Omitir e ir al contenidoIr a la página de accesibilidad
Logo de OpenStax
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

84 .

Este problema demuestra que la energía de enlace del electrón en estado fundamental de un átomo de hidrógeno es mucho menor que las energías de masa en reposo del protón y del electrón.

(a) Calcule el equivalente en masa en u de la energía de enlace de 13,6 eV de un electrón en un átomo de hidrógeno, y compárelo con la masa conocida del átomo de hidrógeno.

(b) Réstele a la masa conocida del protón la masa conocida del átomo de hidrógeno.

(c) Tome la relación entre la energía de enlace del electrón (13,6 eV) y el equivalente energético de la masa del electrón (0,511 MeV).

(d) Discuta cómo sus respuestas confirman el propósito declarado de este problema.

85 .

La sonda espacial Galileo fue lanzada en su largo viaje más allá de Venus y la Tierra en 1989, con el objetivo final de llegar a Júpiter. Su fuente de energía proviene de 11,0 kg de 238Pu,238Pu, un subproducto de la producción de plutonio para armas nucleares. La energía eléctrica se genera de forma termoeléctrica a partir del calor producido cuando las partículas αα de 5,59-MeV emitidas en cada decaimiento se estrellan en el interior del plutonio y su blindaje. La vida media de 238Pu238Pu es de 87,7 años.

(a) ¿Cuál era la actividad original del 238Pu238Pu en becquerels?

(b) ¿Qué potencia se emitió en kilovatios?

(c) ¿Qué potencia se emitió 12,0 años después del lanzamiento? Puede ignorar la energía extra de los nucleídos hija y las pérdidas por escape de rayos γγ.

86 .

Calcule la energía emitida en el decaimiento ββ de 60Co60Co.

87 .

A menudo se recurre a los ingenieros para que inspeccionen y, si es necesario, reparen los equipos de las centrales nucleares. Supongamos que las luces de la ciudad se apagan. Después de inspeccionar el reactor nuclear, encuentra una tubería con fugas que va del generador de vapor a la cámara de la turbina. (a) ¿Cómo se comparan las lecturas de presión de la cámara de la turbina y del condensador de vapor? (b) ¿Por qué el reactor nuclear no genera electricidad?

88 .

Para que dos núcleos se fusionen en una reacción nuclear, deben moverse lo suficientemente rápido como para que la fuerza repulsiva de Coulomb entre ellos no les impida acercarse entre sí dentro de R10−14mR10−14m. A esta distancia o una menor, la fuerza nuclear de atracción puede superar a la fuerza de Coulomb, y los núcleos son capaces de fusionarse.

(a) Halle una fórmula sencilla que pueda utilizarse para estimar la energía cinética mínima que deben tener los núcleos para fusionarse. Para simplificar el cálculo, suponga que los dos núcleos son idénticos y se mueven el uno hacia el otro con la misma velocidad v. (b) Utilice esta energía cinética mínima para estimar la temperatura mínima que debe tener un gas de los núcleos antes de que un número significativo de ellos experimente la fusión. Calcule esta temperatura mínima primero para el hidrógeno y luego para el helio. (Pista: Para que se produzca la fusión, la energía cinética mínima cuando los núcleos están alejados debe ser igual a la energía potencial de Coulomb cuando están a una distancia R).

89 .

Para la reacción, n+3He4He+γn+3He4He+γ, calcule la cantidad de transferencias de energía a 4He4He y γγ (en el lado derecho de la ecuación). Supongamos que los reactivos están inicialmente en reposo. (Pista: Utilice el principio de conservación del momento).

90 .

A menudo se les pide a los ingenieros que inspeccionen y, si es necesario, reparen los equipos de los hospitales. Supongamos que el sistema PET funciona mal. Después de inspeccionar la unidad, usted sospecha que uno de los detectores de fotones PET está desalineado. Para probar su teoría, coloca un detector en el lugar (r,θ,φ)=(1,5,45,30)(r,θ,φ)=(1,5,45,30) en relación con una muestra de prueba radiactiva en el centro de la cama del paciente. (a) Si el segundo detector de fotones está correctamente alineado, ¿dónde debería estar situado? (b) ¿Qué lectura de energía se espera?

Cita/Atribución

¿Desea citar, compartir o modificar este libro? Este libro es Creative Commons Attribution License 4.0 y debe atribuir a OpenStax.

Información de atribución
  • Si redistribuye todo o parte de este libro en formato impreso, debe incluir en cada página física la siguiente atribución:
    Acceso gratis en https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-3/pages/1-introduccion
  • Si redistribuye todo o parte de este libro en formato digital, debe incluir en cada vista de la página digital la siguiente atribución:
    Acceso gratuito en https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-3/pages/1-introduccion
Información sobre citas

© 29 oct. 2021 OpenStax. El contenido de los libros de texto que produce OpenStax tiene una licencia de Creative Commons Attribution License 4.0 license. El nombre de OpenStax, el logotipo de OpenStax, las portadas de libros de OpenStax, el nombre de OpenStax CNX y el logotipo de OpenStax CNX no están sujetos a la licencia de Creative Commons y no se pueden reproducir sin el previo y expreso consentimiento por escrito de Rice University.