Responde a todas las preguntas del bloque 1. En cada uno de los bloques 2, 3 y 4, elige una opción, A o B, de forma independiente.
Puntuación
Los bloques 1 y 4 valen 2 puntos cada uno; los bloques 2 y 3, 3 puntos cada uno. La puntuación de cada apartado figura en el enunciado.
Además
Si respondes a más de una opción en un mismo bloque, solo se corrige la que hayas respondido primero.
Ejercicio 1
Ejercicio1
2 puntos
Bloque 1Campo gravitatorio
El programa Artemis de la NASA tiene como principal objetivo llevar de nuevo seres humanos a la Luna tras más de cincuenta años. En estas misiones, la nave Orion transporta a la tripulación desde la Tierra hasta la órbita lunar, mientras que el módulo lunar HLS (Human Landing System) (de masa 105kg) realiza el descenso y posterior ascenso desde la superficie de la Luna.
Datos
G=6,67×10−11N⋅m2/kg2
masa de la Luna =7,35×1022kg
masa de la Tierra =5,97×1024kg
radio de la Luna =1740km
distancia Tierra-Luna =3,8×105km
a
Calcule el módulo del campo gravitatorio resultante en el punto medio de la línea que une los centros de la Tierra y la Luna. Indique también su sentido.1 pt
1 pt
b
Tras alunizar, el módulo HLS despega desde la superficie lunar y se coloca en una órbita circular estable a una altura h=100km sobre la superficie lunar, donde se reencuentra con la nave Orion. Suponiendo que solo actúa el campo gravitatorio lunar, calcule el cambio de energía mecánica del módulo entre la superficie lunar y dicha órbita.1 pt
Enuncie el teorema de Gauss en electrostática (no es necesario demostralo) y aplíquelo razonadamente para explicar por qué el campo eléctrico en cualquier punto del exterior de una esfera maciza con carga total Q uniformemente distribuida es igual al creado por una carga puntual de igual valor Q situada en su centro.1,5 pts
1,5 pts
b
Una espira cuadrada de lado 20cm está situada en el plano XY en presencia de un campo magnético uniforme dirigido en el sentido positivo del eje Z, cuyo módulo varía con el tiempo t según B(t)=3t3+2, donde B está dado en teslas y t en segundos. Calcule la fuerza electromotriz inducida en la espira en función del tiempo y represente con un dibujo el sentido de la corriente inducida para t>0, justificando brevemente su respuesta.1,5 pts
Dos protones y un electrón se encuentran situados en los vértices de un triángulo equilátero de 2nm de lado, como muestra la figura. El punto A representa el punto medio entre los protones. Determine:
Datos
∣e∣=1,6×10−19C
4πε01=9×109N⋅m2C−2
a
El potencial eléctrico en el punto A.1,5 pts
1,5 pts
b
El trabajo realizado por el campo eléctrico si trasladamos el electrón desde el vértice superior del triángulo hasta el punto A.1,5 pts
La figura representa, en el instante inicial t=0, la velocidad de vibración v(x) para una onda armónica transversal de 10cm de amplitud que se propaga en el sentido positivo del eje x. Halle:
a
La longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación.1,5 pts
1,5 pts
b
La diferencia de fase entre dos puntos del eje xseparados 2m.1,5 pts
Explique razonadamente, en base a su clasificación como ondas mecánicas o no, por qué la luz puede propagarse en el vacío mientras que el sonido no. Además, mencione en cada caso qué magnitudes físicas oscilan y cómo se orientan dichas oscilaciones respecto a la dirección de propagación.1,5 pts
1,5 pts
b
La gráfica adjunta representa la distancia imagen s′ en función de la distancia objeto s de una lente delgada. A partir de dicha gráfica, determine la potencia de la lente e indique razonadamente si es convergente o divergente. (Nota: Se utiliza el criterio de signos habitual en óptica; distancias negativas a la izquierda de la lente y positivas a la derecha).1,5 pts
Bloque 4Física relativista, cuántica, nuclear y de partículas
Elige una de las dos
Opción A
Los detectores de radiación ultravioleta utilizados en satélites meteorológicos incorporan a menudo cátodos de wolframio, cuya función de trabajo (o trabajo de extracción) es 4,5eV. Para calibrar uno de estos detectores en tierra se ilumina con una lámpara de mercurio que emite radiación de 200nm de longitud de onda. Calcular:
Datos
h=6,6×10−34J⋅s
masa del electrón =9,1×10−31kg
carga del electrón: ∣e∣=1,6×10−19C
a
La velocidad máxima con la que son emitidos los electrones desde la superficie del cátodo.1 pt
1 pt
b
El potencial de frenado necesario para anular completamente la corriente fotoeléctrica.1 pt
El núcleo de helio-4 (X4X224He) está formado por 2 protones y 2 neutrones. Calcule su energía de enlace por nucleón (en MeV).1 pt
Datos
masa del protón =1,0073u
masa del neutrón =1,0087u
masa del X4X224He=4,0015u
1u=931,5MeV/c2
1 pt
b
Para cada una de las siguientes partículas elementales indique si es un fermión o un bosón y si son constituyentes de la materia o mediadores de interacciones: electrón, fotón, W, quark up (u).1 pt