88086530 PAST PAPERS - SUBJECT...Dos mamíferos, X e Y, tienen cuerpos de formas similares. La masa...

8808-6530 33 páginas

N08/4/PHYSI/SP3/SPA/TZ0/XX+

Miércoles 5 de noviembre de 2008 (mañana)

físicaNivel medioPrueba 3

INSTruccIoNeS PArA loS AluMNoS

• escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba.• No abra esta prueba hasta que se lo autoricen.• conteste todas las preguntas de dos de las opciones en los espacios provistos.• cuando termine el examen, indique en las casillas correspondientes de la portada de su

examen las letras de las opciones que ha contestado.

1 hora

Número de convocatoria del alumno

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–2– N08/4/PHYSI/SP3/SPA/TZ0/XX+

Opción A — Ampliación de mecánica

A1. Estapreguntatratadelaintensidaddelcampogravitatorioydelavelocidaddeescape.

(a) Definaintensidad de campo gravitatorio.

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(b) ApartirdelaleydelagravitaciónuniversaldeNewton,deduzcaquelaintensidaddecampogravitatoriogenlasuperficiedeunplanetademasaMyradioR,esproporcionalaM

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(c) La intensidad de campo gravitatorio en la superficie deVenusgV se relaciona con laintensidaddecampogravitatorioenlasuperficiedelaTierragTporlaecuación

gV =0,87× gT .

ElradiodeVenus RVserelacionaconelradiodelaTierraRTpor

RV =0,96× RT .

CalculelamasadeVenusMVentérminosdelamasadelaTierraMT .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso

(Pregunta A1: continuación)

(d) (i) DeduzcaquelavelocidaddeescapevdesdelasuperficiedeVenuses

v g R= 2 V V .

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(ii) Indiquesi lavelocidaddeescapedesdelasuperficiedeVenusesigual,mayoromenorquelavelocidaddeescapedesdelasuperficiedelaTierra.

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A2. Estapreguntatratadelrozamientoydelequilibrioderotación.

Unbloqueuniformedemasa5,0kgestáenrepososobreunasuperficiehorizontal.SeaplicaunafuerzaFalbloque,talcomoseindica.

masa = 5,0kg F

superficie

SeaumentagradualmenteelmódulodeFhastaqueelbloquecomienzaamoverse,despuésdelocualFsemantieneconstanteyelbloquecontinúaganandorapidez.LavariaciónconeltiempotdelafuerzaFsemuestraacontinuación.

F/N 20

00 1 2 3 4 5 t/s

(a) Indique y explique el valor de la fuerza de rozamiento máxima entre el objeto ylasuperficie.

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Véase al dorso

(Pregunta A2: continuación)

(b) Elvalordelafuerzaderozamientomáximapuedeutilizarseparacalcularelcoeficientede rozamiento entre el bloque y la superficie. Explique si el valor calculado sería elcoeficientederozamientoestáticooelcoeficientederozamientodinámico.

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(c) Ent = 4,0s,laaceleracióndelbloquees0,60ms–2.Calculeelcoeficientederozamientoqueactúaeneseinstanteentreelbloqueylasuperficie.

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(d) SellevaelbloquealreposoysehacequelafuerzaFactúeverticalmentesobreelbloque,talcomosemuestra.SeaumentagradualmenteelmódulodeF,perosudireccióncontinuasiendovertical.Cuandoelbloquecomienzaamoverse,giraalrededordelaaristaP.

masa = 5,0kg

superficie P

(i) CalculeelvalormínimodeFqueharájustamentequeelbloquecomienceagirar.

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(ii) IndiqueelvalordeFparaelcualelbloquepierdecompletamenteelcontactoconlasuperficie.

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Opción B — Física cuántica y física nuclear

B1. Estapreguntatratadelaspruebassobrelacuantizacióndelaenergíaenlosátomos.

(a) Indiquequesignificalafrasecuantización de la energía en los átomos.

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(b) Ayudándosedeundiagramarotulado, resumaunmontajeexperimentalpormediodelcualpuedanemitirserayosXapartirdeunamuestradewolframio.

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Véase al dorso

(Pregunta B1: continuación)

(c) ElgráficosiguientemuestraelespectroderayosXdeunamuestradewolframio.

Intensidad

0 Longituddeonda

Explique qué características de ese espectro de rayos X proporcionan pruebas de lacuantizacióndelosnivelesdeenergíaenlosátomosdewolframio.

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(d) Unadelaslíneasdelespectrodeemisióndelhidrógenoatómicotieneunalongituddeondade410nm. Apartirdeestevalordelongituddeonda,determinequéinformacióncuantitativa puede deducirse sobre algunos de los niveles de energía en el átomodehidrógeno.

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B2. Estapreguntatratadeladesintegraciónβ+ -.

Un núcleo de nitrógeno-13, 713 N, experimenta desintegración β+ - produciendo un isótopo

delcarbono.

(a) Determine las tres partículas que resultan de la desintegración de un núcleo denitrógeno-13.Indiqueelnúmeromásicoyelnúmeroatómicodecadapartícula.

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Identifiquequépartículadelasquehayaindicadoen(a)contienequarks.

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(c) Lasemividadelnitrógeno-13esde10minutos.Determinelaconstantededesintegracióndelnitrógeno-13.

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(d) Unamuestracontieneinicialmente0,13mgdenitrógeno-13.

Calcule

(i) elritmoinicialdeemisióndepartículasβ+ -desdelamuestra.

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(ii) lamasadenitrógeno-13quequedadespuésde15minutos.

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Opción C — Ampliación de energía

C1. Estapreguntatratasobrelatermodinámicadeungasideal.

Eldiagramasiguientemuestralarelaciónpresión-volumen(p-V)correspondienteaunamasafijadegasidealquedescribeunciclotermodinámico.

p/×105Pa

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 V /×10–3m3

(a) DuranteelprocesoA→B,expliquesi

(i) laenergíainternadelgasaumenta,disminuyeopermanecesincambio.

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(ii) setransfiereenergíatérmicaentreelgasysusalrededores.

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(b) DuranteelprocesoB→C,expliquesielgasrealizatrabajosobrelosalrededoresolosalrededoressobreelgas.

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(Pregunta C1: continuación)

(c) Calculelaenergíatotaltransferidaduranteunciclo.

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(d) Expliquesi,despuésdeunciclocompleto,laenergíainternadelgasglobalmenteaumenta,disminuyeopermanecesincambio.

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C2. Estapreguntatratasobrelageneracióndeenergíaeléctrica.

Para lageneracióndeenergíaeléctricapuedenutilizarsecentralesdecombustibles fósilesocentralessolares.

(a) Indiqueyexpliquesilasfuentesdeenergíaencadaunadeesascentralesseclasificancomorenovablesonorenovables.

Energíadeloscombustiblesfósiles:

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Energíasolar:

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(b) Discutalasprincipalestransformacionesdeenergíaqueestáninvolucradasenelusodecombustiblesfósilesparagenerarenergíaeléctrica.

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(c) Las células fotovoltaicasy los calentadores solares activos sonambosdispositivosdeenergíasolar.Resumaladiferenciaentreestosdosdispositivos.

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(Pregunta C2: continuación)

(d) Indique un inconveniente de la generación de energía por combustibles fósiles yuninconvenientedelosdispositivosdeenergíasolar.

Generacióndeenergíaporcombustiblesfósiles:

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Dispositivosdeenergíasolar:

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Opción D — Física biomédica

D1. Estapreguntatratasobreelescalamiento.

Dosmamíferos,XeY, tienencuerposdeformassimilares. LamasadelmamíferoXesde40kg,mientrasquelamasadelmamíferoYesde10kg.

(a) (i) DeduzcaqueelcocientelongituddelmamíferoXlongituddelmamíferoY

tieneunvalorde1,6.

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(ii) Indiqueunasuposiciónhechaenelcálculode(a)(i).

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(b) LosmamíferosXeYseencuentranexpuestosaunentornomuyfrío.Expliqueporquéla temperatura corporal delmamíferoX debería disminuirmás lentamente que la delmamíferoY.

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D2. Estapreguntatratasobreeloído.

Elgráficosiguientemuestra lavariacióncon la frecuenciadelumbraldeaudiciónparadoshermanosgemelos,FrankyAlbert.

Niveldeintensidadsonora/dB

Clave: Frank Albert

101 102 103 104

Frecuencia/Hz

FrankyAlberthantrabajadoenpuestosdistintosdurantemuchosaños.Unpuestodetrabajoeramuytranquiloyelotromuyruidoso.

(a) Haciendoreferenciaalgráfico,sugieracuáldeloshermanosparecehabertrabajadoenelpuestoruidoso.

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(b) Paraunafrecuenciade10000Hz,calculeelcociente

umbraldeintensidadsonorajustamentedetectableporFrankkumbraldeintensidadsonorajustamentedetectableporAlbbert

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(Pregunta D2: continuación)

(c) Indiqueuna característica del gráfico que sugiera que uno de los hermanos sufre depérdidadeaudiciónsensorial.

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(d) Una persona con la cóclea dañada tendrá pérdida de audición en estrechos rangos defrecuencias determinados. Explique cómo este fenómeno conduce a una pérdida dediscriminacióndelhabla.

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D3. EstapreguntatratasobreimágenesderayosX.

(a) ResumacómoseproduceunaimagenderayosXporTC(TomografíaComputerizada)eindiquelanaturalezadelaimagen.

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(b) DescribaelusodelbarioenimágenesderayosX.

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Opción E — Historia y desarrollo de la física

E1. Estapreguntatratadelmovimientodeestrellasyplanetas.

Tresobservacionesquepuedenhacerse,concernientesalmovimientorelativoaparentedelosplanetasylasestrellasson:

• lasestrellasnotienenmovimientorelativounasrespectoaotras • losplanetassemuevenrespectoalasestrellasfijas • losplanetascambianelsentidodesumovimiento.

(a) Conlaayudadeundiagrama,expliquecómoelmodelodeAristótelesoelmodelodePtolomeodacuentadeesastresobservaciones.

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(b) Discuta las diferencias entre el modelo del sistema solar de Ptolomeo y el modelodeKepler.

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E2. Estapreguntatratasobrelateoríadelcalórico.

(a) Describacómolateoríadelcalóricodabacuentadelaconduccióntérmica.

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(b) DiscutalasobservacionesydeduccionesllevadasacaboporelCondeRumford,en1798,querefutaronlateoríadelcalórico.

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E3. Estapreguntatratasobreteoríasacercadelacargaeléctrica.

(a) Cuandountrozodeplásticosefrotaconunpaño,secargaeléctricamente.Resumacómoexplicaestefenómeno

(i) elmodelodelosdosfluidosdeDuFay.

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(ii) elmodeloatómicomodernodelamateria.

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(b) A finales del siglo XIX, J J Thomson midió la relación carga-masa de un electrón.Resumacómosellevóacaboesamedida.

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Opción F — Astrofísica

F1. Estapreguntatratasobrelamedidadedistanciasestelares.

(a) Describaquéseentiendepor

(i) brilloaparente.

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(ii) magnitudaparente.

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(iii) magnitudabsoluta.

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(b) Indique qué propiedad de una estrella está más íntimamente relacionada con sumagnitudabsoluta.

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(c) LaestrellaRoss128tieneunamagnitudaparentequeesmenorquesumagnitudabsoluta.Haciendoreferenciaalaanteriorafirmación,expliqueporquéelmétododelaparalajeestelarpuedeutilizarseparamedirladistanciadeRoss128alaTierra.

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(Pregunta F1: continuación)

(d) Describa cómo puede utilizarse el espectro observado de estrellas muy lejanas paraestimarsumagnitudabsoluta.

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(e) El brillo aparente de Ross 128 es 7,9×10–15Wm–2 y su luminosidad es 1,1×1021W.DetermineladistanciaenparsecsdeRoss128alaTierra.

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F2. EstapreguntatratasobreeldesplazamientoDopplerylaexpansióndeluniverso.

Cuandoseanalizalaluzprocedentedegalaxiaslejanas,seobservaquelaslíneasespectralespresentanundesplazamientoDoppler.

(a) IndiquelarazóndeestedesplazamientoDoppler.

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(b) PenziasyWilsondescubrieronquehabíaunafuenteuniformederadiacióndemicroondasprocedentede todas lasdireccionesdeluniverso. Expliquecómoestedescubrimientoapoyalateoríadeluniversoenexpansión.

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(c) SesugierequeelritmodeexpansióndeluniversohapodidoiraumentandogradualmentedesdeelBigBang.Indiqueydescribaelefecto,silohay,queestateoríapredeciríasobreeldesplazamientoDopplerobservadodelaluzprocedentedegalaxiaslejanas.

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Opción G — Relatividad

G1. EstapreguntatratasobrelaRelatividadEspecial.

Dosobservadoresinerciales,AliceyBob,seestánmoviendounohaciaelotroalolargodelamismalínearecta,conunarapidezrelativaconstantev.AambosladosdeAlice,yaigualdistanciadeella,haydosbombillas,XeY,queestánenreposoenelsistemadereferenciadeAlice.

EldiagramasiguienterepresentalasituaciónsegúnelsistemadereferenciadeBob.

bombillaX Alice bombillaY Bob

Alice tiene un interruptor que controla cada bombilla. Las bombillas están inicialmenteapagadas.

(a) Describaqueseentiendeporsistemainercialdereferencia.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Alice conecta el interruptor produciendo una señal electromagnética que viaja desdeellaalasbombillas.Cuandocualquieradelasbombillasrecibelaseñalelectromagnética,se enciende. Indique y explique el orden en el que la señal llega a las bombillas(primeroX,primeroYo simultáneamente)

(i) segúnAlice.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) segúnBob.

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–25–

Véase al dorso

(Pregunta G1: continuación)

(c) Explique en términos del camino seguido por las ondas electromagnéticas desdeel interruptorhastaBob, porquéBob recibe la luzde la bombillaYantesque la luzprocedentedelabombillaX.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(d) Dossucesosestándefinidoscomosigue:sucesoP:secierraelinterruptordelabombillaX•sucesoQ:laluzdelabombillaXllegaaAlice.•

AlicemideuntiempotAyBobmideuntiempotB entreesosdossucesos.

(i) Haciendoreferenciaaltiempopropio,discutaladiferenciaentrelosvalorestAytB.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Indiqueyexpliquesisurespuestaa(d)(i)seríadiferenteparalasituaciónenlaqueAliceestuvieraalejándosedeBobconunarapidezv,talcomoesmedidaporBob.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(Pregunta G1: continuación)

(e) LadistanciaqueAlicemideentrelasbombillasesde30,0m.Larapidezves0,90c.

(i) Explique si la longitud propia entre las dos bombillas esmayor, igualomenorque30,0m.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Calculeladistanciaentrelasbombillas,talcomolamideBob.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

G2. Estapreguntatratasobrelasumarelativistadevelocidadesysobremasarelativista.

Unapartícula,P,seestámoviendoalolargodelejexconunavelocidadconstantede0,950c,respectoalsistemainercialdereferenciadellaboratorio.Eldiagramademásabajorepresentaestasituaciónsegúnelsistemadereferenciadellaboratorio.

0,950c

Lapartícula sedesintegra. Unode losproductosde ladesintegraciónesunapartículamaspequeña,Q,demasaenreposo940MeVc–2queesexpulsadaavelocidad0,900calolargodelejex,respectoalsistemadereferenciadeP.

EldiagramasiguienterepresentalasituaciónsegúnelsistemadereferenciadeP.Nosemuestranlosdemásproductosdeladesintegración.

0,900c

(a) CalculelavelocidaddelaparticularQ talcomoesmedidaenelsistemadereferenciadellaboratorio.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) CalculeladiferenciaentrelamasadelapartículaQenelsistemadereferenciadePyenelsistemadereferenciadellaboratorio.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Opción H — Óptica

H1. Estapreguntatratadeladispersión.

Diagrama1muestra dos prismas idénticosAyB. El prismaB está invertido respecto delprismaA.

Diagrama 1

SehaceincidirsobreelprismadevidrioAunestrechohazdeluzblanca,talycomosemuestraendiagrama2.

Diagrama 2

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–29–

Véase al dorso

(Pregunta H1: continuación)

TodalaluzincidentesobreelprismaAatraviesaelprismaB.

(a) (i) Sobrediagrama 2delapáginaanterior,dibujelíneasquemuestrenelcaminodeunrayodeluzrojayeldeunrayodeluzazulatravesandoelprismaAyemergiendodeél.RotulelastrayectoriasconRparaelrojoyBparaelazul. [2]

(ii) Sobrediagrama 2delapáginaanterior,dibujeelprismaBenelcaminodelaluzquehapasadoatravésdelprismaA.Dibujelaslíneas,trazadasen(a),paraquemuestrenlatrayectoriadelrayodeluzrojaydelrayodeluzazulatravesandoelprismaByemergiendodeél. [2]

(b) SesitúaunapantallaenelcaminodelaluzemergentedelprismaB.Describaelaspectoquepresentalaluzsobrelapantalla.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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H2. Estapreguntatratasobrelareflexiónylarefraccióndelaluzdeunláser.

(a) Definaíndice de refracción.

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(b) Unhazdeluzláserincidesobreunasuperficiedeseparaciónvidrio-aire.

vidrio

(i) Sobreeldiagramaanterior,dibujerayosquemuestrenelrayoreflejado(rotúleloconL)yelrayorefractado(rotúleloconR). [1]

(ii) Seaumentagradualmenteelángulodeincidenciadelhaz.Deduzcacómocambiaráel trayectode la luz láserparaángulosde incidenciadehasta80. El índicederefraccióndelvidrioes1,5.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(Esta opción continúa en la página 32)

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–31–

Véase al dorso

Páginaenblanco

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(Opción H: continuación)

H3. Lapreguntasiguientetratasobreeltelescopioastronómico.

Untelescopio,ajustadonormalmente,seapuntahaciaunobjetodistante.Sobrelalenteobjetivoincidenrayosdeluzparalelos,comosemuestraenlafigura.

lenteobjetivo lenteocular

Sedisponenlaslentesdemodoquesuspuntosfocalescoincidanenlamismaposición,rotuladacomoFeneldiagrama.

(a) (i) Sobre el diagrama anterior, construya un diagrama de rayos para localizar laimagenfinal. [3]

(ii) Sobreeldiagramaanterior,rotuleconlaletraEellugardondesedebesituarelojoparavisualizarlaimagen. [1]

(iii) Indique,conunabreveexplicación,lalocalizacióndelaimagenfinal.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(Pregunta H3: continuación)

(b) Utilicesudiagramaparaexplicarporquélaimagenproducidaporeltelescopioestá

(i) ampliada.

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(ii) invertida.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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