Examen de Física Aplicada a Farmacia UB 2018 · reavaluació - Febrer 2018

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

8. Les dimensions físiques del paràmetre $a$ de l'equació d'estat de Van der Waals corresponen a $\mathrm{M}\mathrm{L}^{-1}\mathrm{T}^{-1}$.

9. La magnitud de la pressió reduïda no té dimensions (adimensional).

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

Indiqueu si l'afirmació següent és vertadera (V) o falsa (F):

2. Per a un feix reflectit a la superfície de contacte aire-vidre ($n = 1{,}428$), l'angle de polarització val $35^\circ$.

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

3. La llargària total d'un microscopi equival exactament a la suma de les distàncies focals de l'ocular i de l'objectiu.

4. La distància focal característica d'una lent depèn de manera exclusiva dels seus radis de curvatura.

7. La imatge que genera un mirall esfèric convex sobre un objecte és invariablement invertida.

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

1. La combinació de dues ones idèntiques que presenten un desfasament de $60^\circ$ té per amplitud resultant $2A\cos(\pi/3)$.

5. En el patró d'interferència produït per dues escletxes, la intensitat màxima és igual a $2I_0$.

6. Una xarxa de difracció amb una capacitat resolutiva de $15.570$ és capaç de discriminar dues longituds d'ona de $560{,}548\text{ nm}$ i $560{,}512\text{ nm}$, respectivament.

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

10. Si un cos sòlid sura en un líquid mantenint 1/3 del seu volum per sobre del nivell lliure, la densitat d'aquest sòlid correspon als 2/3 de la densitat del líquid.

V

F

12. En un tub que conté un fluid en repòs de densitat homogènia, el gradient de pressió entre dos punts 1 i 2 resulta proporcional a la variació d'altura $(h_2 - h_1)$.

V

F

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

11. El teorema de Bernoulli omet el principi de conservació de l'energia mecànica durant el transport de fluids ideals.

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

Indiqueu si cadascuna de les afirmacions següents és vertadera o falsa escrivint Vertader o Fals:

13.

Quan el volum que ocupa un gas real supera el que prediu l'equació dels gasos ideals, el factor de compressibilitat $Z$ és estrictament superior a 1.

15.

La pressió és classificada com una propietat intensiva del sistema.

17.

En dur a terme la compressió isotèrmica d'un gas ideal, el treball intercanviat pren un valor positiu segons el criteri de signes termodinàmic convencional ($w = -\int p\,\mathrm{d}V$).

18.

L'expressió que descriu el treball d'un procés isotèrmic reversible en un gas ideal és $w = -nRT\ln(P_1/P_2)$.

19.

Al llarg dels processos adiabàtics reversibles per a gasos ideals es manté invariable la relació $TV^\gamma = \text{constant}$.

20.

En un diagrama $p$-$V$, una transformació isocòrica es traça mitjançant una recta perpendicular a l'eix de pressions.

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

14.

En aïllar adiabàticament un recipient on dos cossos a diferent temperatura entren en contacte tèrmic, la variació d'entalpia global fins a l'estat d'equilibri és nul·la.

16.

En qualsevol procés d'evolució reversible aplicat a un gas ideal, es verifica que $\Delta S_{\text{sistema}} = -\Delta S_{\text{entorn}}$.

1 Test (20 punts). Qüestionari Vertader / Fals

Indiqueu per a cadascuna de les afirmacions següents si és vertadera (V) o falsa (F):

a)

Determineu la intensitat resultant de la llum en cadascun dels punts A, B i C, expressant els resultats en funció de $I_0$.

$\cdot I_0$

$\cdot I_0$

$\cdot I_0$

b)

Quina serà la intensitat enregistrada al punt C en el cas que es retiri el filtre intermedi situat entre A i B?

$\cdot I_0$

Pregunta 2 (5 punts). Angle de polarització i refracció

Un feix lluminós es propaga per l'aire i penetra a la superfície d'una substància líquida. S'observa experimentalment que per a un angle d'incidència de $53{,}0^\circ$, l'angle de refracció obtingut és de $34{,}0^\circ$. Sota quin valor de l'angle d'incidència s'aconseguirà que el feix reflectit quedi polaritzat de manera completa?

Pregunta 3 (5 punts). Transicions electròniques de 10 eV

Un electró té dos nivells quantificats d'energia situats a 50 eV i a 60 eV. Es fa incidir sobre ell radiació electromagnètica la freqüència de la qual proporciona una energia de fotó de 10 eV. Raoneu si cadascun dels fenòmens següents pot tenir lloc o no:

a)

Emissió espontània.

b)

Emissió estimulada.

c)

Absorció estimulada (o ressonant).

Pregunta 4 (5 punts). Potència d'una lent en líquid i aire

Considereu la proposició següent: « La potència d'una lent de vidre ($n = 1{,}50$) que dins d'un líquid ($n = 1{,}4$) és d'1 D, es multiplica per un factor 7 quan es trasllada a l'aire ».

a)

Justifiqueu mitjançant els càlculs pertinents si aquesta afirmació és vertadera o falsa:

Vertadera

Falsa

b)

Quina modificació s'hauria de fer a la lent per tal d'aconseguir que tingués una potència d'1 D a l'aire emprant aquest mateix material?

Pregunta 5 (5 punts). Empenyiment d'Arquimedes sobre una roca

Una roca que posseeix una massa $m$ (kg) i una densitat equivalent al doble de la de l'aigua es diposita al fons d'un aquari completament ple d'aigua. Determineu l'expressió analítica i el valor de la força d'empenyiment hidroestàtic que rep la roca.

$B =$

$B =$

N

Pregunta 6 (5 punts). Variació baromètrica per tempesta

En condicions estàndard, la pressió atmosfèrica pren un valor de $1{,}013 \cdot 10^5\text{ Pa}$. La proximitat d'una pertorbació atmosfèrica (tempesta) fa que la columna d'un baròmetre de mercuri davalli $20{,}0\text{ mm}$ respecte a la seva cota habitual. Quina pressió atmosfèrica hi ha sota aquestes noves condicions? Considereu per al mercuri una densitat de $13{,}59\text{ g cm}^{-3}$ i una acceleració gravitatòria de $9{,}8\text{ m s}^{-2}$.

Pregunta 7 (5 punts). Pressió manomètrica d'un pneumàtic

El pneumàtic d'un automòbil registra una pressió manomètrica de 200 kPa quan es troba a 20 °C. En finalitzar un desplaçament llarg, la temperatura de l'aire interior s'eleva fins als 50 °C. Tractant l'aire contingut com un gas ideal:

a.

Trobeu la pressió manomètrica final suposant que la variació de volum de la coberta és menyspreable.

b.

Trobeu la pressió manomètrica resultant si el volum intern del pneumàtic s'expandeix un 10%.

Pregunta 8 (5 punts). Expansió adiabàtica d'un gas poliatòmic

Una mostra de gas poliatòmic ideal ($\gamma = 1{,}33$) sotmesa a una pressió inicial de $16\text{ bar}$ s'expandeix de manera adiabàtica i reversible fins que el seu volum es multiplica per un factor $5{,}6$. Calculeu:

a.

La pressió del gas un cop finalitzada l'expansió.

b.

La raó entre les temperatures final i inicial ($T'/T$) del procés.

Pregunta 9 (5 punts). Rendiment d'una màquina de Carnot

Una màquina tèrmica opera entre un focus fred situat a $-19\text{ }^\circ\text{C}$ i un focus calent a $21\text{ }^\circ\text{C}$. És possible determinar el rendiment tèrmic emprant indistintament l'escala Celsius o l'escala Kelvin? Raoneu la resposta mostrant el càlcul corresponent.

a.

És possible emprar indistintament les dues escales?

Sí

No

b.

Raonament i càlculs comparatius (en escala Celsius i Kelvin):

Pregunta 10 (5 punts). Termodinàmica de la vaporització

Raoneu quina de les quatre combinacions de signes és l'única vàlida per al canvi d'estat de vaporització d'un líquid pur:

Opció

$\Delta V_m$

$\Delta H_m$

$\Delta S_m$

a

$+$

$-$

$+$

b

$-$

$-$

$-$

c

$+$

$+$

$+$

d

$-$

$+$

$-$

Problema 1 (10 punts). Interferències en làmina prima

Un feix lluminós de $400\text{ nm}$ de longitud d'ona incideix de manera pràcticament perpendicular des de l'aire sobre una pel·lícula de plàstic d'un gruix de $0{,}2\,\mu\text{m}$ dipositada sobre una superfície de vidre. Se sap que l'índex de refracció del plàstic és inferior al del vidre ($n_{\text{plàstic}} < n_{\text{vidre}}$).

a.

Trobeu els possibles índexs de refracció del plàstic sabent que la llum reflectida experimenta una interferència completament destructiva. (Indiqueu el primer valor físicament possible, $n > 1$):

b.

Quin gruix hauria de tenir la pel·lícula de plàstic perquè la llum reflectida ($\lambda = 400\text{ nm}$) generi una interferència constructiva (prenent el primer valor possible d'índex $n$ trobat)?

c.

Emprant els paràmetres de l'apartat a) ($n = 3/2$, $t = 0{,}2\,\mu\text{m}$), quin tipus d'interferència s'obtindrà si s'il·lumina amb una font de $500\text{ nm}$?

Problema 2 (10 punts). Dinàmica de fluids en una canonada

Per l'interior d'un conducte horitzontal que presenta una secció circular de $2\text{ cm}$ de diàmetre hi circula aigua amb un cabal de $2{,}8\text{ L s}^{-1}$ sota una pressió de $142\text{ kPa}$. Calculeu quin diàmetre haurà de tenir un estrenyiment de la canonada perquè la pressió estàtica baixi fins a $101\text{ kPa}$.

Problema 3 (10 punts). Cicle termodinàmic d'un gas ideal monoatòmic

Un mol d'un gas monoatòmic ideal descriu el cicle termodinàmic tancat $A \rightarrow B \rightarrow C \rightarrow D \rightarrow A$ que es representa a la figura següent, delimitat per les isotermes de $800\text{ K}$, $400\text{ K}$ i $200\text{ K}$:

Completeu tots els valors de la taula termodinàmica calculant el canvi d'energia interna ($\Delta U$), el treball ($W$), la calor ($q$), la variació d'entalpia ($\Delta H$) i el canvi d'entropia ($\Delta S$) per a cadascuna de les etapes i per al conjunt del cicle:

Etapa

$\Delta U\text{ / J}$

$W\text{ / J}$

$q\text{ / J}$

$\Delta H\text{ / J}$

$\Delta S\text{ / J}\cdot\text{K}^{-1}$

A → B

B → C

C → D

D → A

Total