Examen PAU Física 2021 Ordinaria — Madrid · PAU Mentor
Examen PAU Física 2021 Ordinaria — Madrid
1 h 30 min · 10 ejercicios, respondes 5 · 10 puntosEnunciado oficial del examen de Física de la PAU de Madrid, 2021 · Ordinaria. Respóndelo por escrito con el reloj en marcha y autoevalúate con los criterios de corrección.Examen de respuesta escrita (90 minutos). Responda a cinco preguntas cualesquiera de las diez propuestas; cada pregunta vale 2 puntos (1 punto cada apartado). Escriba el planteamiento, las leyes físicas que aplica y el desarrollo de los cálculos con sus unidades: la corrección comprueba los resultados de las soluciones oficiales. Los dibujos y esquemas se describen por escrito. Las penalizaciones por unidades o por la expresión no se calculan aquí. En la pregunta A.4 se pide la posición y el tamaño de la imagen sin necesidad de dibujo.
Responde este examen por escrito
Escribes cada respuesta con el reloj en marcha y, al entregar, te autoevalúas con los criterios de corrección.
Enunciado oficial
Ejercicio 1 — Pregunta A.1
Campos gravitatorios2 puntos
Pregunta A.1
Una masa puntual de 50 g se encuentra situada en la posición (8, 0) m del plano xy. Calcule:
Dato: Constante de Gravitación Universal, G = 6,67·10⁻¹¹ N m² kg⁻².
a) (1 punto) El potencial gravitatorio y el campo gravitatorio en el punto (0, 6) m del plano debido a dicha masa.
b) (1 punto) El trabajo realizado por el campo al trasladar un objeto puntual de 20 g desde el punto (0, 6) m hasta el origen de coordenadas.
Ejercicio 2 — Pregunta A.2
Vibraciones y ondas2 puntos
Pregunta A.2
Al explotar, un cohete de fuegos artificiales genera una onda sonora esférica con una potencia sonora de 20 mW. Un espectador oye la explosión 1,5 s después de verlo explotar. Calcule:
Datos: Velocidad del sonido en el aire, v_s = 340 m s⁻¹; Valor umbral de la intensidad acústica, I₀ = 10⁻¹² W m⁻².
a) (1 punto) La distancia a la que está situado el espectador respecto al cohete en el momento de la explosión, así como la intensidad del sonido en la posición del espectador.
b) (1 punto) El nivel de intensidad sonora percibida si explotan 10 cohetes simultáneamente, y el espectador los oye todos al unísono 1,5 s después de explotar.
Ejercicio 3 — Pregunta A.3
Campos electromagnéticos2 puntos
Pregunta A.3
Una carga puntual de 2 µC se encuentra situada en el origen de coordenadas.
Dato: Permitividad eléctrica del vacío, ε₀ = 8,85·10⁻¹² C² N⁻¹ m⁻².
a) (1 punto) Aplicando el teorema de Gauss, obtenga el flujo del campo eléctrico a través de una superficie esférica de 10 mm de diámetro centrada en el origen.
b) (1 punto) Utilizando el valor del flujo obtenido en el apartado anterior, calcule el módulo del campo eléctrico en puntos situados a 5 mm de la carga.
Ejercicio 4 — Pregunta A.4
Vibraciones y ondas2 puntos
Pregunta A.4
Un objeto vertical de 2 mm de altura se encuentra situado 15 cm a la izquierda de una lente convergente de 40 dioptrías. Calcule:
a) (1 punto) La posición y tamaño de la imagen que forma la lente.
b) (1 punto) La posición de una segunda lente convergente de 6 cm de distancia focal, situada a la derecha de la primera lente, para que el sistema óptico genere una imagen en el infinito.
Ejercicio 5 — Pregunta A.5
Física moderna2 puntos
Pregunta A.5
Un material posee un sistema de tres niveles energéticos electrónicos (nivel fundamental, primer nivel, y segundo nivel). Para que un electrón pase desde el nivel fundamental al segundo nivel, el material absorbe radiación de 450 nm; tras lo cual el material emite radiación de 600 nm debido al decaimiento del primer nivel hasta el fundamental.
Datos: Valor absoluto de la carga del electrón, e = 1,6·10⁻¹⁹ C; Constante de Planck, h = 6,63·10⁻³⁴ J s; Velocidad de la luz en el vacío, c = 3·10⁸ m s⁻¹.
a) (1 punto) Determine las diferencias de energía entre el primer nivel y el nivel fundamental, y entre el segundo nivel y el nivel fundamental, expresadas en electrón-voltios.
b) (1 punto) Calcule la energía por unidad de tiempo que produce la emisión si el material emite 4·10¹⁵ fotones s⁻¹.
Ejercicio 6 — Pregunta B.1
Campos gravitatorios2 puntos
Pregunta B.1
Una sonda espacial de 3500 kg se encuentra en órbita circular alrededor de Saturno, realizando una revolución cada 36 horas. Calcule:
Datos: Constante de Gravitación Universal, G = 6,67·10⁻¹¹ N m² kg⁻²; Masa de Saturno, M_S = 5,68·10²⁶ kg.
a) (1 punto) La velocidad orbital y la energía mecánica que posee la sonda espacial.
b) (1 punto) La energía mínima necesaria que habría que suministrarle para que abandone el campo gravitatorio del planeta.
Ejercicio 7 — Pregunta B.2
Vibraciones y ondas2 puntos
Pregunta B.2
El valor del campo eléctrico asociado a una onda electromagnética que se propaga en un medio material en la dirección del eje x viene expresado por:
E(x, t) = 4 cos(3,43·10¹⁵ t − 1,52·10⁷ x) N C⁻¹,
donde todas las magnitudes están expresadas en unidades del SI. Calcule:
Dato: Velocidad de la luz en el vacío, c = 3·10⁸ m s⁻¹.
a) (1 punto) La frecuencia y la longitud de onda asociadas a la onda electromagnética.
b) (1 punto) La velocidad de propagación de la onda y el índice de refracción del medio por el cual se propaga.
Ejercicio 8 — Pregunta B.3
Campos electromagnéticos2 puntos
Pregunta B.3
Un hilo conductor rectilíneo indefinido situado a lo largo del eje x transporta una corriente de 25 A en sentido positivo del eje. Obtenga:
Datos: Valor absoluto de la carga del electrón, e = 1,6·10⁻¹⁹ C; Permeabilidad magnética del vacío, μ₀ = 4π·10⁻⁷ T m A⁻¹.
a) (1 punto) El campo magnético creado por el hilo en el punto (0, 5, 0) cm.
b) (1 punto) La fuerza magnética que experimenta un electrón cuando está en la posición (0, 5, 0) cm y tiene una velocidad de 1000 m s⁻¹ en sentido positivo del eje y.
Ejercicio 9 — Pregunta B.4
Vibraciones y ondas2 puntos
Pregunta B.4
Un rayo láser, que emite luz de longitud de onda de 488 nm en el vacío, incide desde el aire sobre la superficie plana de un material con un índice de refracción de 1,55. El rayo incidente y el reflejado forman entre sí un ángulo de 60º.
Datos: Índice de refracción del aire, n_aire = 1; Velocidad de la luz en el vacío, c = 3·10⁸ m s⁻¹.
a) (1 punto) Determine la frecuencia y la longitud de onda del rayo luminoso en el aire y dentro del medio material.
b) (1 punto) Calcule el ángulo que formará el rayo refractado en el material con el rayo reflejado en el aire. ¿Existirá algún ángulo de incidencia para el cual el rayo láser sufra reflexión total? Justifique la respuesta.
Ejercicio 10 — Pregunta B.5
Física moderna2 puntos
Pregunta B.5
Un isótopo de una muestra radiactiva posee un periodo de semidesintegración de 5730 años.
a) (1 punto) Obtenga la vida media y la constante radiactiva del isótopo.
b) (1 punto) Si una muestra tiene 5·10²⁰ átomos radiactivos en el momento inicial, calcule la actividad inicial y el tiempo que debe trascurrir para que dicha actividad se reduzca a la décima parte.
Enunciado del examen oficial publicado por la comisión de la PAU. Las soluciones y la corrección paso a paso están dentro del simulacro.