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8809-6527 36 páginas N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+ Martes 17 de noviembre de 2009 (mañana) FÍSICA NIVEL SUPERIOR PRUEBA 3 INSTRUCCIONES PARA LOS ALUMNOS Escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba. No abra esta prueba hasta que se lo autoricen. Conteste todas las preguntas de dos de las opciones en los espacios provistos. Cuando termine el examen, indique en las casillas correspondientes de la portada de su examen las letras de las opciones que ha contestado. 1 hora 15 minutos Número de convocatoria del alumno 0 0 © International Baccalaureate Organization 2009 0136 88096527

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N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

Martes 17 de noviembre de 2009 (mañana)

FísicaNiVEL sUPERiORPRUEBa 3

INSTruccIoNeS PArA loS AluMNoS

• escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba.• No abra esta prueba hasta que se lo autoricen.• conteste todas las preguntas de dos de las opciones en los espacios provistos.• cuando termine el examen, indique en las casillas correspondientes de la portada de

su examen las letras de las opciones que ha contestado.

1 hora 15 minutos

Número de convocatoria del alumno

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© International Baccalaureate organization 2009

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Opción E — Astrofísica

E1. EstapreguntatratasobrelaestrellaBecruxysobrelasvariablescefeidas.

(a) Describaquéentendemospor

(i) laescalademagnitudesaparentes.

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(ii) magnitudabsoluta.

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[1]

(b) BecruxesunaestrelladelasecuenciaprincipalyesunadelasestrellasqueformanlaCruzdelSur.SedisponedelossiguientesdatossobreBecrux.

Magnitudaparente =1,25Magnitudabsoluta =–3,92Brilloaparente =7,00×10–12bSol

bSoleselbrilloaparentedelSol.Utiliceestosdatosparadeducirque

(i) ladistanciadeBecruxalaTierraesde108pc.

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[3]

(ii) la luminosidaddeBecrux es 3,43×103LSol dondeLSol es la luminosidaddelSol.(1pc=2,05×105AU)

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Véase al dorso

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(Pregunta E1: continuación)

(c) Dadoqueelexponenteenlarelaciónmasa–luminosidades3,5,demuestrequelamasadeBecruxesaproximadamente10MSoldondeMSoleslamasadelSol.

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(d) Indique ladiferenciaentreeldestinoeventualdelSolyeldeBecrux,despuésdequeabandonenlasecuenciaprincipal.

Sol: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Becrux: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(Pregunta E1: continuación)

(e) Becrux es una estrella de clase espectral B. Sobre los ejes del diagrama de Hertzsprung-Russell

(i) rotuleconlaletraBlaposiciónaproximadadeBecrux. [1]

(ii) dibujeelcaminoevolutivodeBecruxdespuésdequeabandonelasecuenciaprincipal. [1]

magnitudabsoluta

–10

–5

0

+5

40 20 10 5 2,5temperatura/K×103

(f) SobrelosejesdeldiagramadeHertzsprung-Russellanterior,dibujeaproximadamentelaregiónenlaqueselocalizanlasestrellasvariablescefeidas. [1]

(g) Indiquelarazóndelavariaciónperiódicadeluminosidadenunavariablecefeida.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[1]

(h) Indiquedosmagnitudesqueesnecesariomedirconobjetodeutilizarunavariablecefeidacomo“faro estándar”paradeterminar ladistancia a lagalaxia en laque se encuentralacefeida.

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

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E2. Estapreguntatratasobrecosmología.

(a) Elsiguientediagramarepresentaunaregiónesféricadelespacio,basadaenelmodelonewtonianodeluniverso. LaTierraseencuentraenelcentrodeesaregión. La líneaoscura representa una capa esférica muy delgada de espacio a una distancia R delaTierra.

R

Tierra

Haciendo referencia al diagrama y al modelo newtoniano del universo, expliquecuantitativamentelaparadojadeOlbers.

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(Pregunta E2: continuación)

(b) La teoría del Big Bang proporciona una solución a la paradoja de Olbers. Dos delasevidenciasqueapoyanlateoríasonlaexistenciadelaradiacióndefondocósmicademicroondas(FCM)yeldesplazamientoalrojodelaluzprocedentedegalaxiaslejanas.

(i) ResumacómolaFCMresultaconsistenteconlateoríadelBigBang.

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(ii) Sedisponedelossiguientesdatosdeldesplazamientoalrojodelaluzprocedentedeunagalaxialejana.

Longituddeondadelaluzprocedentedelagalaxia =130nm Longituddeondamedidaenellaboratorio =120nm ConstantedeHubble =74kms–1Mpc–1

UtiliceesosdatosparadeterminarladistanciadelagalaxiaalaTierra.

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Páginaenblanco

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Opción F — Comunicaciones

F1. Estapreguntatratasobremodulación.

(a) Distingaentreondadeseñalyondaportadora.

Ondadeseñal: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Ondaportadora: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[2]

(b) Haciendo referencia a la onda portadora, distinga entre modulación de amplitud ymodulacióndefrecuencia.

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[1]

(c) Eldiagramaesquematizaunaseñaldeaudiofrecuencia.

tiempo

Una onda de radio está modulada en frecuencia por la señal de audiofrecuencia.Indiqueloscambios,siloshay,enlafrecuenciadelaseñalmoduladaenlossiguientesintervalosdetiempo.

A→B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

B→ C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

C →D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(Pregunta F1: continuación)

(d) Paraunaciertaondaportadoradefrecuenciamodulada,elmáximodefrecuenciaocurrecada1,2ms.Hay2,2×105oscilacionesentrecadamáximodefrecuencia.Determinelafrecuenciadela

(i) ondadeseñal.

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(ii) ondaportadora.

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F2. Estapreguntatratasobreseñalesdigitales.

(a) Lagráficamuestralavariacióndeunaseñalanalógicaconeltiempo.

señaldesalida/V

5

4

3

2

1

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tiempo/×100µs

Conobjetode convertir la señal analógica enuna señaldigitalde3bits, semuestreacada100µs.Acontinuación,semuestranlosposiblesvoltajesdesalidadelconversordeanalógicoadigital.

Señal analógica / V Salida binaria

0–<0,5 000

0,5–<1,0 001

1,0–<1,5 010

1,5–<2,0 011

2,0–<2,5 100

2,5–<3,0 101

3,0–<3,5 110

3,5–<4,0 111

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Véase al dorso

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(Pregunta F2: continuación)

Explicandosurespuesta,determine

(i) lavelocidaddetransferenciadedatos(bitrate).

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(ii) lasalidadigitaldelaseñalparalasextamuestraempezandodesdet=0s.

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[2]

(b) Expliquelosefectosquetendríaelaumentodelafrecuenciademuestreoydelnúmerodebitssobrelacalidaddelarepresentacióndelaseñalanalógica.

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[3]

(c) Laseñalanalógicade(a)setransmiteatravésdeunafibraópticaquetieneunaatenuaciónde2,0dBkm–1.

(i) Indique,envatios,cómosedefinelaatenuaciónenlaescaladecibélica.

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(ii) Calcule la distancia que ha viajado la señal para que resulte una atenuacióndel75%.

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(Pregunta F2: continuación)

(d) A causa del ruido en los circuitos eléctricos, a menudo los pulsos digitales puedenperdersuformay,portanto,distorsionarlainformaciónquetransportan.LospulsossepuedenregenerarutilizandouncircuitodenominadodisparadordeSchmitt.ElsiguientediagramamuestraundisparadordeSchmittqueincorporaunamplificadoroperacional.

Ventrada

1,0V –

+

10kΩ 50kΩ

VX

V0=–6,0V

(i) Indiquedospropiedadesesencialesdeunamplificadoroperacional.

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(ii) En la situaciónmostrada, el voltaje de salidaV0 del amplificador toma suvalormínimode–6,0V.Elvoltajeenlaentradanoinversoradelamplificadoresiguala1,0VyenlaentradainversoraesVX. Elvoltajedesalidacambiaráasuvalormáximode+6,0VsielvoltajeVXjustamentesupera+1,0V.DetermineelvoltajemínimoVentradaqueocasionaríaunvoltajedesalidade+6,0V.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

F3. Resumaun aspectomoralo éticoyun aspectomedioambientalquederivendelusode losteléfonosmóviles.

Aspectomoraloético: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Aspectomedioambiental: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

Opción G — Ondas electromagnéticas

G1. Estapreguntatratasobreelespectroelectromagnético.

(a) La transmisión desde una emisora de televisión tiene una frecuencia de 100MHz.Esunhechoconocidoquelasondaselectromagnéticasasociadascondichatransmisiónproducenuncampomagnético.Indiqueunarazónporlaqueunabrújulanorespondeaesecampo.

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(b) Seproponequeenlugardeutilizarondasderadioparalastransmisionesdetelevisión,seutilicenrayosgamma.

(i) Indiqueunafrecuenciatípicadelosrayosgamma.

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[1]

(ii) Sugiera un inconveniente del uso de rayos gamma para las transmisionesdetelevisión.

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G2. Estapreguntatratasobrelaaberracióncromáticayunalente.

(a) Dosrayosparalelosdeluzblancaincidensobreunalenteconvexa.

luzblanca

ejeprincipal

luzblanca

lenteconvexa

Sobreeldiagrama,ydespuésdelarefracciónenlalente,dibujelastrayectoriasdelosrayosdeluzrojaydeluzazul,presentesenlaluzblanca. [2]

(b) Utilicesudiagramade(a)paraexplicarlaaberracióncromática.

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(c) Indiqueunmododereducirlaaberracióncromática.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

(Pregunta G2: continuación)

(d) Sesitúaunobjetoa5,0cmdelalenteyseiluminaconluzroja.Ladistanciafocaldelalenteparalaluzrojaesde8,0cm.Calcule

(i) laposicióndelaimagen.

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(ii) laamplificaciónlineal.

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G3. Estapreguntatratasobrelainterferenciadedosfuentes.

(a) Laluzprocedentedeunláserincidesobredosrendijasparalelaseidénticas,cuyaanchuraespequeñaencomparaciónconsuseparación.

doblerendija pantalla

0,50mm

2,0m

(diagrama no a escala)

Despuésdeatravesarlasrendijas,laluzincidesobreunapantalla.Laseparacióndelasrendijases0,50mmyladistanciaentrelasrendijasylapantallaes2,0m.Lalongituddeondadelaluzes700nm.

(i) Indiqueporquéseutilizaluzlásercomofuentedeluz.

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(ii) Determinelaseparacióndelospuntosdeintensidadmáximasobrelapantalla.

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(iii) Describa el efecto que tendría el aumento en el número de rendijas sobre ladistribucióndeintensidadesenlapantalla.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

(Pregunta G3: continuación)

(b) Las rendijas de (a) se sustituyen por una red de difracción que tiene 3,5×105 líneaspormetro.Determineelnúmerodeposicionesdeintensidadmáximaqueseobservaránsobrelapantalla.

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G4. Estapreguntatratasobreinterferenciaenpelículasdelgadas.

Avecesseutilizaunapelículadelgadapararecubrirlaslentesdelasgafas,comosemuestraenelsiguientediagrama.

aire,índicede recubrimiento,índicerefracción=1,00 derefracción=1,30

lentedevidrio,índicederefracción=1,53

luzincidente

superficieA superficieB

(a) Indiqueelcambiodefasequeexperimentalaluzque

(i) setransmiteatravésdelasuperficieA.

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(ii) sereflejaenlasuperficieB.

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(iii) setransmiteatravésdelasuperficieAyvuelvedesdelapelículahastaelaire.

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(b) Sobreelrecubrimientoincideluzdelongituddeonda570nmenelaire.Determineelmenorespesor de recubrimiento requerido demodo que, para incidencia normal, la reflexiónseminimice.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

G5. EstapreguntatratasobrerayosX.

(a) ElsiguientediagramaesunesquemaquemuestralosespectrosderayosXproducidosporelectronesdeenergías25keVy20keV,chocandosobreunblancodemolibdeno.

intensidadderayosX

25keV

20keV

longituddeonda

Sugieraporquénoseproduceespectrocaracterísticoparaloselectronesde20keV.

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(b) DemuestrequelalongituddeondamínimadelosrayosXproducidosporloselectronesde25keVen(a)es0,050nm.

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(c) LaslongitudesdeondadelosrayosXen(a)semidenpordispersiónconlasuperficiedeuncristalquetieneunaestructurareticularcúbica.Elespaciadodelaretículadeioneses0,28nm.CalculelalongituddeondadelosrayosXqueproducenladispersióndeBraggconunángulodeprimerordende21.

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Opción H — Relatividad

H1. Estapreguntatratasobrelarelatividadespecial.

(a) Indiquequéentendemosporsistemainercialdereferencia.

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[1]

(b) AibheestáenreposoenunsistemainercialdereferenciaAyEuanestáenreposoenunsistemainercialdereferenciaB. ElsistemaBseestámoviendoenladirecciónxconrapidezvrespectodeA.LamesaTestáenreposorespectoaAibhe.

A B

Aibhe Euan

T

x x

v

LalongituddeTmedidaporAibhees1,5mymedidaporEuanes1,2m.

(i) ExpliquequéobservadormidelalongitudpropiadeT.

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(ii) Determinelarapidezv.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

(Pregunta H1: continuación)

(c) DosinsectosseposanenelmismopuntodeT.SegúnunrelojenreposorespectoaAibhe,unodelosinsectosseposa2,4segundosdespuésqueelotro.Calculeelintervalodetiempoquetranscurre,segúnEuan,desdequeseposauninsectohastaquelohaceelotro.

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[1]

(d) Otrosdosinsectosseposanencadaextremodelamesa.Estosdossucesospuedenocurrirenelmismoinstantesegúnloquemideunode losdosobservadores(AibheoEuan),peronosegúnelotro.Resuma,haciendoreferenciaalospostuladosdelarelatividad,porquéesostiempossondiferentes.

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(e) Losmuonesseproducenenlaaltaatmósferadebidoalbombardeodelosrayoscósmicos.Losmuonesviajanconunarapidezpróximaaladelaluzysoninestables.Susemividaesmuycorta,medidaenelsistemadereferenciadelmuón.Expliquecómoladeteccióndemuonesenlasuperficieterrestreproporcionaunaevidenciaafavordelateoríaespecialdelarelatividad.

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H2. Estapreguntatratasobreenergíaymomentorelativistas.

(a) LapartículaAestáenreposorespectodeunobservador.OtrapartículaidénticaBestámoviéndoserespectodedichoobservador.DistingaentrelaenergíatotaldelapartículaAylaenergíatotaldelapartículaB,talycomosonmedidaspordichoobservador.

PartículaA: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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PartículaB: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(b) Dosprotonesestánviajandoelunohaciaelotro,enelvacío,ysiguiendolamismarecta.

0,960c 0,960c

p+ p+

Larapidezdecadaprotón,medidaenelsistemadereferenciadellaboratorio,es0,960c.

(i) Calculelarapidezrelativadeunprotónrespectodelotro.

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(ii) Demuestre que la energía total de unode los protones, segúnunobservador enreposoenellaboratorio,es3,35GeV.

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(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

(Pregunta H2: continuación)

(c) Lacolisiónentrelosdosprotonesdalugaralasiguientereacción

p p p n+ + + 0 +π+ = + +

dondeπ+esunapartículallamadapión,cuyamasaenreposoes140MeVc–2.Laenergíatotaldelpiónes502MeV.Determine,segúnunobservadorenreposoenellaboratorio,

(i) laenergía totaldelprotónformado,más laenergía totaldelneutrónformadoenlacolisión.

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(ii) elmomentodelpión.

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(d) Eldiagramamuestraloscaminosseguidosporelneutrónyelpiónde(c).

n0

π+

La línea de puntosmuestra la trayectoria de la colisión inicial entre los dos protonesde(b).Dibujesobreeldiagramaladireccióndelprotónformadoenlacolisión. [1]

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H3. Estapreguntatratasobreespacio-tiempoyagujerosnegros.

(a) Indiquequésignificaelconceptodeespacio-tiempo.

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(b) Haciendo referencia al movimiento de fotones en el espacio-tiempo, resuma quéentendemosporradiodeSchwarzschild.

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(c) LamasadelSolesaproximadamente2×1030kg.DemuestrequesielSolllegaraaserunagujeronegro,suradiosería,aproximadamente,de3km.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

Opción I — Física médica

I1. Estapreguntatratasobrelaaudición.

(a) Resumacómolasvariacionesenlapresióndelsonidoenelairesonamplificadaseneloídomedio.

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(b) UnsonidodeintensidadI=2,0×10–6Wm–2incideeneloído.LasonoridaddetectadaporeloídoparaestesonidoesL.

(i) Sugieraporquélasonoridaddeunsonidodeintensidad4,0×10–6Wm–2detectadoporeloídonoes2L.

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(ii) Utilice la escala decibélica para determinar hasta qué valor debe aumentarse laintensidadI,paraquelasonoridaddetectadaporeloídosea2L.

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(iii) Alavistadesurespuestaa(b)(ii),resumalosposiblesefectosdeunalargaexposiciónasonidosdedichasonoridad.

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I2. EstapreguntatratasobreelusoderayosXydelaluzlásereneldiagnósticoclínico.

(a) Unhazde rayosXparalelos, de intensidad I0, incide sobre unbloquedematerial deespesorx.

I0 I

x

LaintensidaddelosrayosXemergentesdelbloqueesIyelespesorhemirreductordelmaterialesx1

2.

Utilizando los ejes de más abajo, esquematice una gráfica que conste de cuatropuntosdatoyquemuestrecómoIvaríaconx,parabloquesdelmismomaterialperodeespesoresdiferentes.SobrelosejessehanindicadolasposicionesdeI0ydex1

2. [2]

I

I0

x12 x

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

(Pregunta I2: continuación)

(b) El coeficientedeatenuaciónparahuesosesµb ypara tejidosµt. La tablamuestra elcociente

µµb

t

parafotonesderayosXcontresenergíasdiferentes.

Energía del fotón / MeVµµb

t

0,08 3,00,01 8,01,00 1,0

(i) ExpliqueporquélosfotonesderayosXdeenergía0,01MeVsonpreferiblesparaladeteccióndeunafracturadehueso.

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(ii) Elcoeficientedeatenuacióndeloshuesos,paralosfotonesderayosXdeenergía0,01MeV,es0,60cm–1.LosrayosXdeestaenergíautilizadosenunaradiografíadeunaposiblefracturadehuesoenunapierna,atraviesanunespesordehuesode6,0cmyunespesordetejidode9,6cm.Determinelasiguienterelación.

intensidadfinaldelosrayosXdespuésdehaberatravesadoelhuesointensidadfinaldelosrayosXdespuésdehaberatravesadoeltejido

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(Pregunta I2: continuación)

(c) Otras regiones del espectro electromagnético, diferentes de la región de los rayosX,puedenutilizarsetambiénparadiagnósticosclínicos.Enestesentido,laluzprocedentededosláseresseutilizaenoximetríadepulsos.

(i) Identifiquedosregionesdelespectroelectromagnéticoenlascualesseencuentrenlaslongitudesdeondadelaluzemitidaporcadaláser.

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(ii) Resumacómoseutiliza la luz láserparamedir lasaturacióndehemoglobinaenlasangre.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

I3. Estapreguntatratasobreradioisótoposutilizadoscomotrazadores.

(a) Definasemivida biológicaysemivida física.

Semividabiológica: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Semividafísica: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(b) Los radioisótopos pueden utilizarse como “trazadores”, con objeto de estudiar ciertosprocesosfisiológicosdelcuerpo.Paraestosisótopos,indiqueunarazónporlaque

(i) resultaimportantequetenganunacortasemividabiológica.

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(ii) susemividafísicaesmayorquesusemividabiológica.

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(c) Lasemividafísicadeciertoisótopoutilizadocomotrazadoresde4,0díasysusemividabiológica de 2,0 días. Calcule la disminución porcentual en la actividad del isótopo4,0díasdespuésdeserintroducidoenelcuerpo.

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Opción J — Física de partículas

J1. Estapreguntatratasobrefermionesybosones.

(a) Haciendo referencia al principio de exclusión de Pauli, distinga las diferencias entrefermionesybosones.

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(b) Identifiqueelbosónmediadorde

(i) lainteracciónelectromagnéticaentreelectrones.

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(ii) lainteracciónfuerteentrenucleones.

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(c) Lainteracciónfuerteentrenucleonestieneunalcancedelordende10–15m.Demuestrequelamasadelbosónen(b)(ii)esaproximadamente100MeVc–2.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

(Pregunta J1: continuación)

(d) El diagrama de Feynmanmuestra la desintegración de unmesón en un anti-muón yunneutrino.

d

u

vµ X

µ

(i) Indiquelacargadelmesónydelanti-muón,yexpliquesurespuesta.

Mesón: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Anti-muón: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) IdentifiquelapartícularotuladaX.

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J2. Estapreguntatratasobreaceleradoresdepartículas.

(a) En la colisión de protones acelerados con protones estacionarios se pueden producirdiferentes tipos de partículas. Explique por qué los protones acelerados deben teneraltaenergía.

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(b) Eldiagramamuestraalgunascaracterísticasdeunaceleradorlinealdepartículasutilizadoparaacelerarprotones.

ánodos ánodos

hazdeprotones

1 2 3 4

fuentedeprotones cámaradevacío

Lacámaradevacíocontieneunasucesióndeánodoscilíndricosdelosquesemuestransolocuatro,losánodos1,2,3y4.

(i) Indiqueporquélosprotonesnoseaceleranmientrasqueatraviesanlosánodos.

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(ii) Describaelmecanismomedianteelcuallosprotonessonaceleradosporlosánodos.

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Véase al dorso

N09/4/PHYSI/HP3/SPA/TZ0/XX+

(Pregunta J2: continuación)

(c) LaenergíamínimarequeridaparaproducirunmesónK–enunacolisiónentreunprotónde alta energía y un protón estacionario es 1890MeV. Determine la energía cinéticamínimaECquedebetenerelprotóndealtaenergía,paraproducirunmesónK

–.

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(d) Enaceleradoresdepartículastalescomolossincrotrones,sepuedenprepararcolisionesentreprotonesyantiprotonesqueviajenensentidosopuestos. Indiqueunaventajayuninconvenientedeestetipodepreparación,entérminosdeproduccióndepartículasycomparándolaconlodescritoen(c).

Ventaja: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Inconveniente:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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J3. Estapreguntatratasobrelosquarks.

(a) LaextrañezadelhadrónΩ–es–3ysuespínes+ 32.

(i) ExpliquecómosesabequelaestructuradequarksdelhadrónΩ–essss.

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(ii) HaciendoreferenciaalaestructuradequarksdelhadrónΩ–,expliqueporquéseintrodujoelconceptodecolordelosquarks.

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(iii) IndiqueporquéelhadrónΩ–notienecolor.

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(b) Además de proporcionar una prueba de la existencia de los quarks, los experimentosde dispersión inelástica profunda constituyen también evidencia de la existenciadegluones.

(i) Indiquequéentendemospordispersióninelásticaprofunda.

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(ii) Resumacómolosexperimentosproporcionanevidenciadelaexistenciadegluones.

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