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Física Universitaria Volumen 3

Problemas Adicionales

Física Universitaria Volumen 3Problemas Adicionales
  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 Adicionales

127 .

Utilice una regla y un transportador para dibujar los rayos y hallar imágenes en los siguientes casos.

(a) Un objeto puntual situado en el eje de un espejo cóncavo situado en un punto dentro de la distancia focal desde el vértice.
(b) Un objeto puntual situado en el eje de un espejo cóncavo situado en un punto más lejano que la distancia focal desde el vértice.
(c) Un objeto puntual situado en el eje de un espejo convexo situado en un punto dentro de la distancia focal desde el vértice.
(d) Un objeto puntual situado en el eje de un espejo convexo situado en un punto más lejano que la distancia focal desde el vértice.
(e) Repita (a)-(d) para un objeto puntual fuera del eje.

128 .

¿Dónde debe colocarse un objeto de 3 cm de altura frente a un espejo cóncavo con radio de 20 cm para que su imagen sea real y de 2 cm de altura?

129 .

Un objeto de 3 cm de altura se coloca a 5 cm delante de un espejo convexo con un radio de curvatura de 20 cm. ¿Dónde se forma la imagen? ¿Qué altura tiene la imagen? ¿Cuál es la orientación de la imagen?

130 .

Observa un espejo de forma que pueda ver una imagen virtual cuadriplicada de un objeto cuando este se coloca a 5 cm del vértice del espejo. ¿Qué tipo de espejo necesita? ¿Cuál debe ser el radio de curvatura del espejo?

131 .

Deduzca la siguiente ecuación para un espejo convexo:

1VO1VI=1VF1VO1VI=1VF,

donde VO es la distancia al objeto O desde el vértice V, VI la distancia a la imagen I desde V, y VF es la distancia al punto focal F desde V. (Pista: utilice dos conjuntos de triángulos similares)

132 .

(a) Dibuje rayos que formen la imagen de un objeto vertical sobre el eje óptico y más lejos que el punto focal de una lente convergente. (b) Utilice la geometría plana en su figura y demuestre que el aumento m viene dado por m=hiho=dido.m=hiho=dido.

133 .

Utilice otro diagrama de trazado de rayos para la misma situación dada en el problema anterior para derivar la ecuación de lentes delgadas, 1do+1di=1f1do+1di=1f.

134 .

Usted fotografía una persona de 2,0 m de altura con una cámara que tiene un objetivo de 5,0 cm de distancia focal. La imagen de la película no debe tener más de 2,0 cm de altura. (a) ¿Cuál es la distancia más cercana a la que puede situarse la persona con respecto al objetivo? (b) Para esta distancia, ¿cuál debe ser la distancia de la lente a la película?

135 .

Halle la distancia focal de una lente delgada plano-convexa. La superficie frontal de esta lente es plana, y la superficie posterior tiene un radio de curvatura de R2=-35cmR2=-35cm. Supongamos que el índice de refracción de la lente es de 1,5.

136 .

Calcule la distancia focal de una lente de menisco con R1=20cmR1=20cm y R2=15cmR2=15cm. Supongamos que el índice de refracción de la lente es de 1,5.

137 .

Un hombre miope no puede ver claramente los objetos más allá de 20 cm de sus ojos. ¿A qué distancia debe situarse de un espejo para ver lo que hace cuando se afeita?

138 .

Una madre ve que la graduación de las lentes de contacto de su hijo es de 0,750 D. ¿Cuál es el punto cercano del niño?

139 .

Repita el problema anterior para anteojos que están a 2,20 cm de los ojos.

140 .

La fórmula de lentes de contacto prescrita para una persona miope es de -4,00 D y la persona tiene un punto lejano de 22,5 cm. ¿Cuál es la potencia de la capa lagrimal entre la córnea y el cristalino si la corrección es ideal, teniendo en cuenta la capa lagrimal?

141 .

Resultados irrazonables Un niño tiene un punto cercano de 50 cm y un punto lejano de 500 cm. ¿Una lente de -4,00 D corregirá su punto lejano hasta el infinito?

142 .

Calcule el aumento angular de una imagen mediante una lupa de f=5,0cmf=5,0cm si el objeto está colocado do=4,0cmdo=4,0cm de la lente y la lente está cerca del ojo.

143 .

Supongamos que el objetivo y el ocular de un microscopio compuesto tienen distancias focales de 2,5 cm y 10 cm, respectivamente, y están separados por 12 cm. Un binocular de 70-μm70-μm se coloca a 6,0 cm del objetivo. ¿Qué tamaño tiene la imagen virtual formada por el sistema objetivo-ocular?

144 .

Dibuje rayos a escala para localizar la imagen en la retina si el cristalino tiene una distancia focal de 2,5 cm y el punto cercano es de 24 cm. (Pista: Coloque un objeto en el punto cercano).

145 .

El objetivo y el ocular de un microscopio tienen las distancias focales de 3 cm y 10 cm, respectivamente. Decida la distancia entre el objetivo y el ocular si necesitamos un aumento de 10×10× del sistema compuesto objetivo-ocular.

146 .

Una persona hipermétrope tiene un punto cercano de 100 cm. ¿A qué distancia por delante o por detrás de la retina se forma la imagen de un objeto situado a 25 cm del ojo? Utilice la distancia de la córnea a la retina de 2,5 cm.

147 .

Una persona miope tiene un punto lejano de 80 cm. (a) ¿Qué tipo de lente correctora necesitará la persona si la lente debe colocarse a 1,5 cm del ojo? (b) ¿Cuál sería la potencia de la lente de contacto necesaria? Suponga que la distancia de la lente de contacto al ojo es cero.

148 .

En un telescopio reflector el objetivo es un espejo cóncavo de radio de curvatura de 2 m y el ocular es una lente convexa de distancia focal de 5 cm. Calcule el tamaño aparente de un árbol de 25 m a una distancia de 10 km que percibiría al mirar por el telescopio.

149 .

Dos estrellas que están a 109km109km se observan con un telescopio y se comprueba que están separadas por un ángulo de 10−5radianes10−5radianes. Si el ocular del telescopio tiene una distancia focal de 1,5 cm y el objetivo tiene una distancia focal de 3 metros, ¿a qué distancia están las estrellas del observador?

150 .

¿Cuál es el tamaño angular de la Luna si se ve desde un binocular que tiene una distancia focal de 1,2 cm para el ocular y una distancia focal de 8 cm para el objetivo? Utilice el radio de la Luna 1,74×106m1,74×106m y la distancia de la Luna al observador será de 3,8×108m3,8×108m.

151 .

Un planeta desconocido a una distancia de 1012m1012m desde la Tierra se observa con un telescopio que tiene una distancia focal del ocular de 1 cm y una distancia focal del objetivo de 1 m. Si se ve que el planeta lejano subtiende un ángulo de 10−5radianes10−5radianes en el ocular, ¿cuál es el tamaño del planeta?

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