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CAMPO GRAVITACIONAL
Mercurio describe una órbita elíptica alrededor del sol. En el afelio su distancia al sol es
de 6’99·1010 m y su velocidad orbital es de 3’88·104 m/s, siendo su distancia al sol en el
perihelio de 4’60·1010 m.
a) Calcule la velocidad orbital de Mercurio en el perihelio.
b) Calcule las energías cinética, potencial y mecánica de Mercurio en el perihelio.
c) Calcule el módulo de su momento lineal y de su momento angular en el perihelio.
d) De las magnitudes calculadas en los apartados anteriores, decir cuáles son iguales que
en el afelio.
Datos: Masa de mercurio 3’18·1023 kg; Masa del sol 1’99·1030 kg, G = 6’67·10-11 N·m2·kg-2
Un planeta esférico tiene 3200 km de radio y la aceleración de la gravedad en su
superficie es 6’2 m·s-2. Calcule:
a) La densidad media del planeta y la velocidad de escape desde su superficie.
b) La energía que hay que comunicar a un objeto de 50 kg de masa para lanzarlo desde
la superficie del planeta y ponerlo en órbita circular alrededor del mismo, de forma que
su período sea de 2 horas.
Datos: Constante de Gravitación Universal G = 6’67·10-11 N·m2·kg-2
Desde la superficie terrestre se lanza un satélite de 400 kg de masa hasta situarlo en una
órbita circular a una distancia del centro de la Tierra igual a las 7/6 partes del radio
terrestre. Calcule:
a) La intensidad del campo gravitatorio terrestre en los puntos de la órbita del satélite.
b) La velocidad y el período que tendrá el satélite en la órbita.
c) la energía mecánica del satélite en la órbita.
d) La variación de la energía potencial que ha experimentado el satélite al elevarlo
desde la superficie de la Tierra hasta situarlo en su órbita.
Datos: Constante de Gravitación Universal G = 6’67·10-11 N·m2·kg-2, Radio de la tierra = 6370 km, masa
de la tierra = 5’98·1024 kg.
Un satélite artificial de 200 kg describe una órbita circular alrededor de la tierra. La
velocidad de escape a la atracción terrestre desde esa órbita es la mitad que la velocidad
de escape desde la superficie terrestre.
a) Calcule la fuerza de atracción entre la Tierra y el satélite.
b) Calcule el potencial gravitatorio en la órbita del satélite.
c) Calcule la energía mecánica del satélite en la órbita.
d) ¿Se trata de un satélite geoestacionario?. Justifique la respuesta.
Datos: G = 6’67·10-11 N·m2·kg-2. Masa de la Tierra : 5’98·1024 kg. Radio de la Tierra: 6’37·106
m
Fobos es un satélite de Marte que gira en una órbita circular de 9380 km de radio,
respecto al centro del planeta, con un período de revolución de 7’65 horas. Otro satélite
de Marte, Deimos, gira en una órbita de 23460 km de radio. Determine:
a) La masa de Marte.
b) El período de revolución del satélite Deimos.
c) La energía mecánica del satélite Deimos.
d) El módulo del momento angular de Deimos con respecto al centro de Marte.
Datos: G = 6’67·10-11 N·m2·kg-2; Masa de Fobos: 1’1·1016 kg; Masa de Deimos: 2’4·1015 kg.
Un satélite artificial de 100 kg se mueve en una órbita circular alrededor de la Tierra
con una velocidad de 7’5 km/s. Calcule:
a) El radio de la órbita.
b) La energía potencial del satélite.
c) La energía mecánica del satélite.
d) La energía que habría que suministrar al satélite para que describa una órbita circular
con radio doble que el de la órbita anterior.
Datos: G = 6’67·10-11 N·m2·kg-2 Masa de la Tierra: 5’98·1024 kg; Radio de la Tierra: 6’37·106 m.
BLOQUE 2: ELECTROMAGNETISMO
CAMPO ELÉCTRICO
Se crea un campo eléctrico uniforme de intensidad 6·104 N/C entre dos láminas metálicas planas
y paralelas que distan entre sí 2’5 cm. Calcule:
a) La aceleración a la que está sometido un electrón situado en dicho campo.
b) Si el electrón parte del reposo de la lámina negativa, ¿Con qué velocidad llegará a la lámina
positiva?.
NOTA: se desprecia la fuerza gravitacional.
DATOS: Valor absoluto de la carga del electrón: e = 1’6·10 -19 C; Masa del electrón: m = 9’1·10-31 kg.
Dos cargas fijas Q1 = + 12´5 nC y Q2 = - 2’7 nC se encuentran situadas en los puntos del plano
XY de coordenadas (2,0) y (-2,0) respectivamente. Si todas las coordenadas están expresadas en
metros, calcule:
a) El potencial eléctrico que crean estas cargas en el punto A (-2,3).
b) El campo eléctrico creado por Q1 y Q2 en el punto A.
c) El trabajo necesario para trasladar un ión de carga negativa igual a -2e del punto A al punto
B, siendo B (2,3), indicando si es a favor o en contra del campo.
d) La aceleración que experimenta el ión cuando se encuentra en el punto A.
DATOS: Valor absoluto de la carga del electrón: e = 1’6·10 -19 C. Constante de la ley de Coulomb K =
9·109 N·m2·C-2; Masa del ión M = 3’15·10-26 kg
Una esfera maciza no conductora, de radio R = 20 cm, está cargada uniformemente con una carga de Q =
+1×10-6 C.
a) Utilice el teorema de Gauss para calcular el campo eléctrico en el punto r = 2R y determine el potencial
eléctrico en dicha posición.
b) Si se envía una partícula de masa m = 3×10-12 kg, con la misma carga +Q y velocidad inicial v0 = 1×105 m s-1,
dirigida al centro de la esfera, desde una posición muy lejana, determine la distancia del centro de la esfera a la
que se parará dicha partícula.
Datos: K = 9×109 N m2 C-2
CAMPO MAGNÉTICO
Un protón inicialmente en reposo, es acelerado por una diferencia de potencial de 8·106 V,
penetrando luego perpendicularmente en un campo magnético uniforme de 0’4 T. Calcular:
a) La velocidad del protón al llegar al campo magnético.
b) El radio de la órbita descrita por el protón.
c) El tiempo que invierte el protón en recorrer una órbita completa.
d) El campo eléctrico que habría que suministrar al protón para que cuando entrara en el
campo magnético no variara su trayectoria.
DATOS: masa del protón: 1’67·10-27 kg; carga del protón: 1’6·10-19 C
Dos partículas de cargas iguales y signos contrarios se lanzan desde dos puntos distintos, con
velocidades diferentes, paralelas entre sí y del mismo sentido, en dirección normal a un campo
magnético uniforme. Ambas partículas se encuentran, tras haber girado 90º la primera y 150º la
segunda. Calcular:
a) La relación entre los radio de la órbitas descritas por las dos partículas.
b) La relación entre sus velocidades.
c) La relación entre sus masas.
Un hilo conductor rectilíneo de longitud infinita está situado en el eje Z y transporta una
corriente de 20 A en el sentido positivo de dicho eje. Un segundo hilo conductor, también
infinitamente largo y paralelo al anterior, corta al eje X en el punto de coordenada x 0 10 cm.
Determine:
a) La intensidad y el sentido de la corriente en el segundo hilo, sabiendo que el campo
magnético resultante en el punto del eje X de coordenada x = 2 cm es nulo.
b) La fuerza por unidad de longitud qu actúa sobre cada conductor, explicando cuál es su
dirección y sentido.
DATO: permeabilidad magnética del vacío μ0 = 4·π·10-7 N·A-2
Una partícula de masa m = 4´10-16 kg y carga q = -2,85´10-9 C, que se mueve según el sentido
positivo del eje X con velocidad 2,25·106 m/s penetra en una región del espacio donde existe un
campo magnético uniforme de valor B = 0,9 T orientado según el sentido positivo del eje Y.
Determine:
a) La fuerza (módulo, dirección y sentido) que actúa sobre la carga.
b) El radio de la trayectoria seguida por la carga dentro del campo magnético.
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Considérese, tal y como se indica en la figura, una espira circular, contenida en el plano XY,
con centro en el origen de coordenadas. Un imán se mueve a lo largo del eje Z, tal y como
también se ilustra en la figura. Justifíquese
razonadamente el sentido que llevará la corriente
inducida en la espira si
a) El imán se acerca a la espira como se indica en
la parte a) de la figura
b) El imán se aleja de la espira, como se indica en
la parte b) de la figura
Una espira circular de 10 cm de radio, situada inicialmente en el plano XY, gira a 50 rpm en
torno a uno de sus diámetros bajo la presencia de un campo magnético B = 0’3 k T. Determine:
a) El flujo magnético que atraviesa la espira en el instante t = 2 s
b) La expresión matemática de la fuerza electromotriz inducida en la espira en función del
tiempo.
Se tiene el circuito de la figura en forma de triángulo
rectángulo, formado por una barra conductora
vertical que se desliza horizontalmente hacia la
derecha con velocidad constante v = 2’3 m/s sobre
dos barras conductoras fijas que forman un ángulo α
= 45º. Perpendicular al plano del circuito hay un
campo magnético uniforme y constante B = 0’5 T
cuyo sentido es entrante en el plano del papel. Si en
el instante inicial t = 0 la barra se encuentra en el
vértice izquierdo del circuito:
a) Calcule la fuerza electromotriz inducida en
el circuito en el instante de tiempo t = 15 s.
b) Calcule la corriente eléctrica que circula por
el circuito en ese instante es 5 Ω. Indique el
sentido en el que circula la corriente
eléctrica.
MOVIMIENTO ONDULATORIO, ARMÓNICO SIMPLE Y SONIDO
La función matemática que representa una onda transversal que avanza por una cuerda es
y(x,t) = 0’3sen(100πt – 0’4πx + φ0 , donde todas las magnitudes están expresadas en unidades del SI.
Calcule:
a) La separación entre dos puntos cuya diferencia de fase, en un determinado instante, es de π/5 radianes.
b) La diferencia de fase entre dos vibraciones de un mismo punto del espacio separadas por un intervalo de
tiempo de 5 ms.
Un objeto de 2 kg de masa unido al extremo de un muelle oscila a lo largo del eje X con una
amplitud de 20 cm sobre una superficie horizontal sin rozamiento. El objeto tarda 9 s en
completar 30 oscilaciones, y en el instante de tiempo t = 0 su posición era x0 = +10 cm y su
velocidad positiva. Determine:
a) La velocidad del objeto en el instante t = 1,2 s.
b) La energía cinética máxima del objeto.
Una onda sinusoidal con una amplitud de 1,5 m y una frecuencia de 100 Hz viaja a una
velocidad de propagación v = 200 m/s en la dirección positiva del eje X y oscila en la dirección
del eje Y. En el instante t = 0 la elongación es máxima y positiva en el punto x = +3 m.
a) Calcule la longitud de onda, λ, y el número de onda, k, de la onda.
b) Determine la expresión matemática que representa la onda.
Un punto material oscila en torno al origen de coordenadas en la dirección del eje Y, según
la expresión: y(x,t) = 5sen(π/3 t + π/4) ( y en cm; t en s), originando una onda armónica
transversal que se propaga en el sentido positivo del eje X. Sabiendo que dos puntos
materiales de dicho eje que oscilan con un desfase de radianes están separados una distancia
mínima de 30 cm, determine:
a) La amplitud y la frecuencia de la onda armónica.
b) La longitud de onda y la velocidad de propagación de la onda.
c) La expresión matemática que representa la onda armónica.
d) La expresión de la velocidad de oscilación en función del tiempo para el punto material
del eje X de coordenada x=90 cm, y el valor de dicha velocidad en el instante t=20 s.
La potencia sonora del ladrido de un perro es aproximadamente 1 mW y dicha potencia se distribuye
uniformemente en todas las direcciones. Calcule:
a) La intensidad y el nivel de intensidad sonora a una distancia de 10 m del lugar donde se produce el
ladrido.
b) El nivel de intensidad sonora generada por el ladrido de 5 perros a 20 m de distancia de los mismos.
Suponga que todos los perros emiten sus ladridos en el mismo punto del espacio.
Dato: Intensidad umbral, I0 = 10-12 W m-2
Óptica
Un objeto de 4 cm de altura se sitúa a 6 cm por delante de la superficie cóncava de un espejo
esférico. Si la imagen obtenida tiene 10 cm de altura, es positiva y virtual:
a) ¿Cuál es la distancia focal del espejo?
b) Realice un diagrama de rayos del sistema descrito.
Un rayo de luz cuya longitud de onda en el vacío es λ = 5,9×10-7 m se propaga por el interior
de
una fibra óptica de índice de refracción ni = 1,5. Si la fibra óptica tiene un recubrimiento exterior
cuyo índice de refracción es ne = 1,0 , determine:
a) La velocidad de propagación y la longitud de onda del rayo en el interior de la fibra óptica.
b) El ángulo de incidencia mínimo en la pared interna de la fibra para que el rayo que incida
sobre ella no salga a la capa externa.
Datos: Velocidad de la luz en el vacío = 3,00×108 m/s.
Un rayo de luz roja que se propaga en el aire tiene una longitud de onda de 650 nm. Al incidir
sobre la superficie de separación de un medio transparente y penetrar en él, la longitud de onda
del rayo pasa a ser de 500 nm.
a) Calcule la frecuencia de la luz roja.
b) Calcule el índice de refracción del medio transparente para la luz roja.
c) Si el rayo incide desde el aire con un ángulo de 30º respecto a la normal, ¿Cuál será el ángulo
de refracción en el medio transparente?.
Datos: Velocidad de la luz en el vacío: c = 3·108 m/s
Un rayo de luz monocromática incide sobre una cara lateral de un prisma de vidrio,de índice de
refracción n = 1’41 . El ángulo del prisma es a = 60º. Determine:
a) El ángulo de emergencia a través de la segunda cara lateral si el ángulo de incidencia es de
30º.Efectúe un esquema grafico de la marcha del rayo.
b) El ángulo de incidencia para que el ángulo de emergencia del rayo sea 90º.
Un objeto luminoso de 2 mm de altura está situado a 4 m de distancia de una pantalla. Entre el
objeto y la pantalla se coloca una lente esférica delgada L, de distancia focal desconocida, que
produce sobre la pantalla una imagen tres veces mayor que el objeto.
a) Determina la naturaleza de la lente L, así como su posición respecto al objeto y la pantalla.
b) Calcula la distancia focal, la potencia de la lente L y efectúe la construcción geométrica de la
imagen.
a) Calcula las posiciones y tamaños de las imágenes
dadas por la lente de la figura de los dos objetos O1 y O2,
ambos de altura y = 1 cm. (1,5 puntos.)
b) Comprueba gráficamente tus resultados mediante
trazados de rayos. (1 punto.)
Por medio de un espejo cóncavo se quiere proyectarla imagen de un objeto de tamaño 1 cm
sobre la pantalla plana, de modo que la imagen sea invertida y de tamaño 3 cm. Sabiendo que la
pantalla ha de estar colocada a 2 m del objeto, calcule:
a) Las distancias del objeto y de la imagen al espejo, efectuando su construcción geométrica.
b) El radio del espejo y la distancia focal
FÍSICA MODERNA
Un cierto haz luminoso provoca efecto fotoeléctrico en un determinado metal.
Explique como se modifica el número de fotoelectrones y su energía cinética si:
a) aumenta su intensidad del haz luminoso; b) aumenta la frecuencia de la luz incidente; c)
disminuye la frecuencia de la luz por debajo de la frecuencia umbral del metal.
d) ¿Cómo se define la magnitud trabajo de extracción?
En un laboratorio se reciben 100 g de un isótopo desconocido. Transcurridas 2 horas se ha
desintegrado el 20 % de la masa inicial del isótopo.
a) Calcule la constante radiactiva y el periodo de semidesintegración del isótopo.
b) Determine la masa que quedará del isótopo original transcurridas 20 horas.
Una radiación monocromática de longitud de onda λ = 10-7 m incide sobre un metal cuya frecuencia umbral es
2×1014 Hz. Determine:
a) La función de trabajo y la energía cinética máxima de los electrones.
b) El potencial de frenado.
Dato: Constante de Planck h = 6,62×10
-34
Js
El Co-60 es un elemento radiactivo cuyo periodo de semidesintegración es de 5,27 años. Se dispone
inicialmente de una muestra radiactiva de Co-60 de 2 g de masa. Calcule:
a) La masa de Co-60 desintegrada después de 10 años.
b) La actividad de la muestra después de dicho tiempo.
23
Dato: Número de Avogadro: N = 6,023×10 mol-1
Una partícula de 1 mg de masa en reposo es acelerada desde el reposo hasta que alcanza una velocidad v =
0,6 c, siendo c la velocidad de la luz en el vacío. Determine:
a) La masa de la partícula cuando se mueve a la velocidad v.
b) La energía que ha sido necesario suministrar a la partícula para que ésta alcance dicha velocidad v.
8
Dato: Velocidad de la luz en el vacío, c = 3×10 m s-1
El trabajo de extracción de un material metálico es 2,5 eV. Se ilumina con luz monocromática y la velocidad
máxima de los electrones emitidos es de 1,5·106 m s-1. Determine:
a) La frecuencia de la luz incidente y la longitud de onda de De Broglie asociada a los electrones emitidos.
b) La longitud de onda con la que hay que iluminar el material metálico para que la energía cinética máxima
de los electrones emitidos sea de 1,9 eV.
Datos: Constante de Planck, h = 6,63·10-34 J s; Valor absoluto de la carga del electrón, e= 1,60·10-19 C ;
Masa del electrón, me = 9,11·10-31 kg; Velocidad de la luz en el vacío, c = 3·108 m s-1