Problema

Un tubo abierto por ambos extremos emite como sonido fundamental el de 435 s-1 de frecuencia cuando se acciona por una corriente de aire. Cuando se acciona con una corriente de CO2 se observa que el sonido fundamental emitido es un poco más grave que el fundamental producido por otro tubo abierto por ambos extremos accionado por aire y cuya longitud es 11 cm mayor, produciéndose por interferencia entre ambos sonidos 120 pulsaciones por minuto. Calcular la velocidad del sonido en el anhídrido carbónico sabiendo que en el aire, en las condiciones de la experiencia, es 340 m/s.

Problema de Interferencias.

Sean dos lentes convergentes L1 y L2 cuyas distancias focales son 20 cm y 5 cm respectivamente. La L1 está formada por dos lentes delgadas yuxtapuestas, la primera de ellas biconvexa con índice de refracción 1.66 y radios iguales y la segunda bicóncava con índice de refracción 1.52 y radios iguales a la anterior. L1 pueden moverse una respecto de la otra y entre ambas se puede desplazar una tercera lente L3 también convergente de distancia focal 10 cm. Si la posición se elige para que la imagen intermedia dada por L1 de un objeto situado a 1 m de ella se forme delante de L3 a una distancia doble de su distancia focal determinar: a) radios de las lentes que forman el sistema L1 y potencia de la biconvexa y de la bicóncava; b) las posiciones de L1 y L2 para que un ojo situado en el foco imagen de L2 y mirando hacia la izquierda vea a una distancia de 25 cm la imagen del objeto; c) obtener el aumento lateral.

Problema de Óptica geométrica.

Un termómetro de resistencia de platino permite realizar determinaciones precisas de temperatura a partir de la medida de la resistencia eléctrica R del termómetro y de la relación temperatura-resistencia. Cuando la temperatura t viene dada en la escala Celsius, esta relación termométrica se conoce como ecuación de Callendar-Van Dusen y toma la forma:

donde: es la denominada temperatura del platino y Rh y Rv son, respectivamente, los valores de R en los puntos de hielo (0 oC) y de vapor de agua (100 oC). Las constantes δ y β son características del platino y están relacionadas con el comportamiento no lineal de la variación de R con t; si δ y β fueran nulas, la variación sería lineal y la temperatura del platino coincidiría con la temperatura Celsius. Considerando un termómetro para el que Rh=24.236 Ω y Rv=34.452 Ω, se pide: a) determinar las constantes δ y β teniendo en cuenta que en los puntos de ebullición normal del azufre (444.674 oC) y del oxígeno (-182.962 oC) la resistencia del termómetro es de 67.417 Ω y 5.927 Ω respectivamente, y que β=0 oC para t>>0 oC; b) calcular la temperatura correspondiente a una resistencia R=25.186 Ω.

Problema de Calor y Primer Principio de la Termodinámica.

El volumen cilíndrico de la figura, de sección constante S=1 m2, consta de dos cámaras A y B separadas entre sí por un pistón que a su vez va unido mediante un resorte lineal de constante elástica k=3 N/m a otro pistón provisto de un vástago. El compartimento A contiene helio y el B nitrógeno molecular. La superficie lateral del cilindro es impermeable al calor, lo mismo que los pistones, pero en cambio la base del rectángulo que limita el compartimento B es perfectamente permeable al calor. Inicialmente los dos compartimentos tienen el mismo volumen Vo=2 m3 y la misma presión Po=105 N/m2, siendo su temperatura inicial también la misma e igual a la temperatura constante de la atmósfera exterior. Muy lentamente se va desplazando el vástago hacia la derecha hasta llegar a un estado final en el que la presión en el compartimento A duplica su valor inicial. Sabiendo que los dos pistones se pueden mover sin ningún rozamiento a lo largo del cilindro y que el resorte está inicialmente descargado, se desea calcular el trabajo mecánico que es preciso realizar para hacer esa transformación.

Problema de Teoría Cinética de los Gases.

Un motor térmico de gas funciona según un ciclo de Carnot, entre dos focos a temperaturas de 200 oC y 50 oC. El diagrama del ciclo se dibuja en una plancha de cobre de ¼ mm de espesor, utilizando una escala de abscisas en la que 1 mm representa una diferencia de volúmenes de 50 cm3, y una escala para ordenadas en la que 1 mm equivale a una diferencia de presiones de 360 g/cm2. Se recorta la lámina de cobre siguiendo el contorno del diagrama y se pesa, dando un peso de 156.2 g. Calcular la cantidad de calor que el motor toma del foco caliente y la que cede al foco frío por cada ciclo. ρCu=8.8 g/cm3.

Problema de Entropia y Segundo Principio de la Termodinámica.

a) Roger Rabitt pasea en su auto a 20 m/s por una calle de Toontown un viernes por la noche. Por una calle paralela se acerca en sentido contrario Betty Boop a una velocidad de 2 m/s. Las dos calles distan 10 m. El aire sopla en el sentido de avance de Betty a 5 m/s y la temperatura es de 15 oC. Roger silba a Betty con una frecuencia de 500 Hz en el instante en que la recta que los une mide 20 m. ¿Qué frecuencia escucha ella? b) Ambos se detienen y se colocan enfrentados. Si los dos silban con la misma frecuencia (500 Hz) ¿en qué puntos de la calle se producen máximos de interferencia. c) Poco tiempo después, ambos se encuentran en un bar (a la temperatura de 25 oC) tomando una cerveza. Para impresionar a Betty, Roger dispone de un vaso de 30 cm de longitud que hace vibrar con un silbido de 5000 Hz. Roger va llenando el vaso lentamente de cerveza hasta escuchar por primera vez un pitido intenso. ¿Cuál es la altura de cerveza que ha echado? d) ¿De qué armónico se trata? e) ¿Qué altura de cerveza es necesaria para que se produzca el tono fundamental? Velocidad del sonido en el aire en calma a 0 oC: 340 m/s.

Problema de Interferencias. Aparece en la convocatoria de SEP1999.