanto, su producto vectorial es nulo.

29. Un protón se mueve con velocidad v de módulo constante en una zona del espacio sin sufrir desviación en su trayectoria. ¿Puede asegurarse que no existe campo magnético en esa zona? Si existiera un campo magnético perpendicular a la velocidad del protón. ¿Cómo sería la trayectoria de éste?. Razonar las contestaciones.

+ No podemos asegurar que no exista un campo magnético en esa zona, ya que si el campo magnético tiene la misma dirección que la velocidad (mismo o distinto sentido) entonces la fuerza magnética es cero, la aceleración cero y la velocidad se mantiene constante.

+ Si existiera un campo magnético perpendicular a la velocidad del protón, se originaría una fuerza magnética perpendicular a la velocidad que le haría girar. Si dicho campo magnético fuese uniforme, el protón describiría un movimiento circular uniforme de radio:

30. Acción de un campo magnético sobre una carga eléctrica. Explicar los distintos casos que pueden darse, con ayuda de representación gráfica.

Cuando un cuerpo cargado penetra con una velocidad en una región del espacio donde existe un campo magnético , se ve sometido a una fuerza:

Se pueden presentar los siguientes casos:

+ Carga en reposo: la fuerza magnética es nula y la carga no se mueve.

+ Carga moviéndose en una dirección paralela al campo magnético. El producto vectorial es cero y, por tanto la fuerza nula. La partícula se mueve con movimiento rectilíneo uniforme.

+ Carga moviéndose en una dirección perpendicular al campo magnético: se crea una fuerza magnética perpendicular al movimiento de la carga que actúa de fuerza de fuerza centrípeta, haciéndola girar.Si el campo magnético es uniforme la partícula describe un movimiento rectilíneo uniforme de radio:

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+ Carga moviéndose en una dirección que forma un ángulo con el vector intensidad de campo magnético. Podemos descomponer la velocidad en dos componente, una paralela al campo y la otra perpendicular. La paralela no experimenta ninguna influencia pero aparece una aceleración debida a la fuerza magnética sobre la componente perpendicular, que le hace girar. La composición de ambos movimientos, se traduce, si el campo es uniforme en un movimiento helicoidal.

31. Un electrón se mueve con velocidad v de módulo constante en una zona del espacio sin sufrir desviación en su trayectoria. ¿Puede asegurarse que no existe campo magnético en esa zona? ¿y campo eléctrico? Razonar las contestaciones.

+ No podemos asegurar que no exista un campo magnético en esa zona, ya que si el campo magnético tiene la misma dirección que la velocidad (mismo o distinto sentido) entonces la fuerza magnética es cero, la aceleración cero y la velocidad se mantiene constante.

+ No puede existir únicamente un campo eléctrico ya que un campo eléctrico siempre produce sobre un electrón una fuerza eléctrica de sentido contrario al campo y por tanto una aceleración, que modificará la velocidad de la partícula.

+ Podría haber un campo eléctrico y otro magnético, perpendiculares entre sí y a la velocidad, con una determinada relación de módulos que anulase las dos fuerzas y la aceleración permaneciese nula.

32. Explicar cómo es la fuerza que experimenta una partícula cargada (una carga en movimiento) cuando se mueve en el seno de un campo magnético (Ley o “Fuerza” de Lorentz). Poner algún ejemplo.

Cuando un cuerpo cargado penetra con una velocidad en una región del espacio donde existe un campo magnético , se ve sometido a una fuerza:

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Dicha fuerza tendrá las siguientes características:- Módulo: donde α es el ángulo que forman los dos vectores. Por tanto, su valor depende de la carga, la velocidad y el campo; es máxima cuando la velocidad y el campo son perpendiculares y nula cuando tienen la misma dirección.- Dirección: siempre perpendicular a los vectores velocidad e intensidad del campo magnético- Sentido: el del avance de un sacacorchos que gira de la velocidad al campo si la carga es positiva y sentido contrario si es negativa.

33. Campos magnéticos producidos por corrientes. Poner un ejemplo para una corriente rectilínea e infinita.

Ley de Biot-Savart: un elemento diferencial de corriente

crea un campo magnético de valor .

Sobre la línea del hilo de corriente el campo magnético es 0. En cualquier otro punto P que esté en un plano perpendicular al hilo de corriente, las líneas del campo magnético serán circunferencias concéntricas con centro en el hilo de corriente. Su sentido dependerá del sentido de avance de la corriente.

Integrando, tenemos que para un hilo rectilíneo e infinito el campo magnético en un punto P cuya distancia más corta al hilo

sea x tiene el valor: . Las líneas del campo son

circunferencias centradas en el hilo que se encuentran en el plano perpendicular al mismo, y su sentido viene dado por la regla de la mano derecha.

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Inducción electromagnética

34. Ley de Faraday-Lenz de la Inducción Electromagnética

Definimos el flujo magnético que atraviesa una superficie como el producto escalar del vector intensidad de

campo magnético por el vector superficie que caracteriza dicha superficie, esto es: (representa el número de líneas de campo que atraviesan una proyección perpendicular de dicha superficie).

La ley de Faraday (o Faraday-Henry) indica que el flujo magnético que atraviesa un circuito crea una fuerza electromotriz inducida que es directamente proporcional a la velocidad de variación del flujo. La Ley de Lenz dice que la corriente inducida es tal que, directamente o por sus efectos, se opone a la causa que la produce.Ambas leyes quedan recogidas en la siguiente ecuación:

Se producirá, pues, una fuerza electromotriz cuando varíe el flujo magnético es decir cuando:varíe el campo magnéticovaría la superficie del circuito

varíe el ángulo que forman los vectores y

La Ley de Lenz es consecuencia directa del principio de conservación de la energía. Cuando el flujo magnético que atraviesa un circuito varía, se generará una fuerza electromotriz que creará una corriente eléctrica que producirá un campo magnético inducido que se opondrá a dicha variación. Esto produce, en la práctica, que sea necesario realizar un trabajo (para seguir haciendo girar el circuito o desplazar una barra que cambia la superficie o acercar/alejar un imán,...) de manera que se conserve la energía (en caso contrario estaríamos creando energía eléctrica de la nada, violando dicho principio).

¿Se puede inducir una fuerza electromotriz en una espira que está en una región de campo magnético constante?Sí. Se produce fuerza electromotriz siempre que varía el flujo magnético que atraviese la espira, por ejemplo por variación de su superficie o por variación del ángulo que forma su vector superficie con el campo magnético (por ejemplo giro en torno a un diámetro), aunque el campo magnético permanezca constante.

El generador de corriente alterna.Una de las principales aplicaciones de la inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas, principalmente de la corriente alterna, cuyo uso es fundamental en la industria y los hogares.Un generador elemental de corriente alterna o alternador consta de una bobina plana formada por N espiras que gira con una velocidad angular constante en el seno de un campo magnético uniforme de intensidad

. En la bobina se induce una fuerza electromotriz al variar periódicamente el flujo que la atraviesa.

Aplicaciones+ Generadores de corriente: alternadores (alterna) y dinamos (continua)+ Transformadores: aparatos que aumentan o reducen el voltaje de la corriente manteniendo la potencia. Su

funcionamiento se debe a la inducción electromagnética, entre dos devanados de distinto número de espiras acoplados a través de un núcleo de hierro.

+ Otras aplicaciones:- Cocinas de inducción- Hornos de inducción- Ralentizadores eléctricos en los frenos de los camiones- Timbres eléctricos- Micrófonos y altavoces

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¿Qué corriente inducida aparece en una espira conductora cuando se le acerca el polo de un imán? ¿y cuando se le aleja? Razonar.Se genera una fuerza electromotriz que crea una corriente eléctrica que produce un campo magnético inducido que se opone a la variación del flujo magnético.Así, cuando acerquemos un imán, el flujo magnético creado por el imán aumentará y la intensidad eléctrica producida en la espira generará un campo magnético opuesto al producido por el imán. Esto se traduce en que si acercamos el polo norte de un imán la espira se convertirá en un imán que opondrá su polo norte de manera que se genere una fuerza de repulsión que se oponga a que sigamos acercando el imán (habrá que realizar un trabajo para ello, que se convertirá en la energía eléctrica generada en la espira).Cuando alejemos un imán, el flujo magnético creado por el imán disminuirá y la intensidad eléctrica producida en la espira generará un campo magnético del mismo sentido (para que no disminuya). Esto se traduce en que si alejamos el polo norte de un imán la espira se convertirá en un imán que opondrá su polo sur de manera que se genere una fuerza de atracción que se oponga a que sigamos alejando el imán (habrá que realizar un trabajo para ello, que se convertirá en la energía eléctrica generada en la espira).

35. Definir y explicar brevemente el fenómeno de la inducción electromagnética. Mediante un ejemplo sencillo, explica las leyes de Faraday y de Lenz.

Se denomina inducción electromagnética a la producción de corriente eléctrica por la acción de campos magnéticos. Siempre que varía el flujo magnético que atraviesa un circuito se genera una fuerza electromagnética que crea una corriente eléctrica que produce un campo magnético inducido que se opone a la variación de dicho flujo. La intensidad de la corriente es tanto mayor cuanto más rápidamente varía dicho flujo.Ejemplo sencillo:

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36. Describir el funcionamiento del generador de corriente alterna. ¿Cuáles son las diferencias entre las distintas centrales de producción de energía (térmicas, hidroeléctricas, nucleares,...).

El elemento básico de una central eléctrica es el alternador. Para hacerle girar se acopla el eje del alternador al eje de una turbina. La turbina es una máquina cuyo eje gira cuando sobre sus álabes incide agua (turbina de agua) o vapor (turbina de vapor) o viento. La energía cinética del fluido incidente sobre los álabes se transforma en energía de rotación del eje de la turbina. Según la fuente de energía utilizada, las centrales eléctricas son de distintos tipos. Todas ellas tienen en común el aprovechamiento de una energía primaria para hacer girar el eje de la turbina que, acoplado al eje del alternador, da lugar a la producción de una corriente alterna por inducción electromagnética. El conjunto turbina-alternador se suele denominar grupo turbogenerador de la central.

La energía eléctrica se produce a gran escala en las centrales eléctricas. Las centrales eléctricas convierten la energía obtenida de una fuente de energía primaria en energía eléctrica. Según la procedencia de dicha energía tenemos:- Centrales térmicas: a partir del calor liberado en la quema de combustibles fósiles, biomasa,...- Centrales nucleares: a partir del calor liberado en la fisión del uranio- Centrales solares: a partir del calor del sol concentrado mediante espejos- Centrales eólicas: a partir de la energía cinética del viento- Centrales hidráulicas: a partir de la energía potencial almacenada en un embalse que se convierte en

cinética del agua moviendo las hélices

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Física cuántica

37. ¿Cuál es hipótesis fundamental de la teoría de Plank? ¿Cuáles son las dimensiones de la constante de Plank?

Planck concibe la idea de que la emisión/absorción de radiación por parte de la materia no tiene lugar de manera continua como proponía la física clásica sino de manera discontinua y establece la siguiente hipótesis:La luz es emitida por la materia en cantidades discretas e indivisibles denominas cuantos, cuya energía es proporcional a la frecuencia ν de la radiación emitida: E = h νSiendo h una constante cuyo valor es 6,62·10-34Js

38. Efecto fotoeléctrico.

Es la emisión de electrones por parte de ciertas sustancias (generalmente metales), cuando son irradiados con radiación electromagnética de frecuencia superior a una característica para cada sustancia.Podemos disponer de siguiente dispositivo experimental para su estudio:

Cuando se ilumina el cátodo metálico se arrancan electrones que son acelerados por una diferencia de potencial hacia el ánodo, cerrándose el circuito y apareciendo una corriente eléctrica.

Resultados experimentales El efecto fotoeléctrico es instantáneo, no se aprecia retraso alguno en el momento en el que el

cátodo es iluminado. La intensidad de corriente (equivalente al número de electrones emitidos) es proporcional a la

intensidad de la luz incidente. La velocidad de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz incidente. La velocidad de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la radiación Por debajo de una frecuencia mínima, umbral νo, que depende de la naturaleza del metal, no se

presenta el efecto fotoeléctrico.

Explicación cuántica de Einstein

Alguno de dichos fenómenos no pueden ser explicados por la física clásica y Einstein (1905) establece lo siguiente:

- La radiación no sólo se emite de forma discreta (hipótesis de Planck), sino que se propaga y es absorbida de la misma manera.

- Cuando un cuanto de radiación (fotón) de energía E=hν choca contra un electrón del metal, es absorbido y, si su energía es suficiente, puede arrancar el electrón del metal.

- La energía cinética máxima de los electrones (fotoelectrones) emitidos puede calcularse como la diferencia entre la energía del fotón absorbido y el trabajo de extracción:

Ec = Efotón - Wo

Donde: es la energía cinética máxima de los fotoelectrones emitidos

es la energía del fotón incidente

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CÁTODO

ÁNODO

es el trabajo (o energía) de extracción característica del metal (energía mínima

necesaria para arrancar un electrón). νo y λo son, respectivamente, la menor frecuencia/mayor longitud de onda para las que se produce el efecto fotoeléctrico.

Fenómenos naturales y aplicaciones del efecto fotoeléctrico

- Las células fotovoltaicas que producen energía eléctrica a partir del sol se basan en una variante del efecto fotoeléctrico.

- Células fotoeléctricas para sensores de dispositivos de seguridad en el cierre y apertura de puertas o para contar piezas en cadenas de fabricación.

- Acción sobre cuerpos sometidos continuamente a la luz solar, como la carga del polvo lunar que acaba elevándose y produciendo una tenue atmósfera o la aparición de enormes diferencias de potencial entre las caras iluminadas/oscuras de los satélites, que pueden freír sus circuitos.

- Facilitación de reacciones fotoquímicas en los tejidos vivos, especialmente en la fotosíntesis.

Al iluminar con una luz azul una fuente emite fotoelectrones pero no en el caso de una luz verde. ¿Qué ocurriría al iluminar la fuente con luz roja? ¿y con luz ultravioleta?

Si se produce efecto fotoeléctrico con el azul pero no el verde, la frecuencia umbral estará en una zona intermedia a ambos. Como la luz roja tiene menor frecuencia que el verde no producirá efecto fotoeléctrico; como la luz ultravioleta es de mayor frecuencia que el azul sí producirá efecto fotoeléctrico.Se puede hacer el mismo razonamiento con las longitudes de onda pero intercambiando mayor por menor y al revés.

Si se duplica la frecuencia de la radiación que incide sobre la superficie de un metal ¿se duplica la velocidad de los electrones extraídos?

No. Si despejamos la velocidad de la energía cinética de los electrones más rápidos en el efecto fotoeléctrico tenemos que:

Luego la velocidad aumentará con la frecuencia pero no se duplicará si ésta se duplica.

En el efecto fotoeléctrico se habla de frecuencia umbral ¿qué significado tiene? ¿Puede definirse también una intensidad umbral? ¿Y una longitud de onda umbral?

Frecuencia umbral es la frecuencia mínima que han de tener los fotones para producir efecto fotoeléctrico (aparece porque es la energía mínima del fotón que es capaz de suministrar la energía de extracción).No, la intensidad umbral no tiene sentido ya que es suficiente con que llegue un solo fotón de frecuencia adecuada para que se produzca el efecto fotoeléctrico.Sí, longitud de onda umbral es la máxima λ que puede llevar el fotón para que se produzca efecto

fotoeléctrico. Está relacionada con la frecuencia umbral mediante:

¿De qué características de la luz incidente depende la intensidad de la corriente fotoeléctrica cuando ésta se produce?

Si la frecuencia es la adecuada, la intensidad de la corriente producida depende de la intensidad de la onda incidente. A una mayor intensidad luminosa le corresponde un mayor número de electrones y, por

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tanto, dado que la intensidad eléctrica es la carga que atraviesa un conductor por unidad de tiempo, una mayor corriente eléctrica.

39. Dualidad onda-corpúsculo. Hipótesis de De Broglie.

De Broglie postula un doble comportamiento de la materia, como onda y corpúsculo, de manera que:

Toda partícula material, de masa m, que se mueve con velocidad v, lleva asociada una onda cuya longitud de onda y frecuencia vienen dadas por:

Dicha predicción fue confirmada por fenómenos de difracción de electrones en láminas metálicas delgadas. Estas ondas materiales, no obstante, tienen una longitud de onda demasiado pequeña como para que se ponga de manifiesto en las partículas grandes.De dichos experimentos surgió la Óptica electrónica, en la que se aprovecha el carácter ondulatorio del electrón; una de las primeras aplicaciones fue el microscopio electrónico, donde la pequeña longitud de onda asociada al electrón puede ser usada para ver objetos mucho menores que los observados usando luz visible.

40. Teorías sobre la naturaleza de la luz. Hechos experimentales que avalan estas teorías. (o "Naturaleza ondulatoria y corpuscular de la luz. Indicar fenómenos en los que se manifieste en cada una de ellas")

Aunque ya en el mundo clásico se conocían algunas propiedades de la propagación de la luz, es a mediados del siglo XVII cuando aparecen las primeras ideas científicas sobre su naturaleza. Durante más de un siglo se enfrentaron la teoría corpuscular de Newton y la teoría ondulatoria de Huygens.

Teoría corpuscular de la luz (Newton)

Luz formada por corpúsculos que siguen las leyes de la mecánica. Explica la propagación rectilínea, formación de sombras bien definidas, la propagación en el vacío y los fenómenos de reflexión y refracción.

Teoría ondulatoria (Huygens)

La luz se compone de minúsculas ondas del mismo tipo que el sonido. Como necesitan de un medio material para propagarse, supone la existencia de un medio ideal, el éter lumínico, que llena todo, incluso el vacío. Explicó las leyes de la reflexión y refracción (llega a la conclusión correcta de que su velocidad es menor en el agua o en el vidrio que en el aire) y las interferencias luminosas. Fue olvidada durante más de cien años por el prestigio de Newton.

Nuevos hechos a favor de la tª ondulatoria (comienzos s.XIX):- Experimentos de interferencias de Young y Fresnel sobre la difracción.- Polarización de la luz por Fresnel (indica que son ondas transversales)- Foucault demuestra que la velocidad en el agua o el vidrio es menor que en aire (en contra de la

corpuscular).

Síntesis electromagnética de Maxwell (1865)

La luz es una onda electromagnética que se propaga en el vacío sin necesidad de un soporte material a 3·108m/s. La teoría ondulatoria parece triunfar. La Óptica se fusiona con el Electromagnetismo.

Doble naturaleza de la luz: onda y corpúsculo.

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La hipótesis del cuerpo negro de Planck, la explicación del efecto fotoeléctrico de Einstein y el efecto Compton implican necesariamente una naturaleza corpuscular: fotones de energía E=h.

Parece fuera de toda duda que ciertos fenómenos, los que implican una interacción entre la luz y materia (efecto fotoeléctrico y efecto Compton), sólo se pueden explicar a base de una teoría corpuscular (cúantica) de la luz; por otra parte, los fenómenos de interferencia, difracción, polarización, etc, sólo pueden describirse como si tuviese una doble naturaleza, aunque en ningún fenómeno concreto manifieste simultáneamente este carácter dual. En un fenómeno dado se comporta bien como onda o bien como partícula.

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Física nuclear

41. Describir el fenómeno de la radioactividad natural.

Es el proceso por el cual los núcleos atómicos de ciertas sustancias emiten radiación de manera espontánea y se transforman en núcleos de elementos diferentes o bien en núcleos del mismo elemento en un estado de menor energía

Rayos α, β y γ.

Rayos α: son partículas positivas formadas por dos protones y dos neutrones (núcleos de helio). Gran poder ionizante pero escaso poder de penetración (los detienen un papel o la piel)Rayos β: Son electrones de gran velocidad (formados a partir del núcleo), carga negativa y mayor poder de penetración que las α (retenidos por una delgada lámina de metal)Rayos γ: radiación electromagnética de gran energía (no se desvían en campos eléctricos) de gran poder de penetración (se necesitan gruesas capas de hormigón)

Leyes de Soddy y Fajans sobre la desintegración radiactiva.

1ª ley: cuando un núclido emite una partícula α se transforma en otro núclido cuyo número atómico desciende en dos unidades y su número másico en cuatro

2ª ley: cuando un núclido emite una partícula β se transforma en otro núclido cuyo número atómico aumenta en una unidad y su número másico no varía.

3ª ley: cuando un núclido excitado emite radiación γ, sigue siendo el mismo núclido, pero en un estado energético diferente.

42. Definir: constante de desintegración, vida media, período de semidesintegración. ¿Cuál es la relación entre estas magnitudes?

Constante de desintegración (λ): probabilidad de desintegración de un núclido por unidad de tiempo (s-1)Vida media (τ): concepto estadístico relativo al tiempo que dura un núclido antes de desintegrarse (s)Período de semidesintegración (T1/2): tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos que había en la muestra (s)

43. Qué efectos tiene la radiación sobre el organismo?

Reciben el nombre de radiaciones ionizantes todas aquellas que, al interaccionar con la materia, arrancan electrones de sus átomos, provocando la aparición de iones. Son de este tipo las emisiones α, β y γ, así como los rayos cósmicos, neutrones, rayos X,... Dichas radiaciones afectan los procesos celulares, pudiendo producir muerte celular, daño del código genético, cáncer,...

Los efectos de la radiación sobre los seres vivos depende de diversos factores:- Tejido u órgano irradiado- Intensidad y tiempo de exposición a la radiación- Tipo y energía de la radiación.- Acción externa o interna (inhalación, ingestión)

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Efectos biológicos de la radiación:- Efectos funcionales como consecuencia inmediata de irradiaciones agudas: náuseas, vómitos, hemorragias, quemaduras e incluso la muerte.- Efectos a largo plazo debidos a la aparición de cáncer- Efectos genéticos debidos a lesiones en los cromosomas

¿Qué tipo de radiación es la más nociva? Razonar la contestación.

La radiación de mayor eficacia biológica relativa es la radiación alfa, extremadamente peligrosa por su gran poder de ionización. Por ello, dentro del organismo (inhalación, ingestión,...), los rayos alfa son particularmente peligrosos. Fuera del cuerpo, la piel detiene casi todos los rayos alfa (y los beta sólo penetran aproximadamente 1 cm) con lo cual no son tan peligrosos como los gamma, especialmente dañinos ya que penetran los tejidos humanos con gran eficiencia.

44. Defecto de masa y energía de enlace. Estabilidad de los núcleos. (o "La masa de un núcleo atómico ¿es mayor o menor que la suma de las masas de los nucleones que lo integran? Explicar el concepto de energía de enlace en el núcleo, y su relación con la estabilidad del mismo.")

Defecto de masa: si medimos la masa de un núcleo concreto, vemos que es inferior a la que resulta de sumar la masa de sus protones y neutrones. A este fenómeno se le denomina defecto de masa:

Energía de enlace: el defecto de masa se convierte en energía en el proceso de constitución del núcleo a partir de sus nucleones. Esta energía se denomina energía de enlace del núcleo:

Representa también la energía necesaria parar disgregar un núcleo en sus nucleones.

Dependiendo del elemento químico al que pertenezca, un núclido puede tener un número de nucleones muy diferentes. Lo que nos da una verdadera idea de la estabilidad de un núclido no es el valor absoluto de esta energía de enlace, sino el valor de la energía de enlace por nucleón:

Cuanto mayor es B/A más fuertemente unidos están os nucleones y, por tanto, más estable es el núcleo. La zona de mayor estabilidad está en torno al hierro, lo que propicia la fusión de elementos más ligeros y la fisión de elementos más pesados.

45. Energía de origen nuclear.

El origen de la energía nuclear se encuentra en que los productos resultantes tienen una masa menor que los iniciales, transformándose dicha pérdida de masa en una gran cantidad de energía, según la expresión de Einstein:

Fisión nuclear

Es el proceso en el que un núcleo, generalmente pesado, se rompe en dos fracciones más pequeñas. En su reacción más habitual el Uranio-235 absorbe neutrones lentos (los rápidos chocan de manera elástica) y se fragmenta en dos núcleos más pequeños liberándose neutrones, que si son ralentizados (mediante una cantidad suficiente de material radiactivo -masa crítica- o moderadores) pueden fisionar otros núcleos produciendo una reacción en cadena. La masa de los productos es ligeramente más pequeña que los elementos originales y de ahí procede la energía liberada.

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Ventajas (del uso de la fisión para producir electricidad)- Producen energía de manera más eficientes que las centrales térmicas de carbón y petróleo- No emiten gases que incrementen el efecto invernadero- Constituye uno de los pocos candidatos para generadores de energía en lugares de difícil

abastecimiento como submarinos, rompehielos o sondas espaciales.- Más barata que otras fuentes alternativas de energía

Inconvenientes:- Posible catástrofe debido a un accidente, ataque terrorista, terremoto,...- El Uranio y el Plutonio son combustibles no renovables- El tratamiento y almacenamiento de los residuos radiactivos (debido a su peligrosidad, al calor

que desprenden y a su larga vida media), es extremadamente costoso y no está resuelto en la actualidad.

- Dicha tecnología puede contribuir al aumento de armas nucleares

Fusión nuclear

Es el proceso que tiene lugar cuando dos o más núcleos ligeros dan lugar a otro de mayor masa. La masa de los productos de fusión es ligeramente inferior a la masa de los reactivos, lo que determina la liberación de la cantidad equivalente de energía. La fusión requiere energías muy altas para que los núcleos superen las enormes fuerzas de repulsión eléctrica y lleguen a unirse debido a la fuerza nuclea fuerte.

Ventajas - Utiliza, como combustible, elementos muy extendidos en la naturaleza (podría decirse que

inagotables).- No produce residuos radiactivos.- Gran rendimiento (mayor incluso que las de fisión)

Inconvenientes (¿A qué se debe que los reactores de fusión no sean aún una realidad como son los reactores de fisión?)- Debido a la necesidad de romper la fuerza de repulsión de los núcleos la temperatura es de

millones de grados (la materia se encuentra en estado de plasma) y no existen materiales que puedan resistirla. Se investiga con métodos de confinamiento magnético e inercial mediante láseres.

Analogías y diferencias entre la fisión y la fusión

Fisión FusiónUn núcleo pesado se descompone en otros más pequeños y proyectiles que pueden provocar una reacción en cadena

Dos o más núcleos ligeros se unen para dar lugar a otro de mayor masa

La reacción se produce de manera sencilla (los neutrones, partículas sin carga, no son rechazados por los núcleos; sólo hay que moderarlos)

Se necesita vencer la repulsión electrostática de los núcleos y alcanzar temperaturas de centenares de millones de grados

Se ha conseguido realizar de manera controlada e incontrolada

Sólo se ha conseguido de manera incontrolada

Genera gran cantidad de energía Genera unas cuatro veces la energía de la fisiónGran cantidad de radiación y residuos peligrosos Produce muchísimos menos residuos y menos

peligrososCombustible no renovable y de difícil producción (uranio enriquecido)

Elementos muy extendidos en la naturaleza (deuterio, hidrógeno, helio,...)

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