Física II

Se dispone de dos lentes delgadas alineadas en un eje óptico y distantes entre sí 40 cm, la primera de ellas está formada por la yuxtaposición de una biconvexa, de radios iguales (r=30 cm) e índice de refracción 1.5 y otra cóncavo-convexa de radios 30 cm y 20 cm respectivamente e índice de refracción 1.4. La segunda lente es una lente convergente de focal 10 cm. Calcular: a) la focal de la primera lente. b) la posición, carácter y tamaño de la imagen de un objeto, inclinado 30^o respecto al eje óptico, de 2.31 cm de longitud y cuya base está situada a 90 cm a la izquierda de la primera lente.
Segunda parte: Considérese un sistema óptico centrado formado por dos lentes delgadas separadas una distancia d=9 cm. Un punto O situado a 26 cm a la izquierda del plano principal objeto del sistema óptico compuesto equivalente (S.O.C.) tiene su imagen O´ situada a 16.25 cm a la derecha del plano principal imagen del S.O.C. Se sabe también que la imagen de la primera lente dada por el sistema está situada a 15 cm a la izquierda del plano principal imagen del S.O.C. Calcular: c) las focales f₁ y f₂ de las lentes y dibújense las posiciones de los planos principales del sistema respecto a las lentes.
(NOTA: distancia focal imagen del S.O.C. ; distancias de las lentes a los planos principales: )

Problema de Óptica geométrica.

Un sistema óptico está formado por tres elementos, una lente convergente cóncavo-convexa de 20 dioptrías (índice de refracción 1.5 y radios en relación 1 a 3), una lente bicóncava de 12 cm de focal (índice de refracción 1.6 y radios iguales) y un espejo convexo de 168 cm de radio, situados en este orden. La distancia entre la lente convergente y el vértice del espejo es de 54 cm. Se coloca un objeto 10 cm a la izquierda de la primera lente. a) Determinar las dos posibles posiciones de la lente divergente si se desea que la imagen final sea virtual y se encuentre a 21 cm del vértice del espejo; b) de entre las dos posiciones obtenidas en el apartado anterior, ¿cuál hay que elegir si además se desea que la imagen tenga un tamaño igual a la cuarta parte del tamaño del objeto? c) A continuación desplazamos la lente divergente hasta ponerla en contacto con la convergente. Determinar la posición y carácter de la nueva imagen. d) Calcular los radios de curvatura de las dos lentes.

Problema de Óptica geométrica. Aparece en la convocatoria de JUN2005.

Justificar por qué las ecuaciones que habitualmente se utilizan en la óptica geométrica únicamente pueden aplicarse a rayos que forman ángulos muy pequeños con el eje óptico.

Cuestion de Óptica geométrica.

En un recipiente de paredes impermeables al calor hay tres cuerpos, cuyas masas son m₁, m₂ y m₃, sus calores específicos c₁, c₂ y c₃ y sus temperaturas t₁=10 ^oC, t₂=50 ^oC y t₃=100 ^oC. Se verifica que:

Calcular la temperatura de equilibrio.

Problema de Calor y Primer Principio de la Termodinámica.

Un reloj de péndulo metálico adelanta 5 s por día a una temperatura de 15^oC y atrasa 10 s por día a una temperatura de 30^oC. Encontrar el coeficiente de dilatación del metal del péndulo suponiendo que el péndulo se comporta como un péndulo simple.

Cuestion de Calor y Primer Principio de la Termodinámica.

El calor de vaporización del agua bajo la presión normal es 539.55 cal/g a 100 ^oC. Calcular para una molécula: a) la energía cinética media; b) la energía que gasta para escapar del líquido. Constante de los gases perfectos: R=8.31 J/molK; número de Avogadro: 6.023·10²³ moléculas/mol.

Problema de Teoría Cinética de los Gases.

Se lleva un gas ideal de una temperatura inicial T_i a una temperatura final mayor T_f, a lo largo de dos caminos reversibles diferentes que parten del mismo punto en un diagrama PV: el camino A es a presión constante; el camino B es a volumen constante. ¿Cómo será la relación entre las variaciones de entropía para estos dos caminos: a) ΔS_A > ΔS_B; b) ΔS_A=ΔS_B; c) ΔS_A > ΔS_B? Justifique la respuesta.

Cuestion de Teoría Cinética de los Gases.

Un metro cúbico de hidrógeno (H₂), que se considera gas perfecto, a 4 atm y 5 ^oC se calienta por vía reversible a presión constante hasta 255 ^oC. Calcular el calor que hay que comunicarle, el incremento de su energía interna y el trabajo realizado por el gas. Si partiendo de las condiciones iniciales el hidrógeno se expande reversible e isotérmicamente hasta el mismo volumen que antes, ¿el trabajo realizado por el gas es mayor o menor que el anterior? c_p=7 cal/molK; c_v=5 cal/molK; R=2 cal/molK; T₀=0 ^oC=273 K.

Problema de Entropia y Segundo Principio de la Termodinámica.

Una masa de 500 g de oxígeno (masa molecular M=32 g/mol), al que se considera gas perfecto, se encuentra en el interior de un cilindro cerrado por un émbolo móvil sin rozamientos, siendo inicialmente su presión de 1 atm y su temperatura de 50 ºC. Se comprime posteriormente el gas isobáricamente hasta que su volumen se reduce a la mitad, sufriendo a continuación una compresión adiabática durante la cual se realiza un trabajo sobre el gas de 10283 J, evolucionando seguidamente a volumen constante, y volviendo al estado inicial mediante una expansión isoterma. Se pide: a) presión, volumen y temperatura en cada uno de los puntos del ciclo; b) dibujar el ciclo; c) variación de energía interna, trabajo, calor y entropía en cada una de las transformaciones y en el ciclo completo; d) rendimiento termodinámico del ciclo; e) rendimiento de un ciclo de Carnot que operase entre las mismas temperaturas extremas.
Datos: constante de los gases perfectos R=0.082 atml/molK=8.32 J/molK=2 cal/molK; 1 cal=4.18 J; 1 atm=101324.72 N/m².

Problema de Entropia y Segundo Principio de la Termodinámica. Aparece en la convocatoria de JUN2004.

El ángulo límite que corresponde a la refracción entre el aire y el hielo es 49^o47´. Encontrar el índice de refracción del hielo.

Problema de Reflexión y Refracción de Ondas.