INSTITUCION EDUCATIVA NACIONAL LOPERENA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES. FISICA I. CUESTIONARIO GENERAL IV PERIODO. NOTA: Es importante que cada una de las cuestiones así sean tipo Icfes, deben ser justificadas acordes con los conceptos establecidos, para una mejor comprensión han de construir los dibujos y diagramas necesarios, además deben realizar el desarrollo paso a paso de los problemas de aplicación dadas las ecuaciones inherentes. 1. LUZ-REFLEXIÓN-REFRACCIÓN. 1.1 Resumen. Conceptos y ecuaciones.  

Reflexión: fenómeno en el cual la luz al chocar contra un objeto cambia su dirección de propagación. Ley de la reflexión: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, medidos desde la normal a la superficie reflectora.

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Refracción: Fenómeno en el cual la luz cambia su dirección en la interfase donde pasa de un medio transparente a otro. Índice de refracción: de cualquier medio es la relación de la velocidad de la luz en el vacío entre su velocidad en ese medio.

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El ángulo de refracción, para un rayo que pasa de un medio a otro, se define con la ley de Snell. Si el segundo medio es ópticamente más denso, el rayo se refracta acercándose a la normal; si el medio de refracción es menos denso, el rayo se refracta alejándose de la normal. La ley de Snell es:

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La reflexión total interna: sucede cuando el segundo medio es menos denso que el primero, y el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico. El ángulo de crítico, es el ángulo de incidencia para el cual el ángulo de refracción vale 90°. (

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)

La dispersión de la luz en la refracción: se presenta en algunos medios debido a que las diversas longitudes de onda tienen índices de refracción ligeramente distintos, y por consiguiente diferentes velocidades. Los espejos planos: forman imágenes virtuales, derechas y sin aumento. La distancia al objeto es igual a la distancia a la imagen.

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El factor de aumento lateral: para todos espejos y las lentes es:

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Espejos esféricos: pueden ser cóncavos (convergentes) o convexas (divergentes). Los espejos esféricos divergentes forman siempre imágenes derechas, reducidas y virtuales. Convenciones de signos: Espejos Cóncavos Convexos. ) Positivo Negativa Distancia focal ( Positiva Positiva Distancia objeto ( ) Positivo (imagen real) Positivo (imagen real) Distancia imagen ( ) Negativo (imagen virtual) Negativo (imagen virtual)

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Ecuación del espejo esférico:

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Las lentes: las lentes bi-esféricas pueden ser convexas (convergentes) o cóncavas (divergentes). Las lentes esféricas divergentes siempre forman imágenes derechas, reducidas y virtuales. La ecuación de la lente delgada: relaciona la distancia focal, la distancia objeto y la distancia a la imagen como sigue:

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La ecuación del fabricante de lentes: se usa para calcular los radios de tallado para obtener una lente de distancia focal determinada. (

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)(

)

Potencia de la lente en dioptrías: (estando f en metros) se determina con

1.2 Cuestiones. 1. El índice de refracción del vidrio Crown es de 1,515; para la luz roja, y 1,523 para la luz azul. a. Si la luz incide en el vidrio Crown, llegando desde el aire, ¿cuál de los dos colores, rojo o azul, se refracta más? Por qué? b. Calcular el ángulo que separa a los rayos de los dos colores, dentro de un vidrio Crown, si su ángulo de incidencia es 37°. 2. La figura representa una piscina con el agua en calma y en la cual hay un pez con buena vista. Fuera de la piscina hay una persona mirando al pez. Basándose en la descripción de la situación y en la figura es posible asegurar que:

La persona... I… Verá al pez en el lugar en que él se encuentra. II… Verá al pez pero le parecerá que se encuentra más arriba de lo que realmente está. III… Verá al pez pero le parecerá que se encuentra más abajo de lo que realmente está. De estas afirmaciones pueden ser (o son) verdadera(s): a. Sólo I b. Sólo II c. Sólo III d. I y III e. II y III 3. La desviación que experimenta un rayo de luz monocromática que pasa de un medio óptico a otro (de aire a agua, por ejemplo) depende... I... del ángulo de incidencia del rayo. II... los medios ópticos (medios de propagación). III... del color del rayo de luz. De estas afirmaciones es(son) correcta(s): a. Sólo I b. Sólo II c. Sólo III d. I y II e. Todas 4. La figura muestra el camino de un rayo luminoso en tres medios diferentes (ver figura) que pueden ser vidrio, aire y agua. Si el primer medio es aire entonces resulta que:

a. b. c. d.

El camino del rayo es aire -vidrio-agua. El índice de refracción del medio 3 es ¾. El camino de rayo es aire-agua-vidrio. El índice de refracción del medio 3 es 4/3.

5. La figura muestra el fenómeno de refracción de un haz de luz (ver figura). Si el índice de refracción del aceite de linaza es 1.48, calcular y .

6. Un espejo esférico produce una imagen a una distancia de 4 cm por detrás del espejo cuando el objeto de 3 cm de altura se encuentra a 6 cm frente al espejo. a. Determinar la naturaleza de este espejo. b. Calcule el radio de curvatura del espejo. c. ¿Cuál será la altura de la imagen? 7. Qué longitud mínima de espejo necesita una persona para verse de cuerpo entero?

8. Hallar la distancia entre las imágenes del objeto “O” producidas a través de los espejos A y B en la figura.

9. El radio de curvatura de un espejo cóncavo es de 50 cm. Para que la imagen tenga una altura igual a la cuarta parte de la que posee el objeto. Cuál deberá ser la distancia objeto? 10. Se tiene un espejo cóncavo de radio 40 cm. Los objetos “A” y “B” se encuentran uno a 10 cm del foco y el otro en posición opuesta también a 10 cm. Determinar la distancia de separación entre las imágenes “A” y “B”.

11. A qué distancia de un espejo convexo de 80 cm de radio de curvatura habría que colocar un objeto de 4 cm de tamaño para que su imagen sea de 2 cm?

12. La figura muestra una lente convergente y un espejo plano separados 2m. ¿Cuál es la posición, aumento, y naturaleza de la imagen producida por el sistema de un objeto colocado a 1m de la lente (ver figura)?

13. Un automovilista ve en su espejo retrovisor (espejo convexo de radio de curvatura 8 m) la imagen virtual de un camión. La imagen está situada a 3 m del espejo y su altura es de 0,5 m. ¿A qué distancia se encuentra el camión del automovilista y cuál es la altura del camión. 14. Un objeto se coloca a 5 cm de una lente convergente. Determinar las características de la imagen. a. Real, invertida, mayor tamaño. b. Virtual, invertida, mayor tamaño. c. Virtual, derecha, menor tamaño. d. Real, invertida, menor tamaño. e. Virtual, derecha, mayor tamaño. 15. Un trozo de madera se encuentra a 20 m debajo de la superficie del agua como muestra la figura. Calcular la altura aparente con la cual ve la persona. Índice de refracción del agua = 4/3.

16. A qué distancia de una lente convergente de 15 cm de distancia focal sobre su eje, debe colocarse un punto luminoso para que su imagen real se produzca a doble distancia.

17. En la figura mostrada, hallar la altura del niño, si éste logra ver al pez que se encuentra en el agua en la forma como se indica. nagua = 4/3. (desprecie el tamaño de los ojos a la parte superior de la cabeza del niño).

18. Un objeto de 4,0 cm de altura está frente a una lente convergente de 22 cm de distancia focal. El objeto está a 15 cm de la lente. a. Con un diagrama de rayos, determinar si la imagen es 1) real o virtual, 2) derecha o invertida, 3) mayor o menor que el objeto. b. Calcular al distancia a la imagen y el aumento lateral. 19. Una lente biconvexa de 0,12 m de distancia focal. Donde debe colocarse un objeto sobre el eje de la lente para obtener: a. Una imagen real, con aumento de 2,0 y b. Una imagen virtual con aumento de 2? 20. Un objeto se coloca a 50,0 cm frente a una lente convergente de 10,0 cm de distancia focal. Cuáles son la distancia imagen y el aumento lateral?

2. CARGA ELÉCTRICA-FUERZA Y CAMPOS ELÉCTRICOS. 2.1 Resumen (Conceptos y ecuaciones)       

Ley de las cargas, o ley de carga-fuerza: establece que las cargas iguales se repelen, y que las cargas opuestas se atraen. Principio de conservación de la carga: significa que la carga neta de un sistema aislado permanece constante. Los conductores: son materiales (usualmente metálicos) que conducen carga eléctrica fácilmente debido a que sus átomos tienen uno o más electrones débilmente ligados. Los aislantes: son materiales que no gana, pierden o conducen fácilmente carga eléctrica. La carga electrostática: implica procesos que permiten a un objeto ganar una carga neta. Entre estos procesos se tienen carga por fricción, por contacto (conducción) e inducción. La polarización eléctrica: de un objeto implica crear cantidades separadas e iguales de carga positiva y negativa en localidades diferentes sobre ese objeto. La ley de Coulomb: expresa la magnitud de las fuerza entre dos cargas puntuales. ,

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El campo eléctrico: es un campo vectorial que describe como las cargas modifican el especio alrededor de ellas. Se define como la fuerza eléctrica por carga positiva unitaria, o

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De acuerdo con el principio de superposición para campos eléctricos, el campo eléctrico (neto) en cualquier localización debido a una configuración de cargas es la suma vectorial de los campos eléctricos individuales que forman esa configuración. Las líneas de campo eléctrico: son una visualización gráfica del campo eléctrico y son creadas conectando vectores de campo eléctrico. La separación entre líneas esta inversamente relacionada con la intensidad del campo, y las tangente a las líneas dan la dirección del campo eléctrico. Bajo condiciones estáticas, los campos eléctricos asociados con conductores tienen las siguientes propiedades.  El campo eléctrico es cero en todas partes dentro de un conductor cargado.  Cualquier carga en exceso sobre un conductor cargado reside enteramente sobre su superficie.  El campo eléctrico en la superficie de un conductor cargado es perpendicular a su superficie.  La carga en exceso sobre un conductor tiende a acumularse en localidades de máxima curvatura de la superficie.  El campo eléctrico debido carga en exceso sobre un conductor es máximo en localidades de máxima curvatura de la superficie.

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Diferencia de potencial eléctrico o voltaje: entre dos puntos es el trabajo hecho por una carga unitaria positiva entre esos dos puntos, o las carga en energía potencial eléctrica por carga unitaria positiva. Expresada en forma de ecuación, esta relación es:

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Superficies equipotenciales: (superficies de potencial eléctrico constante, también llamadas equipotenciales) son superficies sobre las cuales una carga tiene una energía potencial eléctrica constante. Alternativamente, decimos que no se requiere trabajo para mover una carga de un punto a otro sobre una superficie equipotencial. Estas superficies sin en todas partes perpendiculares al campo eléctrico. Potencial eléctrico debido a una carga puntual: está dado por la expresión, (escogiendo V=0 en )es.

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Corriente eléctrica: razón temporal de flujo de la carga neta.

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Ley de Ohm: “En una corriente eléctrica, la diferencia de potencial es directamente proporcional a la intensidad de corriente eléctrica”

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Resistencia eléctrica (R): de cualquier objeto se define como la razón del voltaje a través del objeto a la corriente resultante a través de este objeto.

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Potencia eléctrica (P): la energía ganada por una cantidad de carga q de una fuente de voltaje (voltaje V) es qV, sobre un intervalo de tiempo t, la razón a la que la energía es entregada por una fuente de potencia puede no ser constante. La razón promedio de entrega de energía es la potencia eléctrica.

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Circuitos eléctricos.  Cuando las resistencias están conectados en serie, la corriente a través de cada uno de ellos es la misma. la resistencia equivalente de los resistores en serie es: ∑



Cuando las resistencias están conectadas en paralelo, el voltaje través de cada uno de ellos es el mismo. La resistencia equivalente es:

∑



Teorema de la unión de Kirchhoff: establece que la corriente total que entra en cualquier unión es igual a la corriente total que sale de esa unión (conservación de la carga eléctrica). ∑

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El teorema de la malla de Kirchhoff, establece que al recorrer una malla de un circuito completo, la suma algebraica de las ganancias y perdidas de voltaje es cero, o que la suma delas ganancias de voltaje es igual a la suma de las perdidas (conservación de la energía en un circuito eléctrico). En términos de voltajes, este puede escribirse como: ∑

2.2 Cuestiones. 1. Una varilla de vidrio frotada con seda adquiere una carga de . a. Es la carga en la seda: 1. Positiva, 2. Cero, o 3. Negativa. Por qué? b. Cuál es la carga sobre la seda, y cuántos electrones han sido transferidos a la seda? 2. Dos cargas puntuales , están separadas 4 metros. ¿Con qué fuerza se atraen?

3. Considere dos cargas (Q1 > Q2) como se indica: ¿Dónde se debe colocar una tercera carga “q” para que quede en equilibrio sobre la línea que une las cargas.

a. En el punto medio de la distancia que las separa. b. Más cerca de Q1 entre ambas cargas. c. Más cerca de Q2 entre ambas cargas. d. A la izquierda de Q1. e. A la derecha de Q2. 4. Un cuerpo “A” rechaza a un grupo de sustancias, otro cuerpo “B” rechaza a otro grupo de sustancias, pero las sustancias de ambos grupos se atraen entre sí; entonces señale lo incorrecto. a. A y B están cargados positivamente. b. A y B están cargados negativamente. c. A está cargado positivamente y B negativamente o viceversa. d. A está neutro y B está cargado positivamente o viceversa. e. A y B están polarizados o descargados. 5. Al acercar un cuerpo electrizado negativamente a una esferita de un péndulo eléctrico, dicha esferita es repelida. Entonces la esferita sólo podría:

a. b. c. d. e. 6. Se

Estar cargada positivamente. Estar cargada negativamente. Estar electrizada o neutra. Estar neutra. Ninguna de las anteriores. tienen 3 cargas como muestra la figura: ; y . Calcular la fuerza resultante en Q1.

7. Se tienen tres cargas puntuales como se muestra en la figura:

Calcular la fuerza resultante que actúa sobre Q3.

8. Se tienen dos cargas: y como se muestra en la figura; calcular la intensidad de campo eléctrico en el punto “P”.

9. Por el principio de la conservación de la carga, se establece un flujo de electrones hasta que se alcanza el equilibrio eléctrico; las cargas se distribuyen proporcionalmente al radio y como estos son iguales, las nuevas cargas serán también iguales.

16. Se conectan 20 lámparas en paralelo entre dos puntos cuya diferencia de potencial es de 110 v. Si por cada una de las lámparas circula una corriente de 0,5 A, determinar la resistencia de cada lámpara y la intensidad de la corriente principal.

10. Tres cargas son colocadas como se muestra en la figura en los vértices A, C y D. Calcule q si el campo eléctrico en B sigue la dirección mostrada.

17. Calcular la resistencia equivalente en el circuito mostrado.

11. Se tiene una carga de el potencial en el punto “A”

; calcular

12. Hallar el trabajo realizado para mover la carga qo = 3C desde “A” hasta “B”, Q = 6 C 18. Calcule la resistencia equivalente entre A y B.

13. Entre dos puntos A y B de una recta separados 2 m, existe un campo eléctrico de 1 000 N/C, uniforme dirigido de A hacia B. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre A y B?

14. Qué cantidad de cargas pasa por un conductor en el tiempo de una hora, si por él circula una corriente de 6 Amperios? 15. Tres cables de resistencia 2 , 5 y 10 respectivamente, montados en paralelo, se unen a los terminales de una batería. Si se observa que la intensidad que pasa por el cable de 5 es de 2 A. ¿Cuál será la intensidad en los otros dos cables?

19. Calcular la corriente eléctrica que circula por la resistencia A de la figura.

20. En la figura mostrada, determinar la resistencia equivalente entre los puntos A y B.

3. Magnetismo… (este tema se estará tratando una vez se logre adelantar la temática anterior)

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Si podemos formularnos la pregunta: ¿soy o no responsable de mis actos?, significa que si lo somos" Dostoievski, Fiodor:

Germán Isaac Sosa Montenegro Octubre 12 de 2012.