Fisica - todos los estándares de la uex resueltos para la EBAU PDF

Preview

Summary

2 el campo gravitatorio mediante las líneas de campo y las superficies equipotenciales.■ Líneas de campo:​Son las trayectorias que seguiría la unidad de masa en libertad dentro del campo gravitatorio. En cada punto la dirección del vector campo es tangente a las líneas de campo y tiene el mismo sent...

Description

2.Representa el campo gravitatorio mediante las líneas de campo y las superficies equipotenciales. ■

Líneas de campo:Son las trayectorias que seguiría la unidad de masa en libertad dentro del campo gravitatorio. En cada punto la dirección del vector campo es tangente a las líneas de campo y tiene el mismo sentido que éstas. La densidad de líneas de campo es proporcional al módulo del campo gravitatorio. Las líneas de fuerza nunca se cortan porque la fuerza en cualquier punto sólo puede tener una dirección. Superficies equipotenciales Se obtienen unir los puntos en los que el potencial gravitatorio tiene el mismo valor. Son perpendiculares a las líneas de campo en cualquier punto. Para una masa puntual son esferas concéntricas con centro en la propia masa El trabajo para trasladar una masa de un punto a otro de la misma superficie equipotencial es nulo.

3..Explica el carácter conservativo del campo gravitatorio La fuerza gravitatoria es conservativa porque el trabajo realizado por el campo gravitatorio para trasladar una masa m de un punto a otro depende sólo de las posiciones inicial y final de dicha masa

4.principio de conservación de la energía mecánica:en  ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante

5. ley fundamental de la dinámica:la  aceleración que experimenta una partícula material sigue la dirección y el sentido de la fuerza que se aplica sobre ella, y que el cociente entre los módulos de estos dos vectores (fuerza y aceleración) es una constante característica de la partícula:Esta constante mI recibe el nombre de masa de inercia. En forma vectorial, la segunda ley de Newton se expresa como:

7. principio de superposición para el cálculo de campos y potenciales eléctricos El Principio de Superposición de los Campos Eléctricos afirma que e lCampo Eléctrico Total por efecto de un conjunto de cargas es igual al  l s campos eléctricos de todas las cargas. vector resultante de la adición de o

8.Representa gráficamente el campo creado por una carga puntual, incluyendo las líneas de campo y las superficies equipotenciales.

9.Compara los campos eléctrico y gravitatorio analogías: -- Ambos campos son centrales, ya que están dirigidos hacia el punto donde se encuentra la masa o la carga que los crea. -- Son conservativos porque la fuerza central solamente depende de la distancia. -- La fuerza central que define ambos campos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Ley de Coulomb: La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Las cargas son magnitudes escalares que pueden tener signo positivo o negativo. Ley de Newton: Dos cuerpos cualesquiera del Universo se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Una fuerza central será negativa (atracción) si está dirigida hacia el centro del campo, y será positiva si está dirigida hacia afuera (repulsión). DIFERENCIAS ENTRE EL CAMPO GRAVITATORIO Y EL CAMPO ELÉCTRICO. 1.- El campo gravitatorio es universal; existe para todos los cuerpos. El campo eléctrico sólo existe cuando los cuerpos están cargados de electricidad. 2.- El campo gravitatorio es siempre de atracción, mientras que el campo eléctrico puede ser de atracción (cargas de diferente signo) o de repulsión (cargas de igual signo). 3.- La constante eléctrica K viene a ser (10exp20) veces mayor que la constante gravitatoria G. Lo que indica que el campo gravitatorio es muy débil comparado con el campo eléctrico. 4.- Una masa, siempre crea un campo gravitatorio. Una carga eléctrica en movimiento además del campo eléctrico crea también un campo magnético. La unidad de carga eléctrica en el S.I. el culombio. Un culombio es la carga que pasa por la sección transversal de un conductor en un segundo cuando la intensidad de la corriente es un amperio.

10.Predice el trabajo del campo eléctrico que realiza sobre una carga que se mueve en una superficie equipotencial y lo discute en el contexto de campos conservativos

11..Describe el movimiento que realiza una carga cuando penetra en una región donde existe un campo magnético y analiza casos prácticos concretos como los espectrómetros de masas y los aceleradores de partículas

-Un espectrómetro de masas es un dispositivo que se emplea para separar iones dentro de una muestra que poseen distinta relación carga/masa. La mezcla puede estar constituida por distintos isótopos de una misma sustancia o bien por distintos elementos químicos. Todos los elementos del espectrómetro deben estar en el interior de una cámara de vacío. La muestra gaseosa (situada a la izquierda de la figura) se ioniza mediante un haz de electrones. Los iones positivos son acelerados por un campo eléctrico. Entre las placas aceleradoras existe un c ampo eléctrico, por lo que los iones experimentarán una fuerza dada por:

donde q es la carga de los iones positivos.

A continuación el haz de iones pasa por una zona del espacio donde existe un campo magnético B. La f uerza que el campo magnético hace sobre una carga es:

que es perpendicular al campo magnético y al vector velocidad de la carga (en este caso, de los iones positivos).Como la fuerza (representada en verde en la figura) es perpendicular a la trayectoria de los iones, éstos tendrán a  celeración normal, y se desviarán describiendo una trayectoria curva. Utilizando la segunda ley de Newton, Para un valor fijo de la velocidad y del módulo del campo magnético, cuanto menor sea el cociente m/q menor será el radio de curvatura ρ de la trayectoria descrita por los iones, y por tanto su trayectoria se deflectará más. Si la muestra está constituida por isótopos del mismo elemento, todos tendrán la misma carga, pero los que sean más pesados se deflectarán menos.Por tanto, haces de iones de distinta relación carga/masa llegarán a puntos diferentes de un detector, y, en función de la intensidad de las señales que dejan, se determina la abundancia relativa de cada tipo.

-Un acelerador de partículas es un dispositivo que utiliza c ampos electromagnéticos para acelerar partículas cargadas a altas velocidades, y así, hacerlas colisionar con otras partículas.1 Todos los aceleradores se rigen por las ecuaciones básicas del e  lectromagnetismo desarrolladas por Maxwell. Sin embargo, existe una ecuación muy sencilla que sirve para definir las fuerzas que actúan en cada tipo de acelerador. Esta es la ecuación o ecuaciones (cuando se usan de forma separada) de L  orentz. La ecuación puede escribirse de forma básica como: F → = q ⋅ ( E → + v → × B → ) donde F → es la fuerza que sufre la partícula cargada dentro del campo electromagnético,  qes la carga de la partícula cargada (-1 para el electrón, +1 para el positrón o el protón, y mayores para núcleos pesados), E → es el valor del campo eléctrico, B →el campo magnético y v → la velocidad de la partícula. La ecuación se traduce en que la partícula recibe una aceleración que es proporcional a su carga e inversamente proporcional a su masa. Además, los campos eléctricos empujan a la partícula en la dirección del movimiento (el sentido dependerá del signo de la carga y del sentido del propio campo eléctrico), mientras que los campos magnéticos curvan la trayectoria de la partícula (solo cuando el campo magnético es perpendicular a la trayectoria), empujándola hacia el centro de una circunferencia cuyo radio dependerá de la magnitud del campo magnético, de la velocidad que posea la partícula en ese momento y de su carga y masa. 12..Relaciona las cargas en movimiento con la creación de campos magnéticos y describe las líneas de campo magnético que crea una corriente eléctrica rectilínea La fuerza no solo depende de la magnitud de la velocidad, sino también de su dirección, por eso v está en negrita, también es un vector. Si el desplazamiento es perpendicular al campo B, entonces encontramos una relación muy simple:

 F = kqvB  ue aparece es una constante de Donde la fuerza F es un vector también, pero la velocidad es solo el valor de su magnitud. La kq proporcionalidad cuyo valor depende de las unidades que escojamos para F, vy B.Experimentalmente tambien encontramos que si el electrón se mueve en paralelo con el campo, entonces el valor de la fuerza es cero. Existe pues una relación entre el ángulo que forman la dirección de la velocidad con la dirección del campo. Esto es, para las direcciones que no sean la perpendicular o la paralela el valor de la fuerza estará en el máximo de la perpendicular y el mínimo (cero) de la paralela. Por lo tanto podemos decir que la fuerza para el caso general es proporcional al componente de la velocidad que es perpendicular a la dirección del campo. Si esto lo simbolizamos como ┴ vpodemos escribir que, para todos los casos:

F = kqv┴ B donde k es la misma constante que antes. La dirección de la fuerza es siempre perpendicular a la dirección del campo y perpendicular a la dirección del movimiento del electrón.

La fuerza ejercida por un campo magnético externo sobre una partícula cargada puede usarse para definir el campo magnético B de tal manera que resulte que k = 1, con lo que tenemos que:

F = qv ┴ B Campo magnético producido por una corriente rectilínea

● ●

1.

La dirección del campo en un punto P, es perpendicular al plano determinado por la corriente y el punto.

2.

Elegimos como camino cerrado una circunferencia de radio r, centrada en la corriente rectilínea, y situada en una plano perpendicular a la misma.

El campo magnético B es tangente a la circunferencia de radio r, paralelo al vector dl. El módulo del campo magnético B tiene tiene el mismo valor en todos los puntos de dicha circunferencia.

La circulación (el primer miembro de la ley de Ampère) vale

1.

La corriente rectilínea i atraviesa la circunferencia de radio r.

2.

Despejamos el módulo del campo magnético B.

Llegamos a la expresión obtenida aplicando la ley de Biot.

13..Establece la relación que debe existir entre el campo magnético y el campo eléctrico para que una partícula cargada se mueva con movimiento rectilíneo uniforme aplicando la ley fundamental de la dinámica y la ley de Lorentz.

14.Analiza el campo eléctrico y el campo magnético desde el punto de vista energético teniendo en cuenta los conceptos de fuerza central y campo conservativo. 15..Caracteriza el campo magnético creado por una espira y por un conjunto de espiras Una vez conocido el campo magnetostático creado por un conductor rectilíneo, este puede utilizarse para calcular el campo creado por corrientes en circuitos con otras disposiciones. Para ello la idea fundamental es dividir el circuito original en pequeños elementos de corriente que puedan considerarse rectilíneos, y posteriormente sumar (en realidad integrar) la contribución de todos ellos a lo largo de todo el conductor.

Sin embargo, por su importancia en dispositivos como electroimanes o transformadores, en los que los conductores están enrollados formando bobinas, resulta de especial interés aplicar la ley de Biot y Savart para calcular el campo magnético producido por una espira circular en su centro, cálculo que puede realizarse suponiendo que doblamos el conductor rectilíneo hasta formar una espira.

Si observas la imagen verás que el campo en el interior de la espira se refuerza, ya que todo el campo creado en esa zona está orientado en la misma dirección, mientras que en el exterior se debilita. Aunque el cálculo es demasiado complejo para tratarlo aquí, el resultado es relativamente sencillo, resultando ser el campo en el centro de la misma de valor:

donde R es el radio de la espira e I la intensidad que por ella circula.

Cuando se tienen un conjunto de espiras, al arrollamiento de forma cilíndrica de hilo conductor se le denomina solenoide o bobina. El valor del campo en un punto interior situado en el eje del solenoide viene dado por la siguiente expresión:

Donde N es el número de espiras y L la longitud del solenoide.

Cuanto más apretadas estén las espiras, menos campo podrá escapar fuera de ellas y por lo tanto mayor será el valor del campo en el interior del solenoide. Esto puede comprobarse fácilmente introduciendo el concepto de espira por unidad de longitud ( expresión anterior queda como

), de forma que la

En donde se observa claramente que cuanto más juntas estén las espiras, mayor será el campo creado en su interior. Esta es la razón por la cual las bobinas presentan un hilado tan fino y apretado. En la imagen puedes ver la el campo magnético creado en un solenoide por el que circula una corriente. Observa que coincide con el campo creado por un imán, tal y como se afirmaba al comienzo del tema. Además el campo magnético en su interior, al igual que ocurría con el campo eléctrico en un condensador, es uniforme y puede alterarse cambiando el medio en su interior. Por ello muchas bobinas tienen en su interior un núcleo de hierro, de mayor permeabilidad magnética que el vacío, permitiendo un campo magnético mayor. 16.Analiza y calcula la fuerza que se establece entre dos conductores paralelos, según el sentido de la corriente que los recorra, realizando el diagrama correspondiente.

17.Establece el flujo magnético que atraviesa una espira que se encuentra en el seno de un campo magnético y lo expresa en unidades del Sistema Internacional. Supongamos que el campo magnético B es constante y es perpendicular al plano determinado por la espira. El flujo del campo magnético a través de la parte de la espira que se ha introducido en la región en la que existe el campo magnético es

La espira se encuentra completamente introducida en la región en la que existe campo magnético uniforme.

El flujo es constante, la fem es nula V ε =0  La espira empieza a salir del la región en la que existe campo magnético El flujo del campo magnético a través de la parte de la espira que está introducida en dicho campo es

18.Calcula la fuerza electromotriz inducida en un circuito y estima la dirección de la corriente eléctrica aplicando las leyes de Faraday y Lenz. 19.Demuestra el carácter periódico de la corriente alterna en un alternador a partir de la representación gráfica de la fuerza electromotriz inducida en función del tiempo

20.Infiere la producción de corriente alterna en un alternador teniendo en cuenta las leyes de la inducción. Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética. El principio de funcionamiento de los alternadores están basados en la Ley de Faraday. En España se utilizan alternadores con una frecuencia de 50 Hz, es decir, que cambia su polaridad 50 veces por segundo.

El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica... En el primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u otro combustible fósil, ...

Cuando la espira gira, el flujo del campo magnético a través de la espira cambia con el tiempo. según la Ley de Faraday se produce una fem. Las tres formas que hay de variar con el tiempo el flujo de un campo magnético a través de una espira: Flujo magnético: Fm = B·A·cos q ●

Cuando el campo cambia con el tiempo B(t).

●

Cuando el área de la espira cambia con el tiempo A(t).

●

Cuando el ángulo entre el vector campo B y el vector superficie A cambia con el tiempo q(t).

21.Explica las diferencias entre ondas longitudinales y transversales a partir de la orientación relativa de la oscilación y de la propagaciónEn las ondas longitudinales el movimiento de las partículas que transportan la onda es paralelo a la dirección de propagación de esta. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal. Mientras que, en las ondas transeversales las partículas se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

.Obtiene las magnitudes características de una onda a partir de su expresión matemática. COMPLETO

 nda se producirá en 1/2 segundo y la frecuencia Observamos que en un segundo se producen dos ondas, por lo tanto cada o será de dos ondas por segundo. Si entiendes esto, entenderás que el período T es el inverso de la frecuencia f y viceversa. Expresando esto en una relación matemática, tendremos:

La corriente alterna que recibimos en nuestros hogares es producida con una frecuencia de 50 Hz, lo que significa que en un segundo se han producido 50 ondas; es decir, una onda se produce en 0,02 segundos. En 2 centésimas de segundo ha producido una semionda positiva y otra negativa, es decir, cada 0,01 segundos la corriente invierte su polaridad pasando por un valor 0 de tensión; eso supone que, si estuviéramos mirando una bombilla, deberíamos ver como en cada segundo se enciende y apaga 100 veces. Menos mal que nuestro ojo no es capaz de apreciar esa fluctuación.

En el apartado anterior vimos la relación entre ω y T; si profundizamos un poco más tendremos:

● ●

●

Período (T): ya lo hemos citado en la introducción, no obstante lo volvemos a recordar. Es el tiempo que invierte una onda en realizar un ciclo; se mide en segundos. Fase: la fase de una onda relaciona la posición de una característica determinada del ciclo, como por ejemplo la cresta o el valle, con la posición de la misma característica en otra onda y se puede medir en tiempo, distancia o ángulo. De igual manera, dentro de una misma onda, podemos encontrar qué puntos iguales de la onda en diferentes períodos, representan el mismo estado, por lo que decimos que están en fase. Amplitud: dijimos que las ondas senoidales responden a la expresión que se indica más abajo, y en ella se puede observar que el valor de x será máximo, es decir, será igual a xm cuando sen (ωt) valga la unidad. A ese valor máximo lo llamamos amplitud.

4.Escribe e interpreta la expresión matemática de una onda armónica transversal dadas sus magnitudes características. COMPLETO Cuando la fuente que produce la perturbación describe un movimiento armónico simple la onda generada se denomina onda armónica. Muchos fenómenos físicos pueden ser descritos por estas ondas, además cualquier movimiento ondulatorio puede expresarse como superposición de ondas armónicas (Teorema de Fourier). Resolviendo la ecuación de D'Alembert, obtenemos la ecuación de ondas en una dimensión, esta función matemática describe la perturbación (llamada función de onda), es decir, calcula el desplazamiento en el eje y en función del tiempo t para cada coordenada x de la onda. Y(x,t) = A sen (ωt – kx + δ0) (sentido derecho) Y(x,t) = A sen (kx – ωt + δ0) (sentido derecho)

Y(x,t) = A sen (ωt + kx + δ0) (sentido izquierdo) Y(x,t) = A sen (kx + ωt + δ0) (sentido izquierdo)

Considerando sentido hacia la derecha y la fase inicial nula (δ0=0).

Amplitud A: es la máxima perturbación de la onda. La mitad de la distancia entre la cresta y el valle. Número de onda k: es una magnitud de frecuencia que indica el número de veces que vibra una onda en una unidad de distancia. También, numero de longitudes de onda contenidas en una longitud de 2π m...