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la cuevadel empollón
FísicaAsturiasPAU 2021Ordinaria

Física · Asturias 2021

10 ejercicios90 min de duración

Instrucciones

Tiempo
1 hora y 30 minutos
Datos
  • G=6,67⋅10−11 N⋅m2⋅kg−2G = 6{,}67 \cdot 10^{-11}\,\text{N} \cdot \text{m}^2 \cdot \text{kg}^{-2}
  • RT=6370 kmR_T = 6370\,\text{km}
  • MT=5,98⋅1024 kgM_T = 5{,}98 \cdot 10^{24}\,\text{kg}
  • RIo=1815 kmR_{Io} = 1815\,\text{km}
  • MIo=8,94⋅1022 kgM_{Io} = 8{,}94 \cdot 10^{22}\,\text{kg}
  • K=9⋅109 N⋅m2⋅C−2K = 9 \cdot 10^9\,\text{N} \cdot \text{m}^2 \cdot \text{C}^{-2}
  • μ0=4π⋅10−7 N⋅A−2\mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7}\,\text{N} \cdot \text{A}^{-2}
  • netanol=1,36n_{\text{etanol}} = 1{,}36
  • naire=1,00n_{\text{aire}} = 1{,}00
  • mn=1,675⋅10−27 kgm_n = 1{,}675 \cdot 10^{-27}\,\text{kg}
  • h=6,626⋅10−34 J⋅sh = 6{,}626 \cdot 10^{-34}\,\text{J} \cdot \text{s}
  • vaire=340 m⋅s−1v_{\text{aire}} = 340\,\text{m} \cdot \text{s}^{-1}
Después de leer atentamente el examen, responda cinco preguntas cualesquiera a elegir entre las diez que se proponen. TIEMPO Y CALIFICACIÓN: 90 minutos. Todas las preguntas se calificarán con un máximo de 2 puntos. El estudiante deberá indicar la agrupación de preguntas que responderá. La selección de preguntas deberá realizarse conforme a las instrucciones planteadas, no siendo válido seleccionar preguntas que sumen más de 10 puntos, ni agrupaciones de preguntas que no coincidan con las indicadas, lo que puede conllevar la anulación de alguna pregunta que se salga de las instrucciones.

Ejercicio 1

1
2 puntos
Se desea ubicar un satélite para comunicaciones, cuya masa es m=1000 kgm = 1000\,\text{kg}, en una órbita circular 500 km500\,\text{km} por encima de la superficie terrestre. Calcule:
a
La velocidad del satélite en dicha órbita.1 pt
b
¿A qué distancia de la Tierra debería situarse el satélite para que su energía mecánica fuera la mitad?1 pt
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Ejercicio 2

2
2 puntos
Io, una de las lunas de Júpiter, posee una intensa actividad volcánica y el material lanzado durante las erupciones puede alcanzar alturas de 500 km500\,\text{km} sobre la superficie. Calcule:
a
La velocidad inicial del material volcánico en la superficie de Io.1 pt
b
La velocidad de escape en Io.1 pt
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Ejercicio 3

3
2 puntos
Un dipolo está formado por dos cargas puntuales, q1=+3 nCq_1 = +3\,\text{nC} y q2=−3 nCq_2 = -3\,\text{nC}, situadas a una distancia mutua de 3 cm3\,\text{cm}. Una partícula de polvo con masa m=5⋅10−9 kgm = 5 \cdot 10^{-9}\,\text{kg} y carga eléctrica q0=+2 nCq_0 = +2\,\text{nC} se coloca en reposo en un punto A localizado entre las dos cargas y a una distancia de 1 cm1\,\text{cm} respecto de la carga positiva. Calcule:
a
El módulo, la dirección y el sentido de la fuerza externa ejercida sobre la partícula de polvo.1 pt
b
El trabajo para trasladar la partícula desde el punto A a un punto B que dista 1 cm1\,\text{cm} de la partícula negativa.1 pt
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Ejercicio 4

4
2 puntos
Dos hilos conductores rectilíneos paralelos muy largos de longitud LL y por los que circulan corrientes eléctricas opuestas de 15000 A15000\,\text{A} se encuentran a una distancia d=5 mmd = 5\,\text{mm}.
a
Halle el campo magnético en un punto del plano que determinan los conductores y equidistante entre ambos.1 pt
b
Calcule la fuerza por unidad de longitud que ejerce cada hilo sobre el otro.1 pt
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Ejercicio 5

5
2 puntos
Una onda transversal sinusoidal con una amplitud de 2,5 mm2{,}5\,\text{mm} y una longitud de onda de 1,8 m1{,}8\,\text{m} se propaga de izquierda a derecha a lo largo de una cuerda horizontal muy larga con una velocidad de 36 m/s36\,\text{m/s}. Tome como origen de coordenadas el extremo izquierdo de la cuerda. En el instante t=0t = 0, el extremo izquierdo de la cuerda se encuentra en la posición de máximo desplazamiento hacia arriba (positivo).
a
Determine la frecuencia, la frecuencia angular y el número de onda de la onda transversal.1 pt
b
Determine el valor máximo de la velocidad transversal para cualquier punto de la cuerda (velocidad máxima de vibración).1 pt
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Ejercicio 6

6
2 puntos
Se denominan ultrasonidos a las frecuencias por encima del rango auditivo en los humanos (20 kHz20\,\text{kHz}). Ondas sonoras por encima de esa frecuencia se utilizan para penetrar el cuerpo humano y producir imágenes por reflexión en las diferentes superficies. En un barrido de ultrasonidos típico las ondas sonoras viajan a una velocidad de 1500 m/s1500\,\text{m/s} y para una imagen detallada la longitud de onda no debe ser superior a 1 mm1\,\text{mm}.
a
¿Qué frecuencia es necesaria?1 pt
b
Si el rango de frecuencias audibles es 20 Hz20\,\text{Hz} a 20 kHz20\,\text{kHz}: ¿A qué rango de longitudes de onda corresponde en el aire en condiciones normales?1 pt
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Ejercicio 7

7
2 puntos
Un depósito cúbico que contiene etanol tiene unas paredes planas de 2,5 cm2{,}5\,\text{cm} de grosor fabricadas con un vidrio transparente de índice de refracción 1,551{,}55. Un rayo de luz incide desde el exterior (aire) sobre la pared de vidrio del depósito formando un ángulo de 41,3∘41{,}3^\circ respecto a la normal a la pared.
Esquema de un rayo de luz incidiendo desde el aire sobre un depósito de etanol con un ángulo de 41.3 grados.
a
Calcule el ángulo que forma el rayo de luz con la normal a la pared del vidrio en contacto con el etanol.1 pt
b
El depósito se vacía y se rellena con un líquido desconocido. Si la luz incide con el mismo ángulo que en el caso anterior, el rayo entra en el líquido formando un ángulo de 20,2∘20{,}2^\circ con la normal. Justifique donde es mayor la velocidad de la luz, en el etanol o en el líquido desconocido.1 pt
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Ejercicio 8

8
2 puntos
Colocamos un objeto cuya altura es de 8 cm8\,\text{cm} en un punto situado 32 cm32\,\text{cm} a la izquierda de una lente delgada convergente cuya distancia focal es 16 cm16\,\text{cm}.
a
Dibuje el diagrama de rayos principales en el que se muestre la formación de la imagen.1,5 pts
b
Determine la naturaleza de la imagen, su posición y su tamaño.0,5 pts
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Ejercicio 9

9
2 puntos
Las técnicas de dispersión de neutrones se utilizan para el estudio de la estructura y microestructura de los materiales. En un experimento de difracción un haz de neutrones con una longitud de onda de De Broglie de λ=0,2 nm\lambda = 0{,}2\,\text{nm} (valor que es del orden de la distancia interatómica en materiales sólidos cristalinos) incide sobre el material objeto de nuestra investigación.
a
Calcule la velocidad del neutrón.1 pt
b
Justifique por qué ese estudio no puede llevarse a cabo empleando un haz de partículas que posean una masa promedio de 1 μg1\,\mu\text{g} lanzadas a una velocidad de 103 m/s10^3\,\text{m/s}.1 pt
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Ejercicio 10

10
2 puntos
Una central nuclear produce una potencia de 3 GW3\,\text{GW}. Su funcionamiento se basa en las reacciones de fisión nuclear del X235X22235U\ce{^{235}U} con neutrones. La fisión de cada átomo de X235X22235U\ce{^{235}U} libera 200 MeV200\,\text{MeV}.
a
Complete el siguiente proceso que tiene lugar en la central sustituyendo con el número atómico (ZZ) y el número másico (AA) correspondiente en cada caso:X92235X2922235U+X01X2021n→XZAX2Z2AUX92236X2922236U→XZ144X2Z2144Ba+X36AX2362AKr+3 X01X2021n\begin{gather} \ce{^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{A}_{Z}U} \\ \ce{^{236}_{92}U -> ^{144}_{Z}Ba + ^{A}_{36}Kr + 3 ^{1}_{0}n} \end{gather}1 pt
b
Sabiendo que la vida media del X235X22235U\ce{^{235}U} es de 7,04⋅1087{,}04 \cdot 10^8 años, calcule su constante de desintegración radiactiva y su periodo de semidesintegración.1 pt
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