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Física Universitaria Volumen 3

Preguntas Conceptuales

Física Universitaria Volumen 3Preguntas Conceptuales
  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

Preguntas Conceptuales

6.1 Radiación de cuerpo negro

1 .

¿Qué superficie tiene mayor temperatura, la de una estrella amarilla o la de una estrella roja?

2 .

Describa lo que vería al observar un cuerpo cuya temperatura aumenta de 1000 K a 1.000.000 K.

3 .

Explique los cambios de color en un cuerpo caliente al aumentar su temperatura.

4 .

Especule por qué la luz ultravioleta provoca quemaduras solares, mientras que la luz visible no lo hace.

5 .

Los radiadores de dos cavidades están construidos con paredes de diferentes metales. A la misma temperatura, ¿en qué se diferenciarían sus espectros de radiación?

6 .

Discuta por qué algunos cuerpos aparecen negros, otros rojos y otros blancos.

7 .

Si todo radia energía electromagnética, ¿por qué no podemos ver objetos a temperatura ambiente en una habitación oscura?

8 .

¿Cuánto aumenta la potencia radiada por un cuerpo negro cuando se triplica su temperatura (en K)?

6.2 Efecto fotoeléctrico

9 .

Con la misma fuente de luz monocromática, ¿se produciría el efecto fotoeléctrico para todos los metales?

10 .

En la interpretación del efecto fotoeléctrico, ¿cómo se sabe que un electrón no absorbe más de un fotón?

11 .

Explique cómo puede determinar la función de trabajo a partir de un gráfico del potencial de frenado frente a la frecuencia de la radiación incidente en un experimento de efecto fotoeléctrico. ¿Puede determinar el valor de la constante de Planck a partir de este gráfico?

12 .

Supongamos que en el experimento de efecto fotoeléctrico hacemos un gráfico de la corriente detectada frente a la diferencia de potencial aplicada. ¿Qué información obtenemos de ese gráfico? ¿Podemos determinar a partir del mismo el valor de la constante de Planck? ¿Podemos determinar la función de trabajo del metal?

13 .

Especule cómo el aumento de la temperatura de un fotoelectrodo afecta a los resultados del experimento del efecto fotoeléctrico.

14 .

¿Qué aspectos del efecto fotoeléctrico no pueden ser explicados por la física clásica?

15 .

¿Es el efecto fotoeléctrico una consecuencia del carácter ondulatorio de la radiación o es una consecuencia del carácter de partícula de la radiación? Explique brevemente.

16 .

Los metales sodio, hierro y molibdeno tienen funciones de trabajo de 2,5 eV, 3,9 eV y 4,2 eV, respectivamente. ¿Cuál de estos metales emite fotoelectrones cuando se ilumina con luz de 400 nm?

6.3 El efecto Compton

17 .

Discuta las similitudes y diferencias entre el efecto fotoeléctrico y el de Compton.

18 .

¿Cuál tiene un mayor momento: un fotón UV o un fotón IR?

19 .

¿Afecta el cambio de intensidad de un haz de luz monocromática al momento de los fotones individuales del haz? ¿Afecta este cambio al momento neto del haz?

20 .

¿Puede producirse el efecto Compton con la luz visible? Si es así, ¿será detectable?

21 .

¿Es posible observar rayos X dispersos en el experimento de Compton que tengan una longitud de onda más corta que la radiación de rayos X incidente?

22 .

Demuestre que la longitud de onda Compton tiene la dimensión de la longitud.

23 .

¿A qué ángulo de dispersión el desplazamiento de la longitud de onda en el efecto Compton es igual a la longitud de onda Compton?

6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno

24 .

Explique por qué los patrones de las líneas espectrales de emisión brillante tienen una posición espectral idéntica al patrón de las líneas espectrales de absorción oscuras para un elemento gaseoso determinado.

25 .

¿Se superponen las distintas líneas espectrales del átomo de hidrógeno?

26 .

La serie de Balmer para el hidrógeno se descubrió antes que la serie de Lyman o la de Paschen. ¿Por qué?

27 .

Cuando se analiza el espectro de absorción del hidrógeno a temperatura ambiente, se encuentran líneas de absorción para la serie de Lyman, pero no se encuentra ninguna para la serie de Balmer. ¿Qué nos dice esto sobre el estado energético de la mayoría de los átomos de hidrógeno a temperatura ambiente?

28 .

El hidrógeno representa alrededor del 75 % en masa de la materia en la superficie de la mayoría de las estrellas. Sin embargo, las líneas de absorción del hidrógeno son más fuertes (de mayor intensidad) en los espectros de las estrellas con una temperatura superficial de unos 9.000 K. Son más débiles en el espectro solar y son esencialmente inexistentes en las estrellas muy calientes (temperaturas superiores a 25.000 K) o más bien frías (temperaturas inferiores a 3.500 K). Especule por qué la temperatura de la superficie afecta a las líneas de absorción del hidrógeno que observamos.

29 .

Discuta las similitudes y diferencias entre el modelo de Thomson del átomo de hidrógeno y el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno.

30 .

Discuta la forma en que el modelo de Thomson no es físico. Apoye su argumento con pruebas experimentales.

31 .

Si en un átomo de hidrógeno un electrón se desplaza a una órbita con un radio mayor, ¿aumenta o disminuye la energía del átomo de hidrógeno?

32 .

¿Cómo se conserva la energía cuando un átomo hace una transición de un estado energético superior a otro inferior?

33 .

Supongamos que un electrón de un átomo de hidrógeno hace una transición de la órbita(n+1) a la órbita n. ¿La longitud de onda del fotón emitido es mayor para valores mayores de n, o para valores menores de n?

34 .

Discuta por qué las energías permitidas del átomo de hidrógeno son negativas.

35 .

¿Puede un átomo de hidrógeno absorber un fotón cuya energía sea superior a 13,6 eV?

36 .

¿Por qué se puede ver a través del cristal pero no de la madera?

37 .

¿Tienen las fuerzas gravitacionales un efecto significativo en los niveles de energía atómica?

38 .

Demuestre que la constante de Planck tiene las dimensiones del momento angular.

6.5 Las ondas de materia de De Broglie

39 .

¿Qué tipo de radiación es la más adecuada para la observación de patrones de difracción en sólidos cristalinos: las ondas de radio, la luz visible o los rayos X? Explique.

40 .

Especule cómo se verían afectados los patrones de difracción de un cristal típico si se utilizan γγγγ en lugar de los rayos X.

41 .

Si un electrón y un protón viajan a la misma velocidad, ¿cuál de ellos tiene la menor longitud de onda de De Broglie?

42 .

Si una partícula se acelera, ¿cómo afecta esto a su longitud de onda de De Broglie?

43 .

¿Por qué no se observa a diario la naturaleza ondulatoria de la materia en los objetos macroscópicos?

44 .

¿Cuál es la longitud de onda de un neutrón en reposo? Explique.

45 .

¿Por qué el montaje del experimento de Davisson-Germer debe estar encerrado en una cámara de vacío? Discuta el resultado que espera cuando la cámara no es evacuada.

6.6 Dualidad onda-partícula

46 .

Dé un ejemplo de un experimento en el que la luz se comporte como ondas. Dé un ejemplo de un experimento en el que la luz se comporte como una corriente de fotones.

47 .

Discuta: ¿En qué se diferencia la interferencia de las ondas de agua de la interferencia de los electrones? ¿En qué se parecen?

48 .

Dé al menos un argumento en apoyo de la hipótesis de las ondas de materia.

49 .

Dé al menos un argumento en apoyo de la naturaleza de partícula de la radiación.

50 .

Explique la importancia del experimento de la doble rendija de Young.

51 .

¿Permite el principio de incertidumbre de Heisenberg que una partícula esté en reposo en una región determinada del espacio?

52 .

¿Puede conocerse con exactitud la longitud de onda de De Broglie de una partícula?

53 .

¿Producen los fotones de luz roja una mejor resolución en un microscopio que los fotones de luz azul? Explique.

54 .

Discuta la diferencia principal entre un SEM y un TEM.

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