Último Taller Física III 

(Resolver 10 problemas, dos de cada tema. Entregar por tarde el lunes 22 de agosto antes de las 12m)  Difracción 1. La distancia entre el primer y el quinto mínimos de un patrón de difracción producido por una rendija es de 0,35mm

cuando la pantalla está colocada a 40cm de la rendija y cuando se utiliza luz cuya longitud de onda es de 550nm, ¿cuál es el ancho de la rendija?

2. Una rendija se ilumina con luz cuyas longitudes de onda 1 y 2 se escogen de tal manera que el primer mínimo de

difracción de l1 coincida con el segundo mínimo de 2. a) ¿Qué relación existe entre las dos longitudes de onda? b) ¿Coinciden algunos otros mínimos en los dos patrones de difracción? 3. Para d = 2a en la figura. ¿Cuántas franjas de interferencia hay en la envolvente central de difracción?

4. Una luz blanca incide perpendicularmente sobre una red de difracción cuya constante de red es a = 3000nm.

a) ¿Por qué el máximo central siempre es blanco y los demás son coloreados? b) A medida que nos alejamos del máximo central, ¿de qué color es el máximo de primer orden que se observa? c) ¿Cuál es el mayor orden visible para el rojo con esta red tomando r = 650 nm y para el violeta tomando v = 420

nm? 5. Una fuente contiene una mezcla de átomos de hidrógeno y deuterio y emite un doblete rojo en = 656,3nm cuya

separación es de 0,18nm . Encontrar el número mínimo de rendijas que se necesitan en la red de difracción para separar estas líneas en el primer orden.

6. Sobre una red de difracción que tiene 100 ranuras en 1mm, cae un haz de luz blanca de rayos paralelos entre si. Con

ayuda de una lente convergente de distancia focal de 30cm, colocada inmediatamente detrás de la red, se forma un patrón de interferencia en la pantalla. Calcule la distancia entre: a) las rayas rojas y violetas del espectro de segundo orden, b) el fin del espectro de primer orden y el principio del espectro de segundo orden. La longitud de onda de la luz roja es de 700nm y de la luz violeta es de 400nm.

Radiación de un cuerpo negro 7. Generalmente se considera que el valor medio de la energía que emite 1cm2 de la superficie terrestre en un minuto es

de 0,13 calorías. Considerando la Tierra como un cuerpo negro, determine la temperatura media de su superficie y la longitud de onda a la cual corresponde el máximo de la energía que se radia. (1 cal = 4,18 J).

8. La temperatura de la superficie de las estrellas llamadas “enanas blancas” es de 1104K. ¿En qué parte del espectro

se encuentra el máximo de su radiación?  9. Un cuerpo negro se encuentra a una temperatura 2900 K. Como resultado de enfriamiento de este cuerpo, la longitud

de onda correspondiente a la radiancia espectral máxima sufrió una variación de 9nm. ¿Hasta qué temperatura se enfrió el cuerpo?

10. El fotón (a) ¿Cuánto vale la energía de un fotón de luz roja? r = 650 nm)?. (b) ¿Cuánto vale su momento? (c) ¿Cuánto vale la longitud de onda de un fotón de 2.4 eV? (d) La intensidad mínima de luz que puede percibir el ojo humano es 10−10W/m2. ¿Cuántos fotones por segundo entran en el ojo a esa intensidad?

Efecto Fotoeléctrico 11. Determinar la velocidad de un electrón emitido de una superficie de plata iluminada con luz monocromática de

longitud de onda de 150nm. La longitud de onda a la cual comienza a manifestar este efecto es de 260nm.} 12. Determine la función de trabajo de extracción de un electrón en el efecto fotoeléctrico, si la longitud de onda a la cual

se produce el efecto fotoeléctrico es menor que 29510-6mm. 13. Hallar la frecuencia de la luz que arranca los electrones de la superficie de un metal que se retardan por un potencial

retardador de 3V. En este metal el efecto fotoeléctrico comienza cuando la frecuencia de la luz que incide sobre él es de 61014 Hz. Hallar el trabajo necesario para arrancar el electrón de este metal.

Efecto Compton 14. Un cuerpo de carbón dispersa a los rayos X con = 0,10nm. Se observa la radiación dispersada a 90° respecto al haz

incidente. a) ¿Cuál es el corrimiento Compton ∆λ? b) ¿Cuál es la energía cinética que se imparte a los electrones que retroceden?

15. Un fotón de radiación de rayos X con longitud de onda 0,1nm cae sobre un electrón débilmente enlazado de un

elemento ligero y se desvía 90º de su dirección inicial. Calcule la energía que adquiere el electrón después del choque y la dirección de su movimiento.

16. Una radiación de 10-10m de longitud de onda experimenta dispersión de Compton en una muestra de carbono. Se

observa a radiación dispersada en dirección perpendicular a la de incidencia. Hallar: a) la longitud de onda de la radiación dispersada. b) La energía cinética y la dirección del movimiento de los electrones de retroceso, c) Si, con la radiación anterior, los electrones retroceden según un ángulo de 60 respecto a la radiación incidente ¿cuál es en este caso, la longitud de onda y la dirección de la radiación dispersada? ¿y la energía cinética del electrón?

Ondas de Materia 17. Supongamos que queremos estudiar un núcleo de 14fm de diámetro usando difracción de partículas. ¿Qué energía

cinética necesitamos si la partícula difractada es: (a) un electrón. (b) un protón. (c) una partícula alfa (núcleos de He: dos protones + 2 neutrones).

18. Un electrón y un fotón tienen, cada uno, una longitud de onda de 2 Å. Cuáles son sus cantidades de movimiento? 19. Un microscopio electrónico utiliza electrones acelerados a través de una diferencia de potencial de 40.000 V.

a. ¿Calcula la energía suministrada a cada electrón. b. ¿Cuál será la velocidad de choque de los electrones? c. Determine el poder de resolución suponiendo que es igual a la longitud de onda de De Broglie asociada a los electrones.

20. Experimento de Davisson–Germer La separación entre los planos de un cristal de Ni es de d = 2,1510-10m. Se encontró un máximo en la dispersión de electrones a 50° respecto al plano incidente. (a) ¿Cuál es la longitud de onda correspondiente a los electrones? (b) Si los electrones estaban acelerados con una diferencia de potencial de 54 eV, ¿cuál es la longitud de onda de De Broglie correspondiente? (c) ¿Qué hubiese pasado si el voltaje aplicado era de 30V?