K que tiene en la actualidad, calcular el tiempo transcurrido desde entonces (como múltiplo del período de semidesintegración del

(1)

CANTABRIA / JUNIO 02. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO

El alumno elegirá tres de las cinco cuestiones propuestas, así como sólo una de las dos opciones de problemas

CUESTIONES (2 puntos cada una)

A. Se considera el péndulo simple, de longitud L, colocado como en la figura. Los choques de la masa m contra la pared vertical son perfectamente elásticos.

a) Se desplaza ligeramente la masa m de su posición de equilibrio y se suelta ¿cuál es el período de oscilación?

b) ¿Se trata de un movimiento armónico simple? Explicarlo. Datos: L = 25 cm; g = 9,8 m/s2

B. Para medir la profundidad de un pozo se deja caer desde su boca una piedra. Al cabo de 3,5 segundos desde que se dejó caer la piedra se oye el golpe en el fondo.

a) ¿Qué es más rápido: la caída de la piedra o el recorrido del sonido? b) ¿Cuál es la profundidad?

C. En un campo magnético uniforme se consideran las tres situaciones siguientes: a) Una partícula cargada en reposo; b) partícula cargada que se mueve con velocidad paralela al campo y c) partícula cargada ahora con velocidad ortogonal a la dirección del campo magnético.

Indica la acción del campo sobre la partícula en cada uno de los tres casos y cómo será su movimiento en él.

D. Un observador se coloca frente a dos espejos planos, como se indica en la figura (que no está a escala). El primer espejo es semitransparente, por lo que la mitad de la luz incidente por la izquierda llega al segundo. Consideramos d = 1 m.

a) Dibujar, indicando las distancias, dónde se formarán las imágenes del objeto luminoso.

b) Para el observador O ¿cuál es la diferencia entre los ángulos con los que se observa las dos imágenes que se forman?

E. a) Explica la hipótesis de Planck

(2)

OPCIÓN DE PROBLEMAS Nº 1

1-1. Dos cargas puntuales positivas e iguales q = 3 µµC y de masa m = 5· 10-3 Kg se fijan en los puntos A y B a d = 6 cm de distancia. Desde el punto O, situado a una altura h = 4 cm, se lanza verticalmente hacia el punto medio del segmento AB una tercera carga Q = 1 µµC, de masa igual a las anteriores, m.

a) Si al llegar al punto M la velocidad de la partícula es cero, ¿con qué velocidad inicial v0 fue

lanzada desde O?

b) Si a la llegada de la partícula a M con velocidad cero, se liberan simultáneamente las cargas en A y B y la superficie es completamente lisa, describir el movimiento de las tres cargas. ¿Cuál sería la velocidad final de cada una de ellas al cabo de un tiempo muy largo?

Datos: 1/(4ππ εε0) = 9· 109 N· m2· C-2; g = 9,8 m/s2

1-2. Sabemos que el cometa Halley tiene un período T = 76 años. Durante su última visita a las proximidades del Sol en 1986 se midió la distancia al Sol en el perihelio: d1

= 8,8· 107 Km.

a) ¿Cuál es la distancia al Sol en el afelio?

b) ¿En qué punto de su órbita alcanza el cometa su máxima velocidad y cuánto vale ésta? Datos: GN = 6,67· 10-11 N· m2· Kg-2 ; masa del Sol MS = 2· 1030 Kg

2-1. Cierto muelle, que se deforma 20 cm cuando se le cuelga una masa de 1,0 Kg (Figura A), se coloca sin deformación unido a la misma masa sobre una superficie sin rozamiento, como se indica en la figura B. En esta posición se tira de la masa 2,0 cm y se suelta. Despreciando la masa del muelle, calcular:

a) La ecuación de la posición para el m.a.s. resultante.

b) Las energías cinética, potencial elástica y mecánica total cuando ha transcurrido un tiempo t = (3/4)T, donde T es el período del m.a.s.

(3)

2-2. En el potasio natural se encuentra actualmente un 0,012 % del isótopo radiactivo

40

K. Todos los demás isótopos presentes son núcleos estables: 39K, 93,1%;

41

K, 6,888%.

a) Calcular la actividad de una muestra de 10 g de potasio.

b) Suponiendo que cuando se formaron los núcleos de potasio, en la etapa de la nucleosíntesis, el 39K y el 40K se formaron en la proporción 30:1, y que el 41K se formó en la misma proporción respecto del 39K que tiene en la actualidad, calcular el tiempo transcurrido desde entonces (como múltiplo del período de semidesintegración del 40K, y también en años). Compara con la edad del Universo.

Datos: Peso Atómico K = 39, número de Avogadro NA = 6,02· 1023 mol-1, Período de

semidesintegración 40_{K T}

(4)

SOLUCIÓN

CUESTIONES

B.

a) Llamando t1 al tiempo que tarda la piedra en recorrer la altura h del pozo y llegar al fondo, se puede establecer la siguiente relación:

2 1 t · g 2 1 h = ⋅

Por otro lado, llamando t2 al tiempo que tarda el sonido en recorrer esa altura h:

2 t · 330 h=

Por último sabemos que t1 + t2 = 3,5 s

Haciendo un sistema con las tres ecuaciones se obtiene:

t1 = 3,33 s t2 = 0,17 s

Como se esperaba, el sonido es más rápido que la piedra.

b) Sustituyendo cualquiera de los dos valores anteriores en su respectiva ecuación se obtiene:

h = 56,1 m

C.

a) A una partícula cargada, en reposo dentro de un campo magnético, el campo no le afecta y la carga sigue en reposo.

b) Para una partícula cargada que se mueve paralelamente al campo magnético, aplicando la fórmula Fr =q·(vr×Br), la fuerza es nula ya que el producto vectorial de dos vectores perpendiculares es nulo.

c) Para una partícula que se mueve perpendicularmente al campo magnético, aparecerá una fuerza perpendicular a la trayectoria de la partícula provocando que la partícula describa una trayectoria circular.

E.

(5)

donde f es la frecuencia de radiación y h una constante universal conocida como la constante de Planck (h = 6,626· 10-34 J· s)

b) Utilizando la fórmula de energía de la hipótesis de Planck:

UV UV

G S M G S M

, n f · h E f · h · n E = =

⇒ = ⇒ = =8,33·105fotonesGSM

G S M UV UV

G S M

f f n f · h f · h · n

2-1.

a) De la ecuación general de un resorte elástico y con los datos aportados por el enunciado se puede obtener la constante elástica.

N/m 49 2 , 0 1 · 8 , 9 x F k x · k

F = =

∆ = ⇒ ∆ =

El período de oscilación se calcula según la fórmula:

s 89 , 0 49 1 2 k m 2

T = π = π =

Escribimos ecuación general del m.a.s. y se sustituyen los valores obtenidos:

t 7 sen · 02 , 0 ) t T 2 ( sen · A ) wt ( sen · A

x = = π =

b) J 0,0098 Ep 0 Ec =             π = = =               π − = − = 2 2 2 2 2 2 7 2 · 4 3 · 7 sen · 02 , 0 · 49 · 2 1 x · k · 2 1 ) 7 2 · 4 3 · 7 ( sen · 02 , 0 02 , 0 · 49 · 2 1 ) x A ·( k · 2 1 2-2.

(6)

CANTABRIA / JUNIO 02. LOGSE / FÍSICA / EXAMEN COMPLETO N · dt dN λ =

Siendo λ la constante de desintegración. Tiene un valor característico para cada núcleo radiactivo. En este caso sería para 40K .

1 17 2 / 1 s 10 · 71 , 1 t 2

ln ₌ − −

= λ

Sustituyendo en la expresión de la actividad, para 10 g de potasio

1 -19 17 23 17 s 07 , 318 10 · 85 , 1 · 10 · 71 , 1 10 · 02 , 6 · 100 012 , 0 39 10 · 10 · 71 , 1 dt

dN ₌ ₌

      _⋅ = − −

b) Se tiene x % de 39K, y % de 40K, z % de 41K que cumple las siguientes condiciones:

⇒ = + + = = 100 z y x y z 012 , 0 888 , 6 y · 30 x

x = 4,958 %, y = 0,165 %, z = 94,877 %

0 1/2 4840140433años 0,42·t

3,78·t = =