V. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MODERNA

1. Mecánica cuántica

1. Discute la veracidad de la proposición: “Los cuantos de luz postulados por Planck tienen todos la misma energía.”

2. Ext.07-A5

3. Ext.10-A5

4. Ord.11-A5

5. Ord.10-A5

6. Discute la veracidad de las siguientes proposiciones:
a) “En el efecto fotoeléctrico, la energía cinética de los fotoelectrones es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente.”
b) “El efecto fotoeléctrico es independiente de la frecuencia de la luz que lo produce.”
c) “Cuando un fotón gamma penetra en un campo magnético con una velocidad perpendicular a dicho campo su trayectoria es desviada describiendo una circunferencia.”

7. Ord.06-A5

8. Ext.13-A5

9. Ext.06-B5

10. Un electrón parte del reposo y es acelerado mediante una diferencia de potencial de 2000 V. Calcula el momento lineal final del electrón y su longitud de onda asociada. Datos: |e| = 1,60 · 10-19 C; me = 9,11 · 10-31 Kg.

11. Razona por qué no se tiene en cuenta el principio de incertidumbre en el estudio de los fenómenos ordinarios.

12. Cuando el electrón del átomo de hidrógeno decae del nivel 5 al 2, ¿absorbe o emite un fotón? Calcula la frecuencia del fotón y su energía en eV y J.
Datos: Energía del estado fundamental = -13,6 eV. |e| = 1,60 · 10-19 C.

2. Mecánica relativista

13. Se lanza una piedra hacia arriba a 5 m/s desde una altura de 10 m.
a) Determina las ecuaciones de movimiento de la piedra para un observador que se encontrara en el suelo, sobre la vertical.
b) Determina las ecuaciones de movimiento de la piedra para un observador que se moviera como la piedra en el momento inicial, pero que continuara con ese movimiento relativo de 5 m/s.
c) Determina las ecuaciones de movimiento de la piedra para un observador que se moviese con la piedra.
d) Calcula la fuerza que actúa sobre la piedra según los tres observadores.

14. Escribe las transformaciones de Lorentz en el límite V<<c.

15. Un hombre de 25 años viaja a un planeta situado a 20 años-luz a una velocidad de 0,8c. Su hermano gemelo se queda en la Tierra.
a) ¿Qué edad tienen los hermanos a la vuelta?
b) Si la nave mide 80 m. ¿Qué longitud mide un observador desde la Tierra?

16. Discute la veracidad de la siguiente proposición: “La relación entre la energía y momento lineal de un fotón es E = pc.”

17. Ord.16-B5

18. La masa en reposo del neutrón es de 1,674927 · 10-27 Kg.
a) Calcula la energía en reposo del neutrón.
b) Calcula su energía cinética cuando se mueve a 0,5c.

19. Un electrón tiene una energía en reposo de 0,51 MeV. Si el electrón se mueve a 0,8c, determina:
a) Su masa relativista.
b) Su cantidad de movimiento.
c) Su energía total.

20. Un fotón de 1,32·10-12 J se materializa en un par electrón-positrón. Calcula la energía cinética del par resultante.
Datos: masa del electrón=9,1·10-31 Kg. c=3,00·108 m/s.

21. Dos observadores dejan caer una piedra desde una altura de 1 m. Escribe las ecuaciones de movimiento en los siguientes casos:
a) El observador se encuentra sobre la superficie de la Tierra.
b) El observador viaja en una nave espacial que está acelerando verticalmente a 9,8 m/s2.

3. Física nuclear

22. Calcula el defecto de masa, la energía de enlace y la energía de enlace por nucleón del C-12.
Datos: masa del protón = 1,0076 u; masa del neutrón = 1,0089 u; masa 12C = 12,0000 u. 1 u = 1,660538921 × 10-27 Kg.

23. Determina los isótopos o partículas X producidos en la siguiente reacciones nucleares:
a) 49Be + 11H → 24He + X
b) 1327Al + 24He → 1530P + X
c) 90234Th → 91234Pa + X

24. El U-235 se fisiona dando lugar a Ba-141 y Kr-92.
a) ¿Cuántos neutrones se emiten en la fisión?
b) Determina la energía producida en la fisión de 1 Kg de U-235.
Datos: Números atómicos: U=92; Ba=56; Kr=36. Masas: U-235 = 235,0439 u; Ba-141 = 140,9140 u, Kr-92 = 91,9251 u , n = 1,0087 u.

25. Discute la veracidad de las siguientes proposiciones:
a) “La radiación gamma es la emisión de electrones desde el núcleo de un elemento radiactivo.”
b) “Las partículas beta son fotones de radiación.”
c) “Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula gamma se convierte en otro núcleo con la misma masa atómica y distinto número atómico.”
d) “La radiación beta es la emisión de protones desde la corteza electrónica de un átomo radiactivo.”

26. Ext.16-A5

27. El C-14 es un isótopo emisor β-, con una vida media de 5,73·103 años. Este isótopo se utiliza en la datación arqueológica.
a) Escribe la ecuación de desintegración del C-14.
b) ¿Cuánto tiempo tarda la actividad de una muestra de C-14 en reducirse a la mitad?
c) Si la actividad de un hueso prehistórico es 16 veces inferior a la de un hueso moderno de igual masa, calcula su antigüedad.

28. Ord.15-B5

29. Ord.13-B5

30. Ext.12-B5

31. Ext.11-A5

32. Ext.09-B5

33. Ext.08-B5

4. Modelo estándar de partículas

34. Justifica la carga del protón y el neutrón a partir de su composición en quarks.