Examen selectivitat Física 2023 Juny (Sèrie 5) — Catalunya

Gràfica d'un MHS Una massa de 2 kg està unida a una molla i oscil·la amb un moviment harmònic simple. La gràfica següent mostra l'evolució de la posició de la massa en funció del temps. [Gràfica: distància x (m) en funció del temps t (s), de 0 a 9 s. Sinusoide que comença a x = 0 a t = 0 i creix; màxims x ≈ 2,4 m a t = 1 s i t = 5 s; zeros a t = 0, 2, 4, 6 i 8 s; mínims x ≈ −2,4 m a t = 3 s i t = 7 s.]

Canó d'electrons Un canó d'electrons és un dispositiu format per un càtode i un ànode, i té per objectiu accelerar electrons que després seran dirigits mitjançant un camp magnètic per a bombardejar un blanc on es troba una mostra d'un cert material. La corba de la figura següent representa la trajectòria que segueix un electró des que surt del càtode fins que impacta en el blanc. L'objectiu és escalfar el material fins a poder-lo sublimar. Els electrons són emesos pel càtode del canó i tenen una velocitat inicial nul·la. Posteriorment, els electrons són accelerats en l'espai de 20,0 cm que separa el càtode de l'ànode. El camp elèctric entre l'ànode i el càtode és uniforme i constant. La diferència de potencial entre el càtode i l'ànode és de 220 V. [Figura: el càtode és a baix i l'ànode a sobre, separats 20 cm; l'electró puja en línia recta vertical del càtode a l'ànode, el travessa i descriu un arc de semicircumferència cap amunt i cap a la dreta fins que cau sobre el blanc, situat a la dreta a l'altura de l'ànode.] Dades: $m_e = 9{,}11 \times 10^{-31}$ kg. $|e| = 1{,}602 \times 10^{-19}$ C.

El cicle del bismut Dins de la nucleosíntesi, el procés S es dona a les supernoves i és el responsable d'aproximadament la meitat dels elements més pesants que el ferro. Al final del procés S apareix un cicle tancat de bismut. La primera part d'aquest cicle correspon a la cadena de reaccions següent: el bismut $^{209}_{83}\text{Bi}$ captura un neutró i cedeix rajos gamma. El producte d'aquesta primera reacció es desintegra en poloni seguint un decaïment β⁻. En la tercera desintegració, el nucli de poloni es desintegra en un nucli de plom i una partícula α.

Força magnètica mesurada amb una balança En un experiment per a mesurar la força magnètica sobre una intensitat de corrent, situem un imant sobre una balança. L'imant té una llargària $L = 20{,}0$ cm. Entre els pols de l'imant hi passa un fil conductor de 15,0 cm de llargària que està orientat perpendicularment al camp magnètic. El camp magnètic creat per l'imant és homogeni en la regió on es troba el fil conductor. La balança marca 239 g quan no passa cap intensitat de corrent pel fil, mentre que quan hi circula una intensitat de 8,00 A la balança marca 243 g. [Figura 1: imant en forma d'U (pols N i S) sobre una balança; un fil horitzontal, connectat a un circuit amb un amperímetre, una resistència variable i un interruptor, passa entre els pols. Detall: els pols fan 20 cm de llarg i el tram de fil entre ells, 15 cm. Figura 2 (apartat b): el fil de 15 cm amb 8 A cap a l'esquerra i, a una distància r per sota, un fil paral·lel amb 8 A cap a la dreta (corrents de sentits oposats).] Dada: La intensitat del camp magnètic creat per un conductor rectilini pel qual circula un corrent $I$ en un punt situat a una distància $r$ del conductor és: $B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$, en què $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}$ T m A⁻¹.

El mètode del potencial invers El 1921 Albert Einstein (1897-1955) va guanyar el Premi Nobel de Física pel seu treball sobre l'explicació de l'efecte fotoelèctric. Amb el mètode del potencial invers es pot trobar l'energia cinètica màxima dels electrons que són emesos quan s'il·lumina una cel·la fotoelèctrica amb llum monocromàtica. Aquest mètode consisteix a aplicar un potencial entre l'ànode i el càtode per a frenar aquests electrons i impedir que arribin a l'ànode de la cèl·lula fotoelèctrica. [Esquema: cel·la fotoelèctrica amb el càtode a l'esquerra i l'ànode a la dreta; la llum incideix sobre el càtode i en surten electrons amb velocitat $\vec v$ cap a l'ànode. Les plaques estan connectades a un circuit amb un amperímetre, un voltímetre i una font de tensió.] Dades: $|e| = 1{,}602 \times 10^{-19}$ C. $c = 3{,}00 \times 10^{8}$ m s⁻¹.