Capítulo 39: Relatividad

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 67 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 67. Un núcleo de 57Fe en reposo emite un fotón de 14.0 keV. Use la conservación de la energía y la cantidad de movimiento para deducir la energía cinética del núcleo de retroceso en electrón volts. Utilice Mc2 =…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 66 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 66. Elabore una gráfica de la energía cinética relativista y la energía cinética clásica, ambas como función de la rapidez, para un objeto con una masa de su elección. ¿A qué rapidez subestima la energía cinética clásica el valor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 65 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 65. Suponga que el Sol está a punto de explotar. En un esfuerzo por escapar, escapa en una nave espacial a v = 0.800c y se dirige hacia la estrella Tau Ceti, a 12.0 años luz de distancia. Cuando…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 64 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 64. La creación y el estudio de nuevas partículas elementales es una parte importante de la física contemporánea. En especial es interesante el descubrimiento de una partícula muy pesada. Para crear una partícula de masa M es necesaria una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 63 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 63. Las estrellas pesadas que terminan su vida en explosiones supernova producen los núcleos de todos los átomos en la mitad inferior de la tabla periódica, mediante fusión de núcleos más pequeños. Este problema modela burdamente dicho proceso. Una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 62 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 62. Un observador en una nave espacial se mueve por inercia hacia un espejo a una rapidez v respecto al marco de referencia marcado por S en la figura P39.62. El espejo está inmóvil respecto a S. Un pulso…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 61 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 61. Una partícula con carga eléctrica q se mueve a lo largo de una recta en un campo eléctrico uniforme E con una rapidez u. La fuerza eléctrica ejercida sobre la carga es qE. El movimiento y el campo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 60 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 60. Imagine que todo el Sol se colapsa a una esfera de radio Rg, de manera que el trabajo necesario para remover una pequeña masa m desde la superficie sería igual a su energía en reposo mc2. Este radio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 59 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 59. Un supertren (con una longitud propia de 100 m) viaja con una rapidez de 0.950c cuando pasa por un túnel (con una longitud propia de 50.0 m). Visto por un observador que está junto a la vía, ¿el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 58 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 58. Rapidez de la luz en un medio en movimiento. El movimiento de un medio transparente influye en la rapidez de la luz. Este efecto lo observó por primera ocasión Fizeau en 1851. Considere un haz de luz en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 57 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 57. Una nave espacial de otro planeta, que vuela a 0.600c hacia la Tierra, lanza una nave de aterrizaje con una avanzada de agentes de compras y maestros de física. Esta nave viaja en la misma dirección con una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 56 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 56. Un electrón viaja a través de agua con una rapidez 10.0% más rápido que la rapidez de la luz en agua. Determine a) la energía total, b) la energía cinética y c) la cantidad de movimiento del electrón.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 55 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 55. La nave espacial I, en la que viajan estudiantes que hacen un examen de física, se aproxima a la Tierra con una rapidez de 0.600c (respecto a la Tierra), mientras que la nave espacial II, que contiene profesores…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 54 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 54. Un objeto se desintegra en dos fragmentos. Uno de los fragmentos tiene una masa de 1.00 MeV/c2 y una cantidad de movimiento 1.75 MeV/c en la dirección x positiva. El otro fragmento tiene una masa de 1.50 MeV/c2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 53 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 53. La reacción neta de la fusión nuclear dentro del Sol se puede escribir como 41H → 4He + E. La energía en reposo de cada átomo de hidrógeno es 938.78 MeV y la energía en reposo del átomo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 52 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 52. Toño y Fátima juegan a atrapar una pelota en el marco S’, que se mueve a 0.600c respecto al marco S, mientras que Jaime, en reposo en el marco S, observa la acción (figura P39.52). Toño lanza la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 51 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 51. La ecuación da la energía cinética de una partícula que se mueve con rapidez u. a) Resuelva la ecuación para u. b) A partir de la ecuación para u, identifique el valor mínimo posible de rapidez y la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 50 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 50. Un electrón tiene una rapidez de 0.750c. a) Encuentre la rapidez de un protón que tiene la misma energía cinética que dicho electrón. b) ¿Qué pasaría si? Encuentre la rapidez de un protón que tiene la misma cantidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 49 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 49. Los rayos cósmicos que poseen la más alta energía son protones que tienen energía cinética del orden de 1013 MeV. a) ¿Cuánto tardaría uno de estos protones en atravesar la galaxia de la Vía Láctea, que tiene un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 48 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 48. Houston, tenemos un problema. Un astronauta desea visitar la galaxia de Andrómeda, para lo cual necesita hacer un viaje de ida que le tomará 30.0 años en el marco de referencia de la nave espacial. Suponga que la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 47 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 47. Un satélite de la Tierra empleado en el sistema de posicionamiento global (GPS) se mueve en órbita circular con un periodo de 11 h 58 min. a) Determine el radio de su órbita. b) Determine su rapidez. c)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 46 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 46. Un rayo gamma (fotón de alta energía) puede producir un electrón (e–) y un positrón (e+) cuando entra en el campo eléctrico de un núcleo pesado: y → e+ + e–. ¿Cuál es la mínima energía de rayos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 45 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 45. La potencia de salida del Sol es de 3.85 X 1026 W. ¿Cuánta masa se convierte en energía en el Sol en un segundo? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 44 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 44. En una planta de energía nuclear, las barras de combustible duran tres años antes que sea necesario cambiarlas. Si una planta con una potencia térmica nominal de 1.00 GW funciona a 80.0% de su capacidad durante tres años,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 43 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 43. Cuando 1.00 g de hidrógeno se combina con 8.00 g de oxígeno, se forman 9.00 g de agua. Durante esta reacción química se liberan 2.86 X 105 J de energía. ¿La masa del agua es mayor o menor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 42 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 42. Considere un automóvil que se mueve con rapidez de autopista u. ¿Su energía cinética real es mayor o menor que ½mu2? Realice una estimación del orden de magnitud de la cantidad en la que su energía cinética real…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 41 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 41. Un pión en reposo (mπ = 273me) se desintegra en un muón (mμ = 207me) y un antineutrino (mv ≈ 0). La reacción se escribe π– → μ– + v. Encuentre la energía cinética del muón y la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 40 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 40. Considere electrones acelerados a una energía de 20.0 GeV en el Acelerador Lineal de Stanford de 3.00 km de largo. a) ¿Cuál es el factor g para los electrones? b) ¿Cuál es su rapidez? c) ¿Qué tan…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 39 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 39. La energía en reposo de un electrón es de 0.511 MeV. La energía en reposo de un protón es de 938 MeV. Suponga que ambas partículas tienen energía cinética de 2.00 MeV. Encuentre la rapidez de a) el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 38 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 38. En un cinescopio representativo de color, los electrones son acelerados desde el repaso por medio de una diferencia de potencial de 25 000 V. a) ¿Qué rapidez tienen los electrones cuando inciden en la pantalla? b) ¿Cuál es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 37 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 37. Demuestre que la correspondencia de energía y cantidad de movimiento E2 = p2 c2 + (mc2)2 se sigue de las expresiones E = ymc2y p = ymu Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 36 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 36. Una partícula inestable con una masa de 3.34 X 10-27 kg está inicialmente en reposo. La partícula se desintegra en dos fragmentos que vuelan a lo largo del eje x con componentes de velocidad de 0.987c y -0.868c.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 35 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 35. Un protón se mueve a 0.950c. Calcule a) su energía en reposo, b) su energía total y c) su energía cinética. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 34 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 34. Encuentre la energía cinética de una nave espacial de 78.0 kg a) lanzada fuera del sistema solar con una rapidez de 106 km/s, mediante el uso de la ecuación clásica K = 1/2 mu2 . b) ¿Qué pasaría…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 33 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 33. Encuentre la cantidad de movimiento de un protón en unidades de MeV/c, suponiendo que su energía total es el doble que su energía en reposo. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 32 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 32. Demuestre que, para cualquier cuerpo que se mueva a menos de una décima de la rapidez de la luz, la energía cinética relativista coincide con el resultado de la ecuación clásica K =1/2 mu2 en una variación menor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 31 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 31. Un protón en un acelerador de alta energía se mueve con una rapidez de c/2. Utilice el teorema del trabajo y energía cinética para hallar el trabajo necesario para aumentar su rapidez a a) 0.750c y b) 0.995c…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 30 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 30. Un electrón tiene una energía cinética cinco veces mayor que su energía en reposo. Encuentre su a) energía total y b) rapidez. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 29 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 29. Una partícula inestable en reposo se descompone en dos fragmentos de masa desigual. La masa del primer fragmento es 2.50 X 10-28 kg, y la del otro es 1.67 X 10-27 kg. Si el fragmento más ligero tiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 28 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 28. La rapidez límite en cierta autopista es de 90.0 km/h. Suponga que las multas por alta rapidez se hacen proporcionales a la cantidad por la que la cantidad de movimiento de un vehículo supera la cantidad de movimiento…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 27 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 27. Una pelota de golf se desplaza con una rapidez de 90.0 m/s. ¿En qué fracción difiere su magnitud de cantidad de movimiento relativista p respecto a su valor clásico mu? Es decir, encuentre la proporción (p – mu)/mu.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 26 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 26. La expresión no relativista para la cantidad de movimiento de una partícula, p = mu, coincide con los experimentos si u << c. ¿Con qué rapidez el uso de esta ecuación presenta un error en la cantidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 25 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 25. Calcule la cantidad de movimiento de un electrón que se mueve con una rapidez de a) 0.010 0c, b) 0.500c y c) 0.900c. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 24 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 24. Una nave espacial Klingon se aleja de la Tierra con rapidez de 0.800c (figura P39.24). La estación espacial Enterprise la persigue con rapidez de 0.900c respecto a la Tierra. Observadores en la Tierra ven que la Enterprise alcanza…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 23 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 23. Dos chorros de material son expulsados en direcciones opuestas desde el centro de una radiogalaxia. Ambos chorros se mueven con una velocidad de 0.750c respecto a la galaxia. Determine la rapidez de un chorro respecto al otro. Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 22 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 22. Una luz roja destella en la posición xR = 3.00 m y en un tiempo tR = 1.00 X 10-9 s, y una luz azul centellea en xB = 5.00 m y tB = 9.00 X 10-9 s,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 21 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 21. Un observador en un marco de referencia S ve dos eventos como simultáneos. El evento A se presenta en el punto (50.0 m, 0, 0) en el instante 9:00:00 del tiempo universal, el 15 de enero de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 20 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 20. Se observa que una varilla en movimiento tiene una longitud de 2.00 m y está orientada con un ángulo de 30° respecto a la dirección del movimiento, como se muestra en la figura P39.20. La varilla tiene una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 19 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 19. Suzanne observa dos pulsos de luz que han de emitirse desde la misma ubicación, pero separados un tiempo de 3.00 ms. Mark ve la emisión de los dos pulsos con una separación en el tiempo de 9.00 ms.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 18 CAPÍTULO 39 FÍSICA SERWAY 18. Un físico que va en auto se pasa la luz roja de un semáforo. Cuando se orilla a su izquierda, le dice al oficial de tránsito que el corrimiento Doppler hizo que la luz roja de longitud…