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Física Universitaria Volumen 3

Problemas De Desafío

Física Universitaria Volumen 3Problemas De Desafío
  1. Prefacio
  2. Óptica
    1. 1 La naturaleza de la luz
      1. Introducción
      2. 1.1 La propagación de la luz
      3. 1.2 La ley de reflexión
      4. 1.3 Refracción
      5. 1.4 Reflexión interna total
      6. 1.5 Dispersión
      7. 1.6 Principio de Huygens
      8. 1.7 Polarización
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Óptica geométrica y formación de imágenes
      1. Introducción
      2. 2.1 Imágenes formadas por espejos planos
      3. 2.2 Espejos esféricos
      4. 2.3 Imágenes formadas por refracción
      5. 2.4 Lentes delgadas
      6. 2.5 El ojo
      7. 2.6 La cámara
      8. 2.7 La lupa simple
      9. 2.8 Microscopios y telescopios
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 3 Interferencias
      1. Introducción
      2. 3.1 Interferencia de doble rendija de Young
      3. 3.2 Matemáticas de la interferencia
      4. 3.3 Interferencias de rendijas múltiples
      5. 3.4 Interferencia de película delgada
      6. 3.5 El interferómetro de Michelson
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Difracción
      1. Introducción
      2. 4.1 Difracción de una rendija
      3. 4.2 Intensidad en la difracción de una rendija
      4. 4.3 Difracción de doble rendija
      5. 4.4 Rejillas de difracción
      6. 4.5 Aberturas circulares y resolución
      7. 4.6 Difracción de rayos X
      8. 4.7 Holografía
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Física moderna
    1. 5 Relatividad
      1. Introducción
      2. 5.1 Invariancia de las leyes físicas
      3. 5.2 Relatividad de la simultaneidad
      4. 5.3 Dilatación del tiempo
      5. 5.4 Contracción de longitud
      6. 5.5 La transformación de Lorentz
      7. 5.6 Transformación relativista de la velocidad
      8. 5.7 Efecto Doppler para la luz
      9. 5.8 Momento relativista
      10. 5.9 Energía relativista
      11. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Fotones y ondas de materia
      1. Introducción
      2. 6.1 Radiación de cuerpo negro
      3. 6.2 Efecto fotoeléctrico
      4. 6.3 El efecto Compton
      5. 6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno
      6. 6.5 Las ondas de materia de De Broglie
      7. 6.6 Dualidad onda-partícula
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 7 Mecánica cuántica
      1. Introducción
      2. 7.1 Funciones de onda
      3. 7.2 El principio de incertidumbre de Heisenberg
      4. 7.3 La ecuación de Schrӧdinger
      5. 7.4 La partícula cuántica en una caja
      6. 7.5 El oscilador armónico cuántico
      7. 7.6 El efecto túnel de las partículas a través de las barreras de potencial
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Estructura atómica
      1. Introducción
      2. 8.1 El átomo de hidrógeno
      3. 8.2 Momento dipolar magnético orbital del electrón
      4. 8.3 Espín del electrón
      5. 8.4 El principio de exclusión y la tabla periódica
      6. 8.5 Espectros atómicos y rayos X
      7. 8.6 Láseres
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    5. 9 Física de la materia condensada
      1. Introducción
      2. 9.1 Tipos de enlaces moleculares
      3. 9.2 Espectros moleculares
      4. 9.3 Enlaces en los sólidos cristalinos
      5. 9.4 Modelo de electrones libres de los metales
      6. 9.5 Teoría de bandas de los sólidos
      7. 9.6 Semiconductores y dopaje
      8. 9.7 Dispositivos semiconductores
      9. 9.8 Superconductividad
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Física nuclear
      1. Introducción
      2. 10.1 Propiedades de los núcleos
      3. 10.2 Energía de enlace nuclear
      4. 10.3 Decaimiento radioactivo
      5. 10.4 Reacciones nucleares
      6. 10.5 Fisión
      7. 10.6 Fusión nuclear
      8. 10.7 Usos médicos y efectos biológicos de la radiación nuclear
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Física de partículas y cosmología
      1. Introducción
      2. 11.1 Introducción a la física de partículas
      3. 11.2 Leyes de conservación de las partículas
      4. 11.3 Cuarks
      5. 11.4 Aceleradores y detectores de partículas
      6. 11.5 El modelo estándar
      7. 11.6 El Big Bang
      8. 11.7 Evolución del universo primigenio
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
  12. Índice

Problemas De Desafío

90 .

Los espectáculos de luz montados con láseres utilizan espejos móviles para hacer oscilar los haces y crear efectos de color. Demuestre que un rayo de luz reflejado en un espejo cambia de dirección en 2θ2θ cuando el espejo se gira en un ángulo θθ.

91 .

Considere la luz solar que entra en la atmósfera de la Tierra al amanecer y al atardecer, es decir, a un ángulo de incidencia de 90,0°90,0°. Al tomar como súbito el límite entre el espacio casi vacío y la atmósfera, calcule el ángulo de refracción de la luz solar. Esto alarga el tiempo que el Sol parece estar sobre el horizonte, tanto al amanecer como al atardecer. Ahora construya un problema en el que determine el ángulo de refracción para diferentes modelos de la atmósfera, como varias capas de densidad variable. Su instructor puede orientarle sobre el nivel de complejidad a considerar y sobre cómo varía el índice de refracción con la densidad del aire.

92 .

Un rayo de luz que entra en una fibra óptica rodeada de aire se refracta primero y se refleja después como se muestra a continuación. Demuestre que si la fibra está hecha de vidrio crown, cualquier rayo incidente se reflejará totalmente de forma interna.

La figura muestra la luz que viaja desde n 1 e incide en la cara izquierda de un bloque rectangular de material n 2. El rayo incide con un ángulo de incidencia theta 1, medido con respecto a la normal de la superficie donde entra el rayo. El ángulo de refracción es theta 2, de nuevo, respecto a la normal de la superficie. El rayo refractado incide sobre la cara superior del bloque y se refleja totalmente en el interior con theta 3 como ángulo de incidencia.
93 .

Un rayo de luz incide en la cara izquierda de un prisma (ver más abajo) en el ángulo de incidencia θθ para el que el haz emergente tiene un ángulo de refracción θθ en la cara derecha. Demuestre que el índice de refracción n del prisma de vidrio viene dado por

n = sen 1 2 ( α + ϕ ) sen 1 2 ϕ n = sen 1 2 ( α + ϕ ) sen 1 2 ϕ

donde ϕϕ es el ángulo del vértice del prisma y αα es el ángulo por el que se ha desviado el rayo. Si α=37,0°α=37,0° y los ángulos de la base del prisma son cada uno 50,0°,50,0°, ¿cuál es el valor de n?

Un rayo de luz incide en la cara izquierda de un prisma triangular cuyo vértice superior tiene un ángulo de phi y cuyo índice de refracción es n. El ángulo de incidencia del rayo respecto a la normal de la cara izquierda es theta. El rayo se refracta en el prisma. El rayo refractado es horizontal, paralelo a la base del prisma. El rayo refractado llega a la cara derecha del prisma y se refracta al salir de este. El rayo emergente hace un ángulo de theta con la normal a la cara derecha.
94 .

Si el ángulo del vértice ϕϕ en el problema anterior es 20,0°20,0° y n=1,50n=1,50, ¿cuál es el valor de αα?

95 .

La luz que incide en la lámina polarizadora P1P1 se polariza linealmente con un ángulo de 30,0°30,0° con respecto al eje de transmisión de P1P1. La lámina P2P2 se coloca de forma que su eje sea paralelo al eje de polarización de la luz incidente, es decir, también en 30,0°30,0° con respecto a P1P1. (a) ¿Qué fracción de la luz incidente atraviesa P1P1? (b) ¿Qué fracción de la luz incidente pasa por la combinación? (c) Al girar P2P2, se obtiene un máximo en la intensidad transmitida. ¿Cuál es la relación entre esta intensidad máxima y la intensidad de la luz transmitida cuando P2P2 está a 30,0°30,0° con respecto a P1P1?

96 .

Demuestre que si I es la intensidad de la luz transmitida por dos filtros polarizadores con ejes en ángulo θθ y II es la intensidad cuando los ejes están en ángulo 90,0°θ,90,0°θ, entonces I+I=I0,I+I=I0, la intensidad original. (Pista: Utilice las identidades trigonométricas cos90,0°θ=senθcos90,0°θ=senθ y cos2θ+sen2θ=1.)cos2θ+sen2θ=1.)

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