Problema 8 de Física de la Selectivitat 2022
Setembre 2022, Sèrie 3 · Proves d'accés a la universitat (PAU) de Catalunya.
Temes: Física relativista, quàntica i nuclear
Enunciat
P8) A principis dels anys seixanta del segle xx, els físics Robert Corbis Pound, Glen Anderson Rebka i Joseph Snider van verificar al Jefferson Physical Laboratory de Harvard la predicció d'Einstein que la gravetat canvia la freqüència de la llum. Entendre aquest efecte és essencial per a la navegació moderna, com per exemple per al funcionament del GPS. L'experiment consistia a mesurar la variació de freqüència d'uns fotons entre dos punts a diferent altura. a) Calculeu la freqüència, la massa (vegeu la nota) i la quantitat de moviment dels fotons al terra del laboratori de l'experiment si tenen una energia de 14,4 keV. [1,25 punts] b) L'energia mecànica dels fotons és la suma de l'energia dels fotons i de l'energia potencial gravitatòria. A partir del principi de conservació de l'energia mecànica, calculeu la variació (en valor absolut) de l'energia i de la freqüència dels fotons entre dos punts separats verticalment 22,6 m. És a dir, entre el terra del laboratori i un altre punt a la mateixa vertical, 22,6 m més amunt. En quin punt el fotó té una freqüència més gran, quan es troba al terra o quan està 22,6 m per sobre del terra? [1,25 punts] NOTA: Tot i que la massa en repòs d'un fotó és zero, la seva massa efectiva quan E foto és atret per les altres masses és: m= DADES: 1 eV = 1,602 × 10-¹⁹ J. c = 3,00 x 108 ms¹. h = 6,63 x 10-¹4 J s. 9=9,81 m/s².
Les imatges de l'enunciat i la solució d'aquest problema són a la web.
Veure la solució del problema