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N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

Miércoles 6 de noviembre de 2013 (mañana)

FísicaNiVEL sUPERiORPRUEBa 2

INSTruccIoNeS PArA loS AluMNoS

• escriba su número de convocatoria en las casillas de arriba.• No abra esta prueba hasta que se lo autoricen.• Sección A: conteste todas las preguntas.• Sección B: conteste dos preguntas.• escriba sus respuestas en las casillas provistas.• en esta prueba es necesario usar una calculadora.• Se necesita una copia sin anotaciones del Cuadernillo de datos de Física para esta prueba.• la puntuación máxima para esta prueba de examen es [95 puntos].

2 horas 15 minutos

© International Baccalaureate organization 2013

código del examen

8 8 1 3 – 6 5 2 6

Número de convocatoria del alumno

0 0

40EP01

88136526

–2– N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP02

Sección a

Conteste todas las preguntas. Escriba sus respuestas en las casillas provistas.

1. Preguntadeanálisisdedatos.

UnacadenaestásuspendidaentredossoportesverticalesAyB.Lacadenaestáformadaporunciertonúmerodeeslabonesmetálicosidénticos.

Ad

cadena

B

Se puede aumentar la longitud l de la cadena añadiendomás eslabones. Se llevó a cabounexperimentoparainvestigarcómovaríaconleldescensoddelpuntomediodelacadenamedidodelacadena,medidadesdelahorizontalentreAyB.Losdatosobtenidosserepresentanmásabajo.Lasincertidumbresenlsondemasiadopequeñasparaindicarse.

d/m

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

l/m

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

–3–

Véase al dorso

N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP03

(Pregunta 1: continuación)

(a) Sobrelagráficacontigua,dibujeunalíneadeajusteóptimoparalospuntos. [1]

(b) Haciendoreferenciaasurespuestaa(a),

(i) expliqueporquélarelaciónentredylnoeslineal. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) estimeladistanciahorizontalentrelossoportesAyB. [2]

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(c) Antes de llevarse a cabo el experimento, se planteó como hipótesis que d dependíade l .Utilizandosurespuestaa(a),determinesiesahipótesisesválida. [4]

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40EP04

2. Estapreguntatratasobreuncambiodefase.

(a) El agua a presión constante hierve a temperatura constante. Resuma, en términosdelaenergíadelasmoléculas,lasrazonesdequeesoocurra. [2]

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(b) Enunexperimentoparamedirelcalorlatentedevaporizacióndelagua,elvapora100C° seconvirtióenaguaenunrecipienteaislado.Sedisponedelossiguientesdatos.

Masainicialdeaguaenelrecipiente =0,300kg Masafinaldeaguaenelrecipiente =0,312kg Temperaturainicialdelaguaenelrecipiente =15,2C° Temperaturafinaldelaguaenelrecipiente =34,6C° Calorespecíficodelagua =4,18×103Jkg–1K–1

Demuestre que los datos proporcionan un valor de aproximadamente 1,8×106Jkg–1paraelcalorlatentedevaporizaciónLdelagua. [4]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

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40EP05

(Pregunta 2: continuación)

(c) Expliqueporqué,exceptuandoerroresdemediciónodecálculo,elvaloraceptadodeLesmayorqueeldadoen(b). [2]

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40EP06

3. Estapreguntatratasobrecaracterísticasvoltaje–intensidad(V–I ).

Lagráficamuestralascaracterísticasvoltaje–intensidad(V–I ),atemperaturaconstante,dedoscomponenteseléctricosXeY.

V/V

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

Y

X

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 I/mA

(a) Resuma,hacienda referenciaa lagráficaya la leydeOhm,sicadacomponenteesonoesóhmico. [3]

X: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Y: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

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40EP07

(Pregunta 3: continuación)

(b) LoscomponentesXeYseconectanenparalelo.Dichaasociaciónenparaleloseconecta,acontinuación,enserieconunresistorvariableRyunapiladef.e.m.8,0Vyresistenciainternadespreciable.

R

8,0V

X

Y

LaresistenciadeRseajustahastaquelascorrientesenXeYseaniguales.

(i) Usandolagráfica,calculelaresistenciadelaasociaciónenparalelodeXeY. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Utilizandosurespuestaa(b)(i),determinelaresistenciadeR. [2]

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40EP08

4. Estapreguntatratasobreungasideal.

(a) DescribacómosedefinelaconstantedelosgasesidealesR. [2]

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(b) Calculelatemperaturade0,100moldegasidealencerradoenuncilindrodevolumen1,40×10– 3m3,aunapresiónde2,32×105Pa. [1]

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(c) Elgasen(b)semantieneenelcilindrograciasaunémboloquesemuevelibremente.A continuación, el gas se calienta a presión constante hasta que el volumen ocupadopor el gas es de 3,60×10– 3m3. El aumento de la energía interna del gas es de 760J.Determinelaenergíatérmicaentregadaalgas. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso

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40EP09

(Pregunta 4: continuación)

(d) Después del calentamiento, el gas se comprime rápidamentehasta su volumen inicialde(b).Resumaporquéestacompresiónes,aproximadamente,uncambioadiabáticodeestadodelgas. [2]

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5. Estapreguntatratasobrelafuerzaelectromotriz(f.e.m.)inducida.

(a) Sehacegirarunaespiradealambredecobrealrededordeunejehorizontal,enunaregiónenlaquehayuncampomagnéticouniforme.

ejederotación

campomagnético

espira

ElmódulodelaintensidaddecampomagnéticoesByeláreadelaespiraesA.

(i) Indique el valor mínimo y el valor máximo del flujo magnético abrazado porlaespira. [1]

Valormínimo:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Valormáximo:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Haciendo referencia a la ley de Faraday, resuma por qué si aumenta la rapidezde rotación de la espira, entonces la f.e.m. máxima inducida en la espiraaumentatambién. [3]

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(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso

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40EP11

(Pregunta 5: continuación)

(b) Laespiraen(a)seconectaenserieconunresistorderesistencia15Ω.Elvaloreficaz(rcm)delacorrientesinusoidalenelresistoresde2,3mA.

(i) Expliquequésignificavaloreficaz(rcm)deunacorrientesinusoidal. [2]

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(ii) Determinelapotenciamáximadisipadaporelresistor. [2]

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40EP12

6. Estapreguntatratasobrelasfuerzas.

Pormediodeuncableacopladoaunmotoreléctricosetiradeunbloquedepiedra,conrapidezconstante,hacialapartesuperiordeunplanoinclinado.

T=4,2×103N

12

haciaelmotoreléctrico

El plano tiene una inclinación de12 respecto a la horizontal. El peso del bloque es de1,5×10 4NylatensiónTdelcableesde4,2×103N.

(a) Sobreeldiagrama,dibujeyrotuleflechasquerepresentenlasfuerzasqueactúansobreelbloque. [2]

(b) Calculeelmódulodelafuerzaderozamientoqueactúasobreelbloque. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

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40EP13

Sección b

Esta sección consta de cuatro preguntas: 7, 8, 9 y 10. Conteste dos preguntas. Escriba sus respuestas en las casillas provistas.

7. Esta pregunta tienedos partes. Laparte 1 trata sobre campos eléctricos y desintegraciónradiactiva.Laparte 2tratasobreelefectoDopplerylaresoluciónóptica.

Parte 1 Camposeléctricosydesintegraciónradiactiva

(a) Definaintensidad del campo eléctrico. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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40EP14

(Pregunta 7, parte 1: continuación)

(b) Protonesqueviajanconunarapidezde3,9×106ms–1entranenlaregiónentradosplacasparalelas cargadas X eY. La placa X está cargada positivamente y la placaY estáconectadaatierra.

X

Y

protones

Enlaregiónentrelasplacastambiénexisteuncampomagnéticouniforme.Ladireccióny sentido del campo es tal que los protones pasan entre las placas sin experimentardesviaciónalguna.

(i) Indiqueladirecciónysentidodelcampomagnético. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) El módulo de la intensidad de campo magnético es 2,3×10– 4T. Determineelmódulode la intensidadde campoeléctrico entre lasplacas, indicandoen surespuestalaunidadadecuada. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

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40EP15

(Pregunta 7, parte 1: continuación)

(c) Los protones se pueden producir bombardeando núcleos de nitrógeno-14 conpartículasalfa.Laecuacióndelareacciónnuclearparaesteprocesofiguraacontinuación.

14 4 17 2 1N He X H+ → +

IdentifiqueelnúmerodeprotonesyelnúmerodenucleonesdelnúcleoX. [1]

Númerodeprotones: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Númerodenucleones: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(d) Sedisponedelossiguientesdatos,relativosalareacciónde(c).

Masaenreposodelnúcleodenitrógeno-14 =14,0031u Masaenreposodelapartículaalfa =4,0026u MasaenreposodelnúcleoX =16,9991u Masaenreposodelprotón =1,0073u

Demuestrequelaenergíacinéticamínimaquedebetenerlapartículaalfaparaquetengalugarlareacciónes,aproximadamente,de0,7MeV. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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– 16– N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP16

(Pregunta 7, parte 1: continuación)

(e) UnnúcleodeotroisótopodelelementoXde(c)sedesintegra,conunasemivida 12

T enunnúcleodeunisótopodelflúor-19(F-19).

(i) Definasemivida. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Utilizando los ejes de más abajo, esquematice una gráfica para mostrar cómo

12

elnúmerodeátomosNdeunamuestradeXvaríaconeltiempot,desdet=0hastat= 3T .Ent=0,lamuestracontieneN0átomos. [3]

N

00 t

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Véase al dorso

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40EP17

(Pregunta 7: continuación)

Parte 2 ElefectoDopplerylaresoluciónóptica

El efecto Doppler puede emplearse para deducir que una determinada estrella X se estámoviendohacialaTierra.

(f) DescribaquéseentiendeporefectoDoppler. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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–18– N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP18

(Pregunta 7, parte 2: continuación)

(g) Unadelaslíneasdelespectrodelhidrógenoatómicotieneunafrecuenciade4,6×1016Hz,talycomosemideenellaboratorio.EnelespectrodelaestrellaXqueseobservadesdelaTierra,lamismalíneaestádesplazada1,3×1012Hz.

(i) Indiqueelsentidodeldesplazamientodefrecuenciaobservado. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Determine la rapidez con que la X está moviéndose hacia la Tierra, indicandoalgunasuposiciónquehayahecho. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Suposición:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

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40EP19

(Pregunta 7, parte 2: continuación)

(h) La estrella X tiene una estrella compañera Y. La distancia desde la Tierra hastalas estrellas es 1,0×1018m. Las imágenes deX eY están apenas resueltas, según elcriteriodeRayleigh,poruntelescopiosituadoenlaTierraconunalenteocularcirculardediámetro5,0×10– 2m.

(i) Indique cuál es el significado del enunciado “apenas resueltas, según el criteriodeRayleigh”. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) La longitud de onda media de la luz emitida por las estrellas es 4,8×10–7m.DeterminelaseparaciónentreXeY. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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40EP20

8. Esta pregunta tiene dos partes. La parte 1 trata sobre las fuentes de energía y el efectoinvernadero.Laparte 2tratasobreelpotencialgravitatorio.

Parte 1 Lasfuentesdeenergíayelefectoinvernadero

(a) Adiferenciadeloscombustiblesfósiles,loscombustiblesnuclearesnoproducengasesdeefectoinvernadero.

(i) Identifiquedosgasesdeefectoinvernadero. [1]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Haciendo referencia al mecanismo de absorción infrarroja, discuta por quélatemperaturadelasuperficiedelaTierradeberíasermenorsinohubieragasesdeefectoinvernaderoenlaatmósfera. [4]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

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40EP21

(Pregunta 8, parte 1: continuación)

(iii) Indiqueunaventajadelageneracióndeenergíaapartirdecombustiblesfósiles,encomparaciónconloscombustiblesnucleares. [1]

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(b) Resuma la razón por la que es necesario enriquecer el combustible empleado enunareactornuclearcomercial. [3]

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–22– N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP22

(Pregunta 8, parte 1: continuación)

(c) Eldepósitodeaguadeunacasacontiene620kgdeagua.Selepreguntaquecomparelaelevacióndelatemperaturadelaguaen25Kusandolaenergíadisponibledelafisiónnuclearolaenergíadisponibledelsol.Sedisponedelossiguientesdatos.

Densidaddeenergíadeluranio-235 =2,0×1013Jkg–1

Áreadeloscaptadoressolaresutilizados=23m2

Potenciasolarmediadedía =0,74kWm– 2

Calorespecíficodelagua =4,2×103Jkg–1K–1

Determine

(i) la masa de uranio-235 que se necesita para elevar la temperatura del aguaen25K. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) el tiempo requerido, en horas, para elevar la temperatura del agua en 25K,utilizandoloscaptadoressolares. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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– 23–

Véase al dorso

N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP23

(Pregunta 8, parte 1: continuación)

(d) La energía solar en (c) se utiliza para calentar directamente el agua, mientras quelaenergíanucleardebeconvertirsepreviamenteenenergíaeléctrica,enlacentralnuclear.Resumalastransformacionesdeenergíaquetienenlugardentrodeunacentralnuclearparaproducirenergíaeléctrica. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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–24– N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP24

(Pregunta 8: continuación)

Parte 2 Potencialgravitatorio

(e) Definapotencial gravitatorioenunpuntodeuncampogravitatorio. [3]

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(f) LagráficamuestracómovaríaelpotencialgravitatoriodelaTierraVconladistanciaRalcentrodelaTierra,enelintervalodeR=2,0×108mhastaR=5,0×108m.

R/108m 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

V/106Jkg–1

–0,5

–1,0

–1,5

–2,0

3 4 4.53.5

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso

N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP25

(Pregunta 8, parte 2: continuación)

LaLunaestáaunadistanciade4,0×108mdelcentrodelaTierra.Enalgúnmomentodelpasado,seencontróaunadistanciade2,7×108mdelcentrodelaTierra.

Utilicelagráficacontiguaparadeterminar

(i) elmódulodelaaceleracióndelaLuna,enelmomentoactual. [4]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) cuántohacambiadolaenergíapotencialdelaLunacomoconsecuenciadealejarsedesdeR=2,7×108mhastaR=4,0×108m.LamasadelaLunaesde7,4×1022kg. [2]

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(g) Indiqueporquéelcambioenlaenergíapotencialen(f)(ii)esunaumento. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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40EP26

9. Estapreguntatienedospartes.Laparte 1tratasobrelasleyesdeNewtonyelmomentolineal.Laparte 2tratasobreelalmacenamientodedatos.

Parte 1 LasleyesdeNewtonyelmomentolineal

(a) Indiquelacondiciónrequeridaparaqueseconserveelmomentolinealdeunsistema. [1]

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(b) Una persona situada sobre un estanque helado lanza una pelota. Tanto la resistenciadelairecomoelrozamientopuedenconsiderarsedespreciables.

(i) ResumacómoseaplicanlaterceraleydeNewtonylaconservacióndelmomentolinealcuandoselanzalapelota. [3]

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(ii) Haciendo referencia a la segunda leydeNewton, expliquepor qué elmomentolinealhorizontaldelapelotapermanececonstantemientraslapelotaseencuentraenvuelo. [2]

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Véase al dorso

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40EP27

(Pregunta 9, parte 1: continuación)

(c) Lamáximapotenciaútilqueproporcionaelmotordeunalocomotoraesde0,75MW.Larapidezmáximadelalocomotoracuandosemuevealolargodeunavíarectilíneayhorizontalesde44ms–1.Calculelafuerzaderozamientoqueactúasobrelalocomotoramoviéndoseconesarapidez. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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40EP28

(Pregunta 9, parte 1: continuación)

(d) La locomotora de (c) golpea fuertemente a un vagón X de modo que X se mueveen una vía horizontal y choca con un vagón estacionario Y. Como resultado delchoque, los dos vagones se mueven conjuntamente con rapidez v. Se dispone delossiguientesdatos.

MasadelvagónX =3,7×103kg MasadelvagónY =6,3×103kg RapidezdeXjustoantesdelchoque =4,0ms–1

(i) Calculev. [2]

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(ii) Determinelaenergíacinéticaperdidacomoconsecuenciadelchoque. [2]

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(e) LosvagonesXeYlleganalreposodespuésderecorrerunadistanciade40malolargodeunavíahorizontal.DeterminelafuerzaderozamientomediaqueactúasobreXeY. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Véase al dorso

N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP29

(Pregunta 9: continuación)

Parte 2 Elalmacenamientodedatos

(f) Indique una ventaja de almacenar la información en forma digital en vez de enformaanalógica. [1]

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(g) Los datos digitales se codifican en un DVD como una serie de llanos y pozos.Lalongituddeondadelaluzláserutilizadaesde640nm.

luzláser

llano

pozo d

Haciendoreferenciaaldiagrama,expliqueporquéesnecesarioquelaprofundidadddeunpozoseade160nm. [3]

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40EP30

(Pregunta 9, parte 2: continuación)

(h) Un dispositivo acoplado por carga (CCD) es un dispositivo que permite almacenarlosdatospararecuperarloscomounaimagendigital.

(i) ResumalaestructurayelfuncionamientodeunCCD. [3]

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(ii) Una cámara digital consta de un CCD que tiene un área de 25mm×25mm.EnelCCDhay8,0×106píxeles.ElaumentodelCCDes4,8×10– 3.Lacámaraseutilizaparafotografiarunahojaquetienedospuntosnegrosseparados5,0×10– 4m.DeterminesilaimagendelospuntosformadaporelCCDestaráresuelta. [3]

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Véase al dorso

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40EP31

10. Estapreguntatienedospartes.Laparte 1tratasobreelmovimientoarmónicosimple(MAS)ylasondas.Laparte 2tratasobrenivelesdeenergíaatómicosynucleares.

Parte 1 Elmovimientoarmónicosimple(MAS)ylasondas

(a) UnapartículaPsemueveconmovimientoarmónicosimple.

(i) Haciendo referencia al movimiento de P, indique qué significa movimientoarmónicosimple. [2]

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(ii) IndiqueladiferenciadefaseentreeldesplazamientoylavelocidaddeP. [1]

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–32– N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP32

(Pregunta 10, parte 1: continuación)

(b) LagráficamuestracómovaríalavelocidadvdelapartículaPconeltiempot.

v/ms–1 1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

–0,2

–0,4

–0,6

–0,8

–1,0

0 0,2 0,30,1 t /s

(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

–33–

Véase al dorso

N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP33

(Pregunta 10, parte 1: continuación)

RespectoalmovimientodeP,utilicelagráficacontiguaparadeterminar

(i) elperíodo. [1]

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(ii) laamplitud. [4]

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(iii) eldesplazamientodePdesdeelequilibrio,ent=0,2s. [2]

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–34– N13/4/PHYSI/HP2/SPA/TZ0/XX

40EP34

(Pregunta 10, parte 1: continuación)

(c) LapartículaPde(b)esunapartículadeunmedioatravésdelcualsepropagaunaondatransversal.

(i) Describaqueseentiendeporondatransversal,entérminosdelapropagacióndelaenergía. [1]

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(ii) Larapidezdelaondaatravésdelmedioesde0,40ms–1.Utilizandosurespuestaa(b)(i),calculelalongituddeonda. [2]

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Véase al dorso

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(Pregunta 10: continuación)

Parte 2 Nivelesdeenergíaatómicosynucleares

(d) Eldiagramamuestracuatrolíneasespectralesenlapartevisibledelespectrodelíneasdeemisióndelátomodehidrógeno.

410 434 485 656 longituddeondaλ/nm (noaescala)

(i) Resumacómopuedeobtenersedichoespectroenellaboratorio. [3]

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(Pregunta 10, parte 2: continuación)

(ii) Expliquecómodichoespectroproporcionaunapruebadelaexistenciadenivelesatómicosdeenergíadiscretos. [3]

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(e) Lasenergíasdelosprincipalesnivelesdeenergíadelhidrógenoatómico,medidoseneV,estándadasporlaexpresión

2

13,6= −nE

ndonden=1,2,3..........

Las líneas visibles del espectro corresponden a transiciones electrónicas quefinalizanenn=2.

(i) Calculelaenergíadelnivelcorrespondientean=2. [1]

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(ii) Demuestrequelalíneaespectraldelongituddeondaλ =485nmeselresultadodeunatransiciónelectrónicadesden=4. [3]

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(Esta pregunta continúa en la siguiente página)

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Véase al dorso

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40EP37

(Pregunta 10, parte 2: continuación)

(f) Laspartículasalfaylosrayosgammaproducidosenunadesintegraciónradiactivatienenespectrosdeenergíadiscretos.Estosugierequelosnúcleostienen,también,nivelesdeenergía discretos. Sin embargo, las partículas beta producidas en una desintegraciónradiactiva tienen espectros de energía continuos. Describa cómo la existenciadelantineutrinodacuentadelanaturalezacontinuadelosespectrosbeta. [2]

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