Física moderna

En la gráfica adjunta se representa el potencial de frenado, $V_F$, de los electrones emitidos por un metal en función de la frecuencia, $f$, de la luz que incide sobre él. Nombra y explica el fenómeno. Sabiendo que la ecuación de la recta es $V_F = 4,12 \cdot 10^{-15} f - 4,5$, determina el valor de la constante de Planck y el de la frecuencia umbral.Dato: carga elemental, $q = 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ C}$

Un puntero láser emite luz monocromática de frecuencia $f = 5,6 \cdot 10^{14} \text{ Hz}$ con una potencia $P = 5 \text{ mW}$. ¿Cuál es la energía de un fotó? Calcula cuántos fotones emite el puntero en un minuto ¿Qué longitud de onda tiene la radiación emitida? Datos: velocidad de la luz en el vacío, $c = 3 \cdot 10^8 \text{ m/s}$; constante de Planck, $h = 6,63 \cdot 10^{-34} \text{ J} \cdot \text{s}$

Una nave espacial viaja con velocidad $v = 2,1 \cdot 10^8\text{ m/s}$ desde la Tierra hasta la estrella de Barnard, situada a una distancia $d = 5,98\text{ años luz}$. Se mide la duración del viaje en la Tierra y en la nave, ¿en cuál de estos dos sistemas de referencia inerciales se mide el tiempo propio? ¿Qué duración tiene el viaje en cada uno de estos dos sistemas? Razona las respuestas.Dato: velocidad de la luz en el vacío, $c = 3 \cdot 10^8\text{ m/s}$

Se ilumina la superficie de un metal con luz monocromática y se comprueba que este emite electrones. Nombra y explica el fenómeno. ¿Cómo varía la energía cinética de los electrones emitidos si se aumenta la frecuencia de la luz incidente? ¿Qué cambia si se aumenta la intensidad de dicha luz sin modificar la frecuencia? Razona las respuestas.

El hipotético módulo espacial de la figura tiene una masa en reposo $M_0 = 10^{4} \text{ kg}$ y una longitud propia $L_0 = 11,0 \text{ m}$. Se mueve en una dirección a lo largo de su longitud con una velocidad $v$ relativa a la base de control situada en la Tierra. Respecto a dicha base, se mide la longitud del módulo espacial y su resultado es $L = 10,0 \text{ m}$. ¿Cuál es la velocidad $v$ con la que se mueve el módulo espacial respecto a la base de control? ¿Y su energía total relativista?

Dato: velocidad de la luz en el vacío, $c = 3 \cdot 10^{8} \text{ m/s}$

Explica qué es la dualidad onda-corpúsculo y escribe la expresión de la longitud de onda de De Broglie. Calcula la longitud de onda de De Broglie de una espora del hongo Pilobolus kleinii que se mueve a una velocidad de $20 \text{ m/s}$, sabiendo que la masa de un millón de esporas es de $1,0 \text{ g}$.Dato: constante de Planck, $h = 6,6 \cdot 10^{-34} \text{ J} \cdot \text{s}$

Los muones son partículas elementales, con carga eléctrica negativa, que se forman en las partes altas de la atmósfera y se mueven a velocidades relativistas hacia la superficie de la Tierra. Un muon se forma a $9000 \text{ m}$ de altura sobre la superficie de la Tierra y desciende verticalmente con una velocidad $v = 0,9978c$. Calcula razonadamente:

Datos: velocidad de la luz en el vacío, $c = 3 \cdot 10^8 \text{ m/s}$; masa (en reposo) del muon, $m = 1,8 \cdot 10^{-28} \text{ kg}$; carga elemental, $q = 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ C}$

Un láser de fluoruro de kriptón, que se utiliza en experimentos de fusión por confinamiento inercial, puede emitir un haz de luz de longitud de onda $248 \text{ nm}$, con una energía de $1,1 \cdot 10^{3} \text{ J}$ en un tiempo de $1 \text{ ns}$. Obtén razonadamente, la energía de un fotón, la potencia del láser (en MW) y el número de fotones que emite este láser en dicho intervalo de tiempo.Dato: velocidad de la luz en el vacío, $c = 3 \cdot 10^8 \text{ m/s}$; constante de Planck, $h = 6,63 \cdot 10^{-34} \text{ J s}$

La frecuencia umbral del cátodo de una célula fotoeléctrica es de $f_0 = 5 \cdot 10^{14} \text{ Hz}$. Dicho cátodo se ilumina con luz de frecuencia $f = 1,5 \cdot 10^{15} \text{ Hz}$. Calcula:

Datos: Constante de Planck, $h = 6,63 \cdot 10^{-34} \text{ J s}$; masa del electrón, $m_e = 9,1 \cdot 10^{-31} \text{ kg}$; velocidad de la luz en el vacío, $c = 3 \cdot 10^8 \text{ m/s}$; carga elemental, $q = 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ C}$