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Física

6 SEGUNDO CICLO

Cuaderno de actividades y experimentos

PROYECTO

SABER HACER

SECUNDARIA

El Cuaderno de actividades y experimentos Física 6, del Proyecto Saber Hacer, del Segundo Ciclo de la Educación Secundaria, es una obra colectiva creada, concebida y diseñada por el equipo de investigaciones pedagógicas de Editorial Santillana, S. A., en la República Dominicana, bajo la dirección editorial de CLAUDIA LLIBRE. Su creación y desarrollo ha estado a cargo del siguiente equipo: Texto: Eduver Polanco Cruz (dominicano) Ana Dilia Báez Polanco (dominicana) Eddy Estévez Aquino (dominicano) Ilus­tra­ción: Ruddy Núñez, Jo­sé Ama­do Po­lan­co, Tulio Matos y Guillermo Pérez Fotografía: www.istockphoto.com, www.gettyimages.com y Archivo Santillana Equipo técnico: • Corrección de estilo: Andrés Blanco Díaz • Diseño gráfico: Emmanuel Ruiz • Separación de color: José Morales Peralta y César Matías Peguero

Director de Arte y Producción: Moisés Kelly Santana Subdirectora de Arte: Lilian Salcedo Fernández Editora: Kennida Polanco

Primera edición 2019 ©2019 by Santillana, S. A. Editado por Santillana, S. A. Calle Juan Sánchez Ramírez No. 9, Gascue. Santo Domingo, República Dominicana. Tels. (809) 682-1382 Web site: www.santillana.com.do

Registro Industrial: ........ ISBN: ........ Impreso por .......... Impreso en República Dominicana Printed in Dominican Republic

De­po­si­ta­do de con­for­mi­dad con la Ley. Queda rigurosamente prohibida, sin au­to­ri­za­ción es­cri­ta de los ti­tu­la­res del Copy­right, ba­jo las san­cio­nes es­ta­ble­ci­das en las le­yes, la re­pro­duc­ción to­tal o par­cial de es­ta obra por cual­quier me­dio o pro­ce­di­mien­to, comprendida la re­pro­gra­fía y el tra­ta­mien­to in­formá­ti­co, y la dis­tri­bu­ción en ejem­pla­res de ella me­dian­te al­qui­ler o prés­ta­mo pú­bli­cos. La presente edición se ha realizado de acuerdo con las últimas normas ortográficas aprobadas por la Real Academia Española (RAE).

Física

6 SEGUNDO CICLO

SECUNDARIA

Cuaderno de actividades y experimentos

PROYECTO

SABER HACER

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ÍNDICE 1

Descripción del movimiento

Pág. 10

3

 Ficha 1: Los movimientos de cuerpos y partículas

Trabajo y energía. Leyes de conservación

Pág. 32

 Ficha 1: El trabajo I  Ficha 2: El trabajo II

 Ficha 2: Elementos de la cinemática

 Ficha 3: La energía y sus tipos.

 Ficha 3: La relación entre traslación y el tiempo

 Ficha 4: Fuentes de energía I

 Ficha 4: Los cambios en la velocidad

 Ficha 5: Fuentes de energía II

 Ficha 5: Movimiento rectilíneo con rapidez constante

 Ficha 6: El trabajo y la energía mecánica I  Ficha 7: El trabajo y la energía mecánica II

 Ficha 6: Movimiento rectilíneo con aceleración constante

 Ficha 8: La potencia  Procedimiento científico: El trabajo y la potencia

 Ficha 7: Movimiento en trayectoria circular  Ficha 8: Lanzamiento de proyectil  Procedimiento científico: Movimiento rectilíneo acelerado

4

Los fluidos

Pág. 42

 Ficha 1: Los fluidos, la densidad y el peso específico  Ficha 2: La presión.  Ficha 3: Presión hidrostática y Principio de Pascal  Ficha 4: Presión en los gases  Ficha 5: Flotación  Ficha 6: Fluidos en movimiento  Ficha 7: Aplicaciones de la dinámica de fluidos  Ficha 7: Aplicaciones en medicina

2

 Procedimiento científico: Efectos de la presión atmosférica

Leyes y causas del movimiento

Pág. 20

 Ficha 1: La inercia y las fuerzas  Ficha 2: Fuerza resultante  Ficha 3: Clasificación y tipos de fuerzas  Ficha 4: Efecto de deformación en los cuerpos  Ficha 5: Leyes de Newton I  Ficha 6: Leyes de Newton II  Ficha 7: Impulso y cantidad de movimiento  Ficha 8: Movimiento rotacional

5

Temperatura, calor y termodinámica

Pág. 52

 Ficha 1: Temperatura y equilibrio térmico  Ficha 2: Dilatación  Ficha 3: Calor y temperatura  Ficha 4: Cambios de estado  Ficha 5: Transferencia de calor  Ficha 6: La Primera Ley de la Termodinámica.

 Ficha 9: Ley de la Gravitación Universal de Newton

 Ficha 7: La Segunda y Tercera leyes de la Termodinamica

 Ficha 10: La aceleración debido a la gravedad

 Ficha 8: Máquinas térmicas

 Procedimiento científico: Dinámica y estática

 Procedimiento científico: Energía y calor

2

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6

La electricidad

Pág. 62

8

Vibraciones, oscilaciones y ondas

Pág. 80

 Ficha 1: Relación entre fuerza, velocidad y aceleración

 Ficha 1: Carga eléctrica  Ficha 2: Fuerza y campo eléctrico

 Ficha 2: Descripción de las ondas

 Ficha 3: Energía y potencial eléctrico

 Ficha 3: Propagación de ondas

 Ficha 4: Capacitancia

 Ficha 4: Ondas mecánicas: modos normales

 Ficha 5: Ley de Ohm

 Ficha 5: Ondas sonoras: efecto Doppler

 Ficha 6: Fuerza electromotriz y circuitos eléctricos

 Ficha 6: Ondas sonoras: intensidad y absorción

 Ficha 7: Cálculos en circuitos eléctricos

 Ficha 7: Ondas electromagnéticas y sus espectros

 Refuerzo

 Ficha 8: La luz. Difracción y polarización

 Procedimiento científico: Uso del voltímetro y del amperímetro

 Ficha 9: Espejos planos y curvos  Ficha 10: Lentes y prismas  Procedimiento científico: Romper y construir la luz

9

Física moderna

Pág. 92

 Ficha 1: El átomo  Ficha 2: Cuantización de la energía  Ficha 3: Absorción y emisión  Ficha 4: Efecto fotoeléctrico y modelo de Bohr  Ficha 5: Dualidad onda-partícula  Ficha 6: Relatividad especial  Ficha 7: Física nuclear  Ficha 8: Reacciones nucleares de fisión y fusión  Procedimiento científico: Simulación de la vida media de un elemento radiactivo

7

Magnetismo

Pág. 72

 Ficha 1: Campo magnético y fuerza magnética  Ficha 2: Campo magnético generado por corriente  Ficha 3: Fuerza del campo magnético sobre la corriente  Ficha 4: Inducción eléctrica  Ficha 5: Corriente alterna  Refuerzo  Procedimiento científico: Electricidad y magnetismo

3

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Introducción

El Cuaderno de Actividades y Experimentos forma parte del conjunto pedagógico de Física de sexto grado de la Secundaria del Proyecto Saber Hacer. Este cuenta con actividades teóricas y prácticas que permitirán a sus estudiantes desarrollar las competencias específicas del área de las Ciencias de la Naturaleza propuestas en el currículo dominicano. Consta de 9 unidades en correspondencia con el libro de texto. Cada ficha está vinculada con los temas y conceptos que se desarrollan en el libro del estudiante, por lo que es una herramienta útil para reforzar o ampliar dichos temas, así como para evaluar la adquisición de las competencias propuestas. Al final de cada unidad se incluye un experimento o procedimiento de las ciencias que persigue demostrar una ley, observar una estructura o proceso químico. Los experimentos y procedimientos han sido diseñados para que puedan ser realizados con el mínimo de equipamiento existente en el laboratorio de Ciencias de la Naturaleza del plantel educativo. Cada experimento cuenta con un marco conceptual, un procedimiento o protocolo y preguntas de análisis finales, que permitirán al estudiante reflexionar sobre las causas, aplicaciones o relaciones del proceso estudiado. 4

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Buenas prácticas en el laboratorio Al realizar experimentos seguir algunas precauciones para evitar accidentes. Aquí te suministramos una lista de buenas prácticas al realizar los procedimientos propuestos en este manual. 1 Utiliza una bata de laboratorio. La bata te protegerá de si ocurre un derrame, evitando que tus ropas se empapen de químicos que pueden ser irritantes o tóxicos. 2 Utiliza gafas de protección al realizar los experimentos; de esta forma protegerás tu vista ante ebulliciones violentas. 3 Al encender el mechero de Bunsen, asegúrate de abrir la tobera, de forma tal, que penetre suficiente oxígeno, generando una combustión completa y evitando la formación de partículas y monóxido de carbono. Si lo has encendido correctamente, la llama será de color azul opaco y los objetos no se ensuciarán a su contacto. 4 Para calentar un líquido en un tubo de ensayo, sujeta el tubo ligeramente inclinado usando una pinza. Aplica la llama por debajo del nivel del líquido moviéndolo suavemente. 5 No debes calentar nunca el tubo por el fondo, pues la formación de vapor puede causar que el líquido salga bruscamente al exterior alcanzando a quien se encuentre cerca. 6 Debes leer las etiquetas de los reactivos antes de usarlos. Evita dejar los frascos abiertos una vez usados. 7 Al hacer cualquier preparación, asegúrate de que tanto el recipiente a ser utilizado como el gotero que emplees están limpios; si tienen residuos de otras sustancias, esto podría alterar los resultados. 8 No debes oler o probar ninguno de los reactivos. 9 Utiliza guantes de látex al hacer las preparaciones. 10 Al utilizar el multímetro para medir cantidades desconocidas, utiliza siempre la escala mayor. De esta forma evitarás causar daños en el aparato. 11 Al realizar las prácticas de electricidad, asegúrate de utilizar calzado con suela de goma, ya que este material es aislante. 12 Todos los instrumentos (balanza, pH metro, dinamómetro, etc.) deben estar calibrados antes de iniciar.

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INSTRUMENTOS DE FÍSICA

La Física estudia el comportamiento de la energía y la materia, del mismo modo que el tiempo, el espacio y las interacciones entre estos. Para realizar estos estudios la Física se auxilia de diversos equipos, herramientas y dispositivos. Aquí te mostramos algunos de ellos con una breve descripción.

Calibrador de Vernier. Conocido como pie de rey, instrumento usado para medir las dimensiones y las distancias tanto interna como externa de elementos pequeños como tornillos, orificios y otros. Con estos instrumentos se pueden tomar medidas más precisas que otros convencionales. El calibrador de Vernier fue inventado por Pierre Vernier.

Pesas de calibración. Sirven para simplificar la calibración externa de balanzas analíticas y de precisión. Se usan para pesar pequeñas cantidades de productos y sustancias en el laboratorio, las mismas son ideales para pesar muestras de productos químicos o de reactivos sólidos.

Cinta métrica. Conocida como fluxómetro, es un instrumento de medida usado para medir distancias; a diferencia del metro, por su flexibilidad permite medir en líneas curvas. Esta fue inventada por Alvin J. Fellows.

Dinamómetro. Instrumento usado para medir la fuerza y pesar objetos, aunque jamás debe confundirse con una balanza. Este instrumento fue inventado por Isaac Newton basándose en la Ley de Hooke.

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Multímetro o tester. Aparato usado para medir voltaje AC o DC, la resistencia, cantidades pequeñas en los circuitos eléctricos y la continuidad de los componentes eléctricos, con este es posible saber si un circuito tiene o no volteje. El multímetro fue inventado por Donald MacAdie.

Micrómetro. Llamado tornillo de Palmer o micra, el cual equivale a una milésima parte de un metro, instrumento de medida basado en el tornillo micrométrico, que sirve para medir objetos con precisión, en el orden de centésimas de milímetros y de milésimas de milímetros. Este fue inventado por William Gascoigne.

Termómetro. Instrumento simple, puede ser análogo o digital, usado para medir la temperatura. El termómetro convencional fue inventado por Galileo Galilei. Medicamente le da usos por primera vez Santorre Santorrio y Daniel Gabriel Fahrenheit reinventa el termómetro con mercurio.

Balanza. Instrumento usado para medir la masa de los cuerpos o sustancias, usando como medio de comparación y/o equilibrio la fuerza de gravedad. Existen diferentes modelos de balanzas: digitales, análogas, de uno y dos platillos. Fue inventada por Gilles Personne, matemático y físico conocido como Roberval. 7

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INSTRUMENTOS DE FÍSICA

Prisma. Los prismas son dispositivos que se usan para descomponer la luz en el espectro de un arcoíris, debido a que el índice de refracción depende de la longitud de la onda. El primer prisma polarizador fue inventado por William Nicol.

Estroboscopio. Este instrumento permite ver los objetos que están girando como si estuvieran inmóviles o, en consecuencia, se pueden ver como si estuvieran girando muy lentamente. Este aparato fue inventado por el inventor Simón Von Stampfer.

Péndulo. Es un sistema físico, el cual puede oscilar bajo la acción de la fuerza gravitatoria, este está configurado con una masa suspendida de un punto o de un eje horizontal fijo, mediante una varilla, un hijo o cualquier otro objeto. Sirve para medir el tiempo, fue descubierto por Galileo y fabricado por Simon Prebble.

Resorte. El resorte es una pieza elástica dispuesta en espiral, generalmente es de metal, el cual es usado por cierto mecanismo como los carros y otros, por la gran fuerza que desarrolla. Se atribuye su invento a Robert Hooke, ya que inventó el volante con resorte espiral y el muelle helicoidal.

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Cronómetro. El cronómetro es un reloj temporizado que permite medir el tiempo con gran precisión. Se atribuye en funcionamiento del primer cronómetro al relojero John Harrison.

Electroscopio. El electroscopio es un aparato que se usa para saber cuándo un cuerpo está electrizado. El electroscopio fue inventado por el médico y físico inglés William Gilbert.

Telescopio. Aparato o dispositivo que permite ver objetos a grandes distancias, de manera bastante detalladas, mejor que si estuviéramos observando con nuestros propios ojos. Este nos permite ver las imágenes más agrandadas. Existen diferentes telescopios: Refractor, reflector, catadióptrico, radiotelescopio. Este dispositivo fue inventado por Hans Lippershey.

Galvanómetro. Es un instrumento que se usa para medir el paso y el sentido de la corriente eléctrica, el cual logra realizar esta medición mediante la desviación que se produce en la aguja magnética. Este aparato fue inventado por el científico danés Hans Christian Oersted.

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Ficha 1: Los movimientos de cuerpos y partículas

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Descripción del movimiento 1 Relaciona los términos con la definición que le corresponda:  Estática

 Dinámica

 Cinemática

estudia el movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo provocan. estudia el movimiento de los cuerpos y las causas que lo provocan. estudia el estado de equilibrio de los cuerpos. 2 Clasifica los siguientes enunciados de acuerdo a si se describen movimientos de traslación, rotación o vibración.  El movimiento de un cuerpo cae por su propio peso.  El movimiento de las ruedas de una bicicleta al ser pedaleada.  El movimiento de la Tierra alrededor de Sol.  El movimiento de la cuerda de una guitarra cuando se está tocando música.

3 Explica con tus palabras qué significa en Física un modelo.

4 Dibuja dos ejemplos de cuerpos en movimiento que se consideren partículas.

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Ficha 2: Elementos de la cinemática

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5 Escribe con tus propias palabras una definición de los siguientes conceptos:  Movimiento rectilíneo:

 Sistema de referencia:

 Posición:

 Trayectoria:

 Desplazamiento:

6 En la siguiente figura están identificadas la posición inicial y la posición final. Dibuja diferentes trayectorias posibles, ¿cuál es el desplazamiento de cada una?

• Pf

• Pi

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DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Ficha 3: La relación entre traslación y el tiempo

7 Una persona sale de su casa y recorre en línea recta los 200 m que la separan de la panadería a una velocidad constante de 1.4 m/s. Permanece en la tienda 2 min y regresa a su casa a una velocidad de 1.8 m/s. 1.4 m/s  Calcula su velocidad media. 1.8 m/s  ¿Cuál ha sido su desplazamiento?  ¿Qué espacio ha recorrido?

200 m

8 ¿Cuál de los siguientes vehículos será fotografiado por el radar de la policía de tránsito para ser multado cuando circula por una autopista donde la velocidad máxima permitida es de 120 km/h  Un automóvil que viaja a 1 500 m/min

 Un motor con una velocidad de 40 m/s

 Un autobús que se mueve a 2 km/min

 Un camión que circula a 70 millas/h

(Dato: 1 milla = 1 609 m)

9 Copia la tabla y calcula la velocidad media para cada uno de los récords mundiales masculinos de atletismo. Longitud de la pista (m)

Tiempo empleado (s)

60

6.39

100

9.58

200

19.19

400

43. 18

Velocidad media (m/s)

Velocidad media (km/h)

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1 Ficha 4: Los cambios en la velocidad

10 Un automóvil teledirigido pasa por la marca de salida de una pista rectilínea a una velocidad de 90 km/h. En ese momento se presionan los frenos produciendo una desaceleración de –5 m/s2.  Calcula su velocidad a los 3 s y a los 6 s de aplicar los frenos.  Interpreta el resultado.

11 Un niño hace girar unos audífonos levantándolos sobre su cabeza. Los audífonos giran de modo que forman círculos y la distancia desde la mano del niño a la punta de los audífonos es de 1 metro. ¿Con qué rapidez constante debe el niño hacer girar los audífonos para que alcancen una aceleración centrípeta de 2m/s2?

v (cm/s)

a (cm/s2)

12 Un carrito de juguete se mueve en línea recta, las siguientes gráficas muestran su velocidad y aceleración en función del tiempo. ¿Cuál es su aceleración instantánea en 0, 0.4, 1.7 y 2.5 segundos? ¿Cuál es su aceleración media de 0 y 2.5 segundos? ¿Cuál es su aceleración instantanea en 2.5 segundos?

3

3

2

2

1

1

1

2

3 t(s)

1

2

3 t(s) 13

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DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Ficha 5: Movimiento rectilíneo con rapidez constante

13 La siguiente gráfica indica cómo varía la velocidad de un automóvil durante su recorrido. Suponiendo que parte del reposo y del origen del sistema de referencia, determina:  El tipo de movimiento que lleva en cada tramo.  Las ecuaciones del movimiento en cada tramo.  El espacio total que recorre.

v (m/s) 30

2 1

0

3

5

11

13

t (s)

14 Calcula el espacio que recorre un auto que se desplaza en línea recta y con velocidad constante de 72 km/h, cuando se mueve durante 30 minutos.

15 Una persona tarda 15 minutos en recorrer 300 m. ¿Qué velocidad lleva?

16 Representa los siguientes gráficos.  Un automóvil con MRU en el que comenzamos

 Un móvil con MRU que avanza, desde una po-

a contar el tiempo cuando se encuentra en el origen de coordenadas.

sición alejada, hacia el origen de coordenadas (x-t). Un objeto con MRU que avanza, desde una posición alejada, hacia el origen de coordenadas (v-t).

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1 Ficha 6: Movimiento rectilíneo con aceleración constante

17 Un automóvil que se mueve a 60 km/h choca frontalmente con otro que va a 72 km/h. ¿El resultado será el mismo si ambos automóviles se mueven en el mismo sentido y el segundo alcanza por detrás al primero? ¿Por qué?

18 Un camión avanza al norte con movimiento rectilíneo uniforme de 15 km en 2.5 h. Calcula cuál es su velocidad.

19 ¿Cuál es el desplazamiento en 8 s de una bala que se mueve en línea recta a una velocidad constante de 5 m/s hacia el sur?

20 El Thrust SCC es un vehículo híbrido entre automóvil y avión capaz de acelerar de 0 a 1 000 km/h en solo 16 s. Calcula la aceleración que puede conseguir y el tiempo que tardará en romper la barrera del sonido (1 215 km/h).

21 Desde lo alto de un edificio de 50 m de altura se deja caer una pelota.  ¿Cuánto tiempo tarda en llegar al suelo?  ¿Con qué velocidad llegará?

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DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Ficha 7: Movimiento en trayectoria circular

22 Calcula la velocidad angular de la Tierra en unidades del SI. Suponiendo que es una esfera de 6 370 km de radio, ¿a qué velocidad lineal nos estaremos moviendo?

23 Calcula el período y la frecuencia de las tres manecillas del reloj (horario, minutero y segundero).

24 El tambor de una lavadora gira a 0,5π rad/s. Calcula el período y la frecuencia.

25 El DJ de una discoteca utiliza en sus sesiones de música un disco de vinilo que gira a razón de 33 revoluciones por minuto. Calcula:  La velocidad en rad/s.  El período y la frecuencia.

26 Un motor trabaja con una velocidad angular de 2 grados/s y después aumenta su velocidad angular con una aceleración angular constante de 3.8 grados/s2.  ¿Cuál será su velocidad angular después de 15 segundos? Muestra tu procedimiento.  ¿Cuál será su desplazamiento angular después de 20 segundos?

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1 Ficha 8: Lanzamiento de proyectil

27 Selecciona en cada caso la respuesta correcta.  ¿Qué tipo de movimiento es el tiro vertical?

MRU

MCU

MRUA

MCUA

 ¿Cuáles funciones sobre el tiro parabólico son ciertas?

La aceleración es 9,8 m/s2. Puede describirse combinando un movimiento horizontal de velocidad constante y uno vertical con aceleración negativa. 28 Describe el comportamiento de la aceleración y la velocidad de un cuerpo en caída libre.

29 El teleférico es un medio de transporte eléctrico en el que se aprovecha el relieve del terreno, por ejemplo, de cerros y montañas. En este tipo de transporte un usuario se puede desplazar 14.4 km en 35 minutos. Puerto Plata fue la primera provincia de la República Dominicana donde se puso en funcionamiento uno de estos.  Calcula la magnitud de la velocidad del teleférico. Muestra tu procedimiento.

30 En fútbol, cuando un portero patea el balón para alejarlo de la portería, se dice que despeja. Por otra parte, una cancha de fútbol profesional puede tener las medidas que se indican en la siguiente figura. 64 m mínimo 75 m máximo

16.5 m 5.5 m

100 m mínimo / 110 m máximo

 Un portero despeja desde su portería con un ángulo de 30°. ¿Cuál debe ser la magnitud de su

velocidad para que llegue a la portería contraria?  ¿Cuánto tiempo tardaría el balón en llegar a la portería contraria?

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Movimiento rectilíneo acelerado Un plano inclinado es como una rampa por la cual pueden deslizarse los objetos. Cuando un objeto cae por un plano inclinado, ¿cómo crees que es su rapidez?, ¿cambia la rapidez conforme el objeto avanza?La gravedad atrae a los objetos hacia el centro de la Tierra y eso hace que tú te aceleres cuando caes por la resbaladilla, lo mismo que cualquier objeto cuando baja por un plano inclinado. El movimento sobre un plano inclinado se conoce como movimiento uniformemente acelerado, porque la rapidez cambia de manera uniforme con el tiempo, debido a que la fuerza que actúa sobre el objeto es siempre la misma: la fueza de gravedad.

OBJETIVOS  Analizar experimentalmente las características del MRUA.  Calcular la aceleración de un móvil.  Representar gráficamente una observación.

MATERIALES  Carrito de juguete.  Carril de 3 m de longitud.  Cronómetro.

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Descripción del movimiento

1

PROCEDIMIENTO 1

Marca las posiciones inicial y final en el carril. Anota la longitud total, L.

, L 冹. Marca sucesivas posiciones en el carril 冸 4L , 2L , 3L 4 3 Eleva ligeramente un extremo del carril para conseguir el plano necesario para el estudio del MRUA. 2

4

Coloca el carrito en la posición inicial y déjalo caer, midiendo con el cronómetro el tiempo que tarda en llegar a la primera posición marcada. Puedes poner un tope en la marca para facilitar esta medida. Repite la medida tres veces. Considera como valor más correcto la media de las tres repeticiones.

5

Realiza el apartado anterior para cada una de las marcas.

6

Recoge los datos obtenidos en la siguiente tabla, sustituyendo L por su valor: 0

Tiempo (t)

0

1m

0.75 m

0.5 m

0.25 m

4

L

2

L

3 4 L

L

Posición (x)

Camión circulando en una carretera.

Plano inclinado.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  Analiza los resultados obtenidos de la aceleración

en función de los posibles errores que se pueden cometer en la realización de esta experiencia.

 Construcción personal

Escribe alguna sugerencia que mejore el procedimiento empleado.

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Ficha1: La inercia y las fuerzas

2

Leyes y causas del movimiento 1 Selecciona la respuesta correcta.  Es una fuerza externa capaz de cambiar el estado de reposo de un cuerpo:

La fuerza nuclear débil entre las partículas del núcleo. La fuerza gravitacional entre partículas con masa. La fuerza nuclear fuerte entre las partículas del núcleo. La fuerza eléctrica entre el núcleo y los electrones de un átomo.  Son magnitudes vectoriales:

la velocidad, el tiempo y la aceleración. la velocidad, la aceleración y la fuerza. el tiempo, la presión y la distancia. la presión, la velocidad y el volumen.  Las magnitudes físicas que, además de tener módulo y su unidad de medida

deben tener dirección y sentido, se llaman magnitudes: escalares absolutas relativas vectoriales 2 Relaciona el término con la definición correspondiente.

Fuerza de gravedad

Fuerza nuclear fuerte

Fuerza nuclear débil

La fuerza que acelera los neutrinos, partículas muy abundantes pero difíciles de detectar y, además, es responsable de muchas transmutaciones. La fuerza que logra mantener unidos a los protones de un núcleo. La interacción gravitatoria es la fuerza de atracción que una porción de materia ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos.

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Ficha 2: Fuerza resultante

2

3 Dibuja y calcula el valor de la fuerza neta aplicada sobre el bloque.

|F1|= 10 N

|F3|= 8 N

|F2|= 26 N Bloque sometido a fuerzas paralelas

4 El siguiente dibujo representa las fuerzas que actúan sobre una caja. Calcula la fuerza neta aplicada, indicando su dirección y sentido.

|F1|= 80 N

30° |F3|= 40 N

|F2|= 40 N Caja sometida a fuerzas confluyentes.

5 En los extremos de una barra de 60 cm de largo se ejercen dos fuerzas verticales hacia abajo: una de 10 N y la otra de 30 N. Calcula cuánto vale su resultante y dónde se aplica.

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LEYES Y CAUSAS DEL MOVIMIENTO Ficha 3: Clasificación y tipos de fuerzas

6 Nombra cada una de las fuerzas que intervienen y resuelve los siguientes problemas.

Un luz de tráfico de 25 Kg cuelga de dos cables como se muestra en la figura. Cada cable forma un ángulo con la horizontal de 10 grados.  Construye un diagrama de las fuerzas que actúan sobre

la luz de tráfico.  Calcula la tensión en cada uno de los cables.

7 Se arrastra un cuerpo de 5 kg de masa sobre un plano horizontal tirando de una cuerda con una fuerza de 30 N en una dirección que forma un ángulo de 45° con la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el cuerpo y el plano es μk = 0.2. Con estos datos calcula la aceleración del cuerpo.

Datos: g = 9.8 m/s2.

8 ¿Con qué fuerza hay que tirar de un cuerpo de 10 kg que se encuentra sobre un plano inclinado 30° para que ascienda con una aceleración de 0.5 m/s2?

Datos: mc = 0.3; g = 9.8 m/s2.

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2 Ficha 4: Efecto de deformación en los cuerpos

9 Clasifica los siguientes cuerpos en elásticos, rígidos o plásticos ante una fuerza que puedas hacer con tus manos.  Bloque de parafina  Llave  Camisa de lana  Taco de madera  Trozo de corcho  Azulejo

10 Colgamos unas llaves de un resorte con k = 2 500 N/m y comprobamos que la longitud del resorte luego de ser estirado es de 53 cm (l = 0. 40 m). ¿Qué fuerza (peso) ejercen las llaves?

11 La longitud de un resorte cuando se cuelga de él una masa de 2 kg es de 63 cm. Al añadir a la masa anterior otra de 1 kg, la longitud cambia a 70 cm. Encuentra la longitud natural del resorte y la constante recuperadora.

Dato: g = 9.8 m/s2.

12 Tenemos un resorte elástico sujeto por un extremo al techo. Si colgamos por el otro extremo un cuerpo de 6 kg de masa, el resorte se alarga 20 cm. Calcula:  La constante elástica del resorte.  El período de las oscilaciones, si se le aparta de su posición de equilibrio y se deja libre para que

oscile según un MAS.

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LEYES Y CAUSAS DEL MOVIMIENTO Ficha 5: Leyes de Newton I

13 Responde las siguientes preguntas:  ¿Por qué cuando un auto frena bruscamente los pasajeros tienden a moverse hacia la parte de-

lantera del mismo?

 En las competencias típicas de saltos, sucede a veces que un caballo que está corriendo veloz-

mente se detiene bruscamente delante de un obstáculo. ¿Qué sucede con el jinete cuando pasa eso? ¿Por qué?

 ¿Qué sucede con un pasajero que está de pie en un autobús cuando este inicia el movimiento?

¿Por qué sucede eso?

 ¿Qué sucede con los ocupantes de un automóvil cuando este se mueve con gran rapidez por una

curva cerrada? ¿Por qué pasa eso?

14 Se instala una cámara fija dentro de un avión para filmar durante 10 minutos a uno de los pasajeros ya ubicado en su asiento, con la cortina de su ventanilla cerrada y tomando un jugo de frutas. La filmación se entrega a un experto en aeronáutica.

 Viendo la filmación, ¿puede el experto saber si el avión estaba detenido en el aeropuerto o

si estaba en pleno vuelo? ¿Qué indicios le mostrarían que el avión estaba en vuelo?  ¿En qué casos el sistema de referencia asociado a la cámara es un marco de referencia iner-

cial? ¿En qué casos es un sistema de referencia no inercial?

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2 Ficha 6: Leyes de Newton II

15 Un ciclista que avanza por una superficie horizontal tiene una velocidad de 42 km/h (11.7 m/s ). La masa del sistema bicicleta-ciclista es de 74.0 kg. La fuerza de rozamiento es de 55.0 N. ¿Qué fuerza debe aplicar el ciclista para que el sistema mantenga su velocidad subiendo por la pendiente? ¿Qué fuerza debe aplicar para incrementar la velocidad a 48 km/h (13.3 m/s ) al cabo de 20.0 s?

16 Un helicóptero eleva un auto de 1.20 x103 kg y lo transporta horizontalmente a velocidad constante. Si la cuerda que sujeta el auto forma un ángulo de 45o con la vertical, ¿cuál es la fuerza de resistencia del aire sobre el auto?

17 En una máquina de Atwood, dos masas, m1 y m2, están unidas por una cuerda inextensible que pasa por una polea sostenida fijamente y cuyo eje rota libremente. Las masas m1 y m2 forman un sistema, suelen ser solo ligeramente diferentes para que la aceleración del sistema no sea muy alta y los tiempos sean más fáciles de medir. Calcula la aceleración del sistema en una máquina de Atwood con m1 >m2 y determina la tensión en la cuerda.  Calcula a y T para m = 10 Kg m = 4 Kg 1 2

Máquina de Atwood

m1

m2

18 Sobre una superficie horizontal sin rozamiento están colocados dos bloques, A y B, de masas m y 2 m, respectivamente, tal como se ve en la figura. Si se aplica una fuerza F horizontal sobre el cuerpo de masa m, el sistema se acelera con aceleración a. ¿Cuál es la magnitud, en términos de F , de la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo de masa m?

2m m

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LEYES Y CAUSAS DEL MOVIMIENTO Ficha 7: Impulso y cantidad de movimiento

19 Responde las siguientes preguntas:  ¿Qué relación tienen el impulso y el momento lineal?  A un cuerpo de 980 kg se le aplica una fuerza constante de 40 N durante 5 s. Calcula el impulso

total y el incremento de velocidad. a

F

FNA

A m

B 2m FNB

20 Un bloque de masa m1 = 3 kg choca contra otro bloque de masa m2= 1.5 kg que se encuentra en reposo. La velocidad del primer bloque antes del choque es v1 = 5 m/s. Si las dos masas se mueven juntas después del choque, calcula su velocidad.

21 Un futbolista ejerce una fuerza de 150 N durante 0.01 s sobre un balón de 450 g de masa. ¿Cuál es la variación de velocidad en el balón que inicialmente estaba en reposo?

22 Calcula el momento lineal (módulo y dirección) de un autobús de 15 toneladas moviéndose a 20 km/h y el de un mosquito de 0.1 g de masa con la misma velocidad en módulo y dirección, pero de sentido opuesto.

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2 Ficha 8: Movimiento rotacional

23 Un mecánico desea remover las tuercas de un neumático, para ello se sirve de una llave de tuercas de 40 cm de longitud. ¿Qué fuerza debe ejercer el mecánico si se necesita un momento de torsión de 1 407 N•m para remover la tuerca?

24 Las fuerzas centrales son las que están dirigidas a lo largo del radio de acción, haciendo el ángulo entre la fuerza y el radio cero. Si una partícula se mueve en un campo de fuerzas centrales. Determina el momento angular respecto al centro de fuerzas.

25 Explica por qué los patinadores de hielo que participan en las olimpiadas acercan sus brazos a sus cuerpos cuando necesitan girar más rápido y por qué extienden sus brazos y pies para las acrobacias en que se requiere girar más despacio.

26 Explica por qué los cometas que orbitan elípticamente alrededor del Sol tienen mayor velocidad cuando se encuentran cerca que cuando se encuentran lejos del Sol, considerando el carácter de fuerza central de la fuerza gravitatoria.

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LEYES Y CAUSAS DEL MOVIMIENTO Ficha 9: Ley de la Gravitación Universal de Newton

27 Escribe lo que establecen las Leyes de Kepler y dibuja un esquema de las mismas cuando se apliquen.  Primera Ley de Kepler:

 Segunda Ley de Kepler:

 Tercera Ley de Kepler:

 Escribe un esquema sobre cómo evolucionó la idea acerca del Universo hasta nuestros días.

28 Analiza y responde. De las Leyes de Kepler y la de Gravitación Universal de Newton, ¿Cuál es más fundamental y por qué?

29 Resuelve los siguientes problemas:  Si un cuerpo celeste de 20 veces la masa de la Tierra pasa a 500 km del planeta a una velocidad

enorme, ¿cómo es el peso de una persona en mismo instante en que pasa por encima de su cabeza?

 Plutón es un planeta enano que está a 5.9 x 109 km del Sol. Usando la Tercera Ley de Kepler, de-

termina el período del planeta enano.

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2 Ficha 10: La aceleración debido a la gravedad

30 Explica en qué consistió el experimento de Cavendish y las repercusiones que tuvo.

31 Observa la imagen de la gravimetría de la Luna. Razona y responde.

Las isolíneas indican que la gravedad en una línea es la misma.  Identifica las zonas donde hay una gravedad local mayor y donde es menor.

 ¿Qué crees que puedan ser las zonas circulares?

 Busca en la web imágenes de la Luna y compáralas con la imagen que tienes.

32 Responde. Si conocemos el valor de la gravedad terrestre podemos calcular la masa de la Tierra. ¿Cómo lo harías?

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Dinámica y estática

La mayoría de las superficies son extremadamente rugosas a escalas microscópicas, esto hace que surja la denominada fuerza de rozamiento al deslizar una superficie sobre otra. El coeficiente de rozamiento entre superficies se puede calcular teniendo en cuenta que la fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal a las dos superficies en contacto.

OBJETIVOS  Determinar el coeficiente de rozamiento entre dos superficies

por el método del plano inclinado.

MATERIALES  Bloque de madera o de metal.  Tabla.  Transportador de ángulos.  Balanza.

OK

0.00 g

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Leyes y causas del movimiento

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PROCEDIMIENTO 1

Mide la masa del bloque con la balanza y anota el valor que se ha obtenido.

2

Sitúa un bloque de madera o metal sobre una tabla horizontal.

3

Inclina lentamente la tabla hasta que empiece a descender el bloque. En este instante se verifica que la fuerza de rozamiento es igual a la componente Px del peso. La componente Py del peso es igual a la fuerza normal: N = Py = P cos. N=Py = P cos ␣.

4

Mide el ángulo que forman la tabla y la horizontal y anótalo.

5

Repite la experiencia varias veces y calcula el valor medio del ángulo obtenido. Suma de los ángulos ␣ Valor medio = Núm. de repeticiones

6

A partir de la tangente del ángulo en que se empieza a deslizar el bloque se determina el coeficiente de rozamiento estático entre ambas superficies: F P Fre = μN μ = re = x Py N μ = tg ␣ Puedes repetir la experiencia con diferentes superficies y comprobar cómo varía el valor de μ.

Rozamiento a nivel microscópico.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  Responde.

¿Depende el valor obtenido para el coeficiente de rozamiento del peso del bloque? Justifica tu respuesta.

 ¿Qué fuerza ha sido responsable del movimiento

del bloque? Justifica tu respuesta.

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Ficha1: El trabajo I

3

Trabajo y energía. Leyes de conservación 1 Completa.  Cuando el trabajo es

, la fuerza favorece el desplazamiento y se habla de trabajo motor. Cuando el trabajo es negativo, la fuerza se al desplazamiento y se habla de trabajo resistente.

 La unidad de medida del trabajo en el Sistema Internacional es

2 Una niña realiza un trabajo de 2.00 x102 J al empujar una caja de 5.00 kg aplicando una fuerza de 35.0 N que forma un ángulo de 20.0° con el suelo. ¿Qué distancia ha empujado la caja?

3 Un niño arrastra 6.50 m una caja de juguetes de 6.00 kg aplicando una fuerza de 40.0 N mediante una cuerda que forma un ángulo de 30.0° con el suelo. Entre el suelo y la caja el coeficiente cinético de fricción es μ = 0.400. Calcula el trabajo realizado sobre la caja por cada una de las fuerzas que actúan sobre ella y el trabajo neto.

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Ficha 2: El trabajo II

3

4 Antonio arrastra su motor de 80 kg de masa por un plano horizontal en el que el coeficiente de rozamiento es 0.1. Para ello tira de él mediante una cuerda que forma un ángulo de 30° con la horizontal. ¿Qué trabajo ha realizado Antonio después de recorrer 100 m?

Dato: g = 9.8 m/s2.

5 Una grúa sube un contenedor de 1 000 kg desde el suelo hasta una altura de 20 m. Calcula:  El trabajo realizado por la grúa.

 El trabajo realizado por el peso.

6 Un automóvil de 1 500 kg acelera pasando de 0 a 100 km/h en 9 s. Si el coeficiente de rozamiento entre las ruedas y el suelo es de 0.1, calcula el trabajo producido por el motor del vehículo, así como el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento.

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TRABAJO Y ENERGÍA. LEYES DE CONSERVACIÓN Ficha 3: La energía y sus tipos.

7 Responda.  Explica con tus propias palabras qué es la energía cinética.

 Escribe dos magnitudes relacionadas con el cálculo de la energía cinética.

 Explica con tus propias palabras qué es la energía potencial.

 Explica con tus propias palabras qué es la energía mecánica.

8 Los jugadores profesionales de béisbol pueden llegar a lanzar una pelota con una velocidad de 168 km/h de magnitud. Si la masa de la pelota es de 142 g, ¿cuál es su energía cinética?

9 ¿Cuál es la energía potencial de una lámpara de 1.8 kg que cuelga a una altura de 2.1 metros?

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3 Ficha 4: Fuentes de energía I

10 A continuación, se presenta una tabla con las diversas fuentes de energía. Completa las ventajas y desventajas de cada una. Además, indica las fuentes de donde se obtiene cada una de las energías. Energía

Ventajas

Desventajas

Fuentes de obtención

Nuclear

Eólica De combustibles fósiles

De biomasa

Geotérmica

Hidroeléctrica

11 Redacta un párrafo de cinco oraciones, sobre la importancia de buscar nuevas fuentes de energía que sean amigables con el medio ambiente.

12 Indica qué tipo de energía es la responsable de que funcione:  Una calculadora solar.  Un despertador digital.  Un horno microondas.  Un tirapiedras.  Un secador de pelo.  La calefacción de gas.  Un ordenador portátil.  Un reloj de cuerda.  Un teléfono móvil.

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TRABAJO Y ENERGÍA. LEYES DE CONSERVACIÓN Ficha 5: Fuentes de energía II

13 Lee y, luego, responde lo que se te pide.

La energía eólica La energía eólica es una forma indirecta de energía solar, puesto que son las diferencias de temperatura atmosférica por la absorción del calor solar las que ponen en movimiento a los vientos. Las zonas más favorables para la implantación de grandes motores eólicos son las regiones costeras y las grandes praderas, donde vientos constantes soplan regularmente. La costa dominicana cuenta con un importante potencial eólico. Algunos de estos parques ya en funcionamiento son Los Cocos, Larimar y Los Guzmancitos. La energía eólica no contamina, es inagotable y frena el agotamiento de combustibles fósiles, contribuyendo a retrasar el cambio climático. Es una de las fuentes más baratas y puede competir en rentabilidad con otras fuentes energéticas tradicionales. Algunas desventajas de la energía eólica: El aire, al ser un fluido de pequeño peso específico, implica fabricar máquinas grandes y, en consecuencia, caras.

 ¿Cuáles son las características favorables y desfavorables de la energía eólica?

 ¿Por qué la energía eólica es más aprovechable en la costa?

 Explica qué es lo más importante de asumir el empleo de este tipo de energía.

 Compara la energía eólica con otras fuentes de energía.

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3 Ficha 6: El trabajo y la energía mecánica I

14 Un jugador de hockey sobre hielo lanza un disco de 200 g con una velocidad de 10 m/s. Si después de recorrer 25 m, la velocidad del disco disminuye en 10 %, calcula:  El trabajo realizado por la fuerza de rozamiento.  El coeficiente de rozamiento.  El tiempo que transcurre desde el lanzamiento del disco hasta que se detiene por la acción del

rozamiento.  La distancia recorrida por el disco desde el lanzamiento hasta que se detiene.

15 Un cuerpo de masa 2 kg desciende por un plano de 2 m de longitud con inclinación de 30°. Calcula la energía disipada hasta el instante en que se detiene en la superficie plana.

16 Explica la relación que existe entre el trabajo y la energía mecánica.

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TRABAJO Y ENERGÍA. LEYES DE CONSERVACIÓN Ficha 7: El trabajo y la energía mecánica II

17 Un bloque de 10 kg se desliza por un plano inclinado desde una altura h = 6 m, partiendo del reposo. Si su velocidad, cuando pasa por el punto B, es 6 m/s, calcula el trabajo (en joules) que realiza la fuerza fricción (g = 10 m/s2).

18 Una pelota de 0,5 kg es lanzada horizontalmente sobre el césped con una rapidez de 20 m/s. Si luego de un recorrido su rapidez ha disminuido en 8 m/s, ¿qué trabajo ha realizado la fuerza de rozamiento en la pelota?

19 ¿Cuál es la diferencia entre una fuerza conservativa y una fuerza no conservativa?

20 Explica. ¿Por qué se puede nombrar fuerza disipativa a la fuerza de rozamiento?

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3 Ficha 8: La potencia

21 Calcula el trabajo realizado y la potencia desarrollada por un estudiante de 55 kg que sube por una escalera hasta una altura de 20 m en medio minuto.

22 Calcula el trabajo y la potencia que realiza un deportista cuando:  Levanta una carga de 10 kg a una altura de 2 m en un tiempo de 2 s.  Sostiene una carga de 10 kg durante 4 s.

23 Imagina la subida de escaleras a la cima de laTorre Caney en Santo Domingo,desde el 2008 hasta la fecha la infraestructura más alta. Sus 42 pisos son una prueba deportiva en la que el ganador de 2010 invirtió 4 min 41 s. La primera corredora que alcanzó la cima tardó 5 min 44 s.  Calcula el trabajo realizado por cada corredor.  Determina la potencia desarrollada por cada uno.

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

El trabajo y la potencia La cantidad de movimiento o momento lineal es una amplitud vectorial (kgm/s) que se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado. La cantidad de movimiento obedece a una ley de conservación, lo cual significa que la cantidad total de esta magnitud de todo sistema cerrado no puede ser cambiada y permanece constante en el tiempo.

OBJETIVOS  Comprobar que se cumple el Principio de la Conservación de la

Cantidad de Movimiento Total antes y después de un choque.  Comprobar que se cumple el Principio de la Energía Total antes

después de un choque perfectamente elástico.

MATERIALES  1 regla de 1 pie plástica y

doblada.  Un soporte para la regla.  Una base giratoria que pueda

sostener una bolita.  Mesa.  Prensa.

 Bolitas de acero de igual

masa y de diferentes masas (dos iguales y una diferente).  Cinta métrica.  Cinta pegante.  Plomada pequeña, para medir

la vertical o punto de origen en el papel.

 Papel carbón grande.  Papel blanco grande.

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Trabajo y energía. Leyes de conservación

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PROCEDIMIENTO 1

Arma el equipo como indica la figura. esfera incidente esfera blanca

plomada

papel vegetal

trayectoria de la esfera blanca

papel carbón 2

Marca con la plomada el origen sobre el papel.

3

Deja caer una bolita desde un mismo lugar o medida. No dejes que pique dos veces sobre el papel.

4

Sitúa el tornillo directamente en la trayectoria de la bola incidente a una distancia de tres veces el radio desde el extremo de la regla. La esfera que constituye el blanco descansa sobre la ligera depresión de la parte superior del tornillo.

trayectoria de la esfera incidente a la rampa

trayectoria de la blanca ante la colisión; posición de la esfera incidente en el instante del choque

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  Comprueba el Principio de Conservación:

Calcula la cantidad de movimiento total antes del choque.  Calcula la cantidad de movimiento total después

del choque.

 Calcula el error porcentual que se ha cometido

en las experiencias.  Construcción personal

Escribe tu propia conclusión acerca de este experimento. 41

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Ficha1: Los fluidos, la densidad y el peso específico

4

Los fluidos 1 Considera tres porciones de agua, cada una en uno de los diferentes estados: sólido, líquido y gaseoso. Relaciona con una flecha cada inciso con el enunciado que describa el comportamiento de cada fase o estado de la materia.

Fase líquida

Fase sólida

Fase gaseosa

La cantidad de agua mantiene fijos su forma y su volumen. La cantidad de agua tiende a expandirse hasta alcanzar el mayor volumen posible. La cantidad de agua mantiene su volumen fijo, pero su forma cambia y siempre tiende a adoptar aquella del recipiente donde se coloque.

2 El osmio es una de las sustancias más densas que existen en la naturaleza, su densidad equivale a 22.6 g/cm3, y el aluminio es uno de los elementos más ligeros con una densidad de 2.7 g/cm3. ¿Cuántas veces más grande es el volumen de 100 g de aluminio comparado con el volumen de 100 g de osmio?

3 La Policía decomisó en un operativo, un pequeño lingote de oro de masa 0.8 kg y de volumen 235 cm3. Al observar las características del lingote, un técnico afirmó que era posible que el mismo no fuera de oro. ¿Es cierta la afirmación del técnico? ¿Por qué?

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Ficha 2: La presión.

4

4 La presión máxima que una persona normal soporta es de 8 atm. Según este dato, ¿cuál es la máxima profundidad a la que una persona puede descender en el mar sin correr peligro?

Dato: La densidad del agua de mar es de 1.04 g/cm3.

5 Una lancha tiene un volumen de 5 m3. ¿Cuántas personas de 50 kg soporta la lancha para no hundirse en el mar?

6 Un hombre que pesa 800 N está de pie sobre una superficie cuadrada de 4 m de lado. Si se carga al hombro un saco de 40 kg, ¿cuánto debe medir la superficie de apoyo para que la presión sea la misma?

7 Calcula la presión que ejerce un cuerpo de masa igual a120 kg que está apoyado sobre una superficie de 0.8 m2. Ahora, si el cuerpo estuviera apoyado sobre una superficie de 1.2 m2, ¿qué presión ejercería? Compara los resultados y deduce conclusiones.

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LOS FLUIDOS Ficha 3: Presión hidrostática y Principio de Pascal

8 Se introducen agua y mercurio en un tubo en forma de U, como se muestra en la figura. Si la altura alcanzada por el agua es 31.5 cm, ¿cuál es la altura, h, cuando el sistema se encuentra en equilibrio?

Agua 31,1 cm

Mercurio

h

9 Los émbolos de una prensa hidráulica tienen una sección circular y sus diámetros son 8 cm y 40 cm. ¿Cuál es la fuerza que se produce en el émbolo de mayor diámetro cuando en el pequeño se aplica una fuerza de 50 N?

10 Un objeto de 0.9 kg de masa se sumerge completamente en mercurio y se obtiene un peso aparente de 0.3 kg-f. ¿Cuál es la densidad del material del que está compuesto el objeto?

11 ¿Cuál será el empuje que sufre una bola esférica de 1 cm de radio cuando se sumerge en agua?

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4 Ficha 4: Presión en los gases

12 En la figura se representa un manómetro construido con un tubo en U que contiene mercurio. Una de sus ramas está conectada por medio de una manguera a un balón herméticamente cerrado que contiene un gas y la diferencia de alturas entre los niveles de mercurio mide 20 cm. Determinar la presión manométrica del gas y la presión total, si la medición se realizó al nivel del mar.

20 cm

Gas

13 Responde las siguientes preguntas.  ¿Qué es un picnómetro?

 ¿Qué es un barómetro?

 ¿En qué consistió el experimento de Torricelli?

 ¿Por qué un beisbolista lanza la pelota de tal forma que gira cuando se encuentra en el aire?

14 Una persona necesita elevar una chichigua. Considerando algunos conceptos hidrostáticos, ¿qué recomendaciones le darías para lograr elevarla?

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LOS FLUIDOS Ficha 5: Flotación

15 Responde las siguientes preguntas.  Si un bañista nada a cierta profundidad y luego, se sumerge al doble de dicha profundidad, ¿qué

sucede con la presión que soportan sus oídos?

 ¿En qué situación pesa más un cuerpo, cuando está en el agua o cuando está fuera de la misma?

 ¿Cuáles son las condiciones físicas que se deben cumplir para que un cuerpo se hunda dentro de

un líquido?

 ¿Por qué baja la línea de flotación de un barco cuando este pasa de navegar en un río a navegar

por mar?

 ¿Por qué, a pesar de caer desde tan alto, el granizo no hace destrozos producidos por tan vertigi-

nosa caída?

16 Conociendo el Principio de Arquímedes, el hombre ha podido diseñar gigantescas embarcaciones que flotan en el agua. Sabemos que, para que un cuerpo flote en el agua, su densidad debe ser menor que la del líquido. El petróleo tiene esta característica y, por eso, resulta una ventaja transportar enormes cantidades de este fluido sin tener problemas de flotabilidad, economizando los costos de transporte. Cuando un barco petrolero sufre un accidente, grandes cantidades de este fluido se derraman y permanecen flotando sobre el agua; así, las llamadas mareas negras se convierten en catástrofes para los ecosistemas marinos.

 Cuando hay derrames de petróleo, peces y otros animales mueren intoxicados, ¿a qué

conduce esto?  Explica cómo se ven afectados los ecosistemas marinos con el petróleo flotando en la

superficie.  ¿Cómo se podría evitar la propagación del petróleo en los ecosistemas marinos, cuando

ocurren este tipo de accidentes?

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4 Ficha 6: Fluidos en movimiento

17 El agua contenida en un tanque elevado puede fluir por una tubería que está provista de una válvula a 12 m por debajo del nivel del agua en el tanque. Si la presión atmosférica es 101 325 Pa, determina:  La presión en la válvula cuando está cerrada.  La presión en la válvula cuando está abierta y la velocidad con la que el agua atraviesa la válvula.

1

12 m

2 Nivel de referencia

18 En la siguiente figura se muestra el flujo de un fluido a través de dos canales distintos; con base en esto, responde lo que se te pide.  En el caso a se muestran las líneas de corriente de manera explícita. Dibuja la velocidad corres-

pondiente en los puntos A, B, C, hasta el G.  En el caso b se muestra la velocidad del flujo en diferentes puntos. Traza la línea de corriente

apropiada.  Al finalizar, compara tus dibujos con los de tus compañeros.

E

F

G

D C A A

B

a) a)

b) b) Líneas de corriente y vector velocidad

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LOS FLUIDOS Ficha 7: Aplicaciones de la dinámica de fluidos

19 En los túneles de viento analizan la distribución de presiones de un vehículo simulando grandes velocidades. Si el vehículo tiende a elevarse en el túnel de viento, ¿qué crees que está sucediendo con la distribución de presiones sobre el vehículo?

20 ¿Por qué los ciclistas de ruta, cuando van en un descenso, toman posiciones diferentes sobre la bicicleta?

21 ¿Cómo se podría elevar un submarino sumergido en las profundidades del mar?

22 Una regla de oro frecuentemente citada en diseño de aviones es que las alas deben producir alrededor de 1 000 N de empuje superior por metro cuadrado de ala. (El hecho de que un ala tiene una superficie superior e inferior no duplica su área.)

 Al despegar, un avión se desplaza a 60 m/s, de modo que la velocidad del aire con relación

a la parte inferior del ala es 60 m/s. Dada la densidad del aire a nivel del mar (1.29 kg/m3), ¿con qué rapidez debe moverse sobre la superficie superior para crear el empuje superior ideal?  ¿Qué tan rápido debe moverse el aire sobre la superficie superior a una velocidad crucero

de 245 m/s y a una altitud en la que la densidad del aire es de un cuarto de la del nivel del mar? Ten en cuenta que este no es todo el empuje de la aeronave (en parte viene del cuerpo del avión, del impulso del motor, etc.).

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4 Ficha 8: Aplicaciones en medicina.

23 El sistema de la circulación humana tiene aproximadamente 1 x 109 vasos capilares. Cada vaso tiene un diámetro de aproximadamente 8 μm. Suponiendo que el flujo sanguíneo es de 5 L /min, determina la velocidad media de este flujo a través de cada vaso capilar.

24 Identifica, en las siguientes situaciones, quién sufre mayor presión atmosférica. Explica por qué tu selección.  Una persona que se encuentra a 0 m de altitud.  Un niño ubicado a 1 000 m de altitud.  Un buzo que se encuentra bajo la superficie del mar.

25 Responde las siguientes preguntas.  ¿Afecta la presión atmosférica a la presión sanguínea?

 ¿Dónde alcanza su máximo valor la presión atmosférica?

 ¿Cuál será la diferencia entre presión atmosférica y presión hidrostática?

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Efectos de la presión atmosférica La presión atmosférica es la presión ejercida por el aire en cualquier punto de la atmósfera. Cuando el aire está frío, este desciende haciendo aumentar la presión. Cuando el aire está caliente, asciende, haciendo disminuir la presión. La presión atmosférica se mide en milímetros de mercurio o Torricelli, en el Sistema Internacional se expresa en newtons por metro cuadrado y el instrumento empleado es el barómetro.

OBJETIVOS  Reconocer la presencia de la presión atmosférica.  Explicar experiencias sencillas en las cuales se pone

de manifiesto la presión atmosférica.

MATERIALES  Erlenmeyer.

 Pinzas.

 Fuente de calor.

 Lata de refresco vacía.

 Cristalizador.

 Huevo hervido.

 Aro y rejilla.

 Agua.

 Soporte.  Pinza.  Nuez.

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Fluidos

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PROCEDIMIENTO Realiza dos experiencias sencillas en las que interviene la presión atmosférica. 1

Un huevo hervido se introduce “solo” en un erlenmeyer.  Sujeta el aro en un soporte, a la altura apropiada para poder

poner debajo el mechero y colocar encima la rejilla.  Echa un poco de agua en un erlenmeyer (la boca debe ser lo

suficientemente ancha para sujetar el huevo hervido sin que se cuele dentro).  Coloca el erlenmeyer sobre la rejilla y posa el huevo hervido

y pelado en su boca.  Enciende el mechero.  Mantenlo en el fuego hasta un poco después de que el agua

bulla (el huevo “botará” sin caerse).  Apaga el fuego y espera.  Observa lo que sucede. 2

Una lata de refresco se aplasta.  Echa un poco de agua en una lata de refresco vacía y coló-

cala sobre la rejilla.  Enciende el mechero y mantén la lata en el fuego, hasta ob-

servar que sale vapor de agua.  Echa un poco de agua fría en el cristalizador.  Coge la lata con las pinzas y rápidamente colócala invertida

en el cristalizador.  Observa lo que sucede.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  Describe lo que ocurre al huevo hervido al termi-

 Hay una forma de sacar el huevo del erlenmeyer

nar la experiencia 1 y lo que le ocurre a la lata de refresco al terminar la experiencia 2.

sin romperlo, ¿se te ocurre cuál? (Pista: debes conseguir que dentro del erlenmeyer exista mayor presión que fuera).

 ¿Por qué el huevo deforma y se cuela en el er-

lenmeyer? Responde.  ¿Cuál es la causa de que la lata de refresco se

aplaste? Responde.

 Explica en qué procesos de la vida diaria o la in-

dustria, se aplican los experimentos realizados durante esta práctica. 51

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Ficha 1: Temperatura y equilibrio térmico

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Temperatura, calor y termodinámica 1 La “temperatura ambiente”, en la ciudad de Santo Domingo, generalmente se define con valores aproximados de 25 ºC a 28 ºC.  ¿Cómo se expresa la temperatura ambiente en ºF?  ¿Cómo se expresa en K?

2 La escala Reaumur es una escala de temperatura que se utilizó ampliamente en Europa en los siglos XVIII y XIX. En la escala de temperatura Reaumur, el punto de congelación del agua es 0 ºR y la temperatura de ebullición es 80 ºR. Si la “temperatura ambiente” es de 25 ºC en la escala Celsius, ¿cuál es en la escala Reaumur?

3 Responde las siguientes preguntas.  ¿Es posible que dos cuerpos estén en equilibrio térmico si no están en contac-

to térmico? ¿Por qué?

 Un cuerpo que se encuentra a una cierta temperatura es cortado en dos partes.

¿La temperatura de las dos partes es la misma?

 ¿A qué se hace referencia cuando se dice que un termómetro mide su propia

temperatura?

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Ficha 2: Dilatación

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4 El tramo principal del puente Golden Gate de San Francisco (EE.UU.) es de 1 275 m de largo en su punto más frío. El puente está expuesto a temperaturas que van desde –15 ºC a 40 ºC. ¿Cuál es su cambio en la longitud entre estas temperaturas? Supongamos que el puente está hecho completamente de acero.

5 Dos bloques, A y B, están hechos del mismo material. El bloque A tiene dimensiones l.w.h = L . 2L . L y el bloque B tiene dimensiones 2L . 2L . 2L Si la temperatura cambia:  ¿Cuál es el cambio en el volumen de los dos bloques?  ¿Cuál es el cambio en el área de la sección transversal l. w?  ¿Cuál es el cambio en la altura, h, de los dos bloques?

6 Realiza un análisis dimensional de cualquiera de las ecuaciones de expansión térmica para demostrar que las unidades del coeficiente de dilatación se expresa en ºC-1 .

7 El vidrio que cubre una ventana mide 0.8 m de ancho y 2.25 m de alto a una temperatura inicial de 15 ºC. ¿Cuál es su área cuando la temperatura aumenta hasta 35 ºC? Considera que el coeficiente del vidrio es 9 x 10-6 / ºC.

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TEMPERATURA, CALOR Y TERMODINÁMICA Ficha 3: Calor y temperatura

8 Responde las siguientes preguntas.  ¿A cuántas calorías equivalen 3 millones de joules?

 ¿10 g de agua tienen mayor capacidad calorífica que 2 g de agua? ¿Tienen mayor calor específico?

 Determina la capacidad calorífica de 500 g de arena sabiendo que el calor específico de la arena

es de 0.16 cal/g ºC .

9 Una cuchara de plata de 40 g se enfría desde los 70 ºC hasta los 25 ºC. ¿Qué cantidad de calor, en joules y en calorías, ha cedido?

10 Supón que se vierten 0.25 kg de agua de 20 ºC (aproximadamente una taza) en una sartén de aluminio de 0.5 kg retirada de la hornilla a una temperatura de 150 ºC. ¿Cuál es la temperatura cuando el agua y la sartén alcanzan un equilibrio térmico poco tiempo después?

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5 Ficha 4: Cambios de estado

11 Se utilizan tres cubitos de hielo para enfriar un refresco a 20 ºC con masa de 0.25 kg. El hielo está a 0 ºC y cada cubito de hielo tiene una masa de 6 g. Supón que el refresco se mantiene en un recipiente de espuma para que la pérdida de calor se pueda ignorar. Asume que la soda tiene la misma capacidad calorífica que el agua. Encuentra la temperatura final cuando todo el hielo se haya derretido.

12 Responde las siguientes preguntas.  ¿Por qué la nieve permanece en las laderas de las montañas incluso cuando las temperaturas

diurnas son más altas que la temperatura de congelamiento?

 ¿Qué cantidad de calor se debe suministrar a un cubo de hielo de 2 g que se encuentra a –5 ºC

para que se convierta en agua líquida a 80 ºC?

 ¿Qué cantidad de calor es necesario extraer a 10 g de vapor de agua a 100 ºC para que se trans-

formen en agua a 0 ºC?

13 ¿Cuál es la temperatura de equilibrio cuando se mezclan 10 g de vapor de agua a 100 ºC con 190 g de agua líquida a 40 ºC? Pista: los 10 g de vapor de agua ceden calor hasta alcanzar la temperatura de equilibrio; este calor es absorbido por los 190 g de agua líquida hasta que estos alcanzan la temperatura de equilibrio.

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TEMPERATURA, CALOR Y TERMODINÁMICA Ficha 5: Transferencia de calor

14 Responde las siguientes preguntas.  ¿Por qué al tocar con la mano un trozo de acero, este parece más frío que otro de madera aunque

ambos estén a la misma temperatura?

 ¿Cómo percibe tu mano al acercarla a la llama de una vela en distintos lugares? ¿En cuáles el aire

es más caliente? ¿Cómo explicas este hecho?

 ¿Cómo se propaga el calor cuando calentamos agua en una olla?

15 Menciona un ejemplo de la vida diaria para cada mecanismo de transferencia de calor.

16 Explica por qué usar un ventilador en el verano produce una sensación refrescante.

17 ¿Por qué no es correcta la expresión “cantidad de calor que posee un cuerpo”?

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5 Ficha 6: La Primera Ley de la Termodinámica.

18 Responde las preguntas para cada cambio aplicado a estos sistemas.

Cuando se suministra cierta cantidad de calor a un proceso isocórico:  ¿Qué pasa a nivel microscópico con la energía cinética de las moléculas cuando la temperatura

aumenta?

 ¿La presión del sistema se mantiene constante, aumenta o disminuye? ¿Por qué?

Cuando se le suministra cierta cantidad de calor a un proceso isobárico:  ¿Cómo se ve afectada la energía cinética de las moléculas cuando aumenta la temperatura del

sistema?

 ¿Por qué en este proceso es necesario colocar una pared o émbolo movible para mantener la

presión constante?

 ¿Es posible obtener una disminución en el volumen del sistema cuando se le suministra calor?

¿Por qué?

19 Menciona las diferencias principales entre un proceso isocórico y uno isobárico.

20 ¿En qué proceso se requiere suministrar mayor cantidad de calor para obtener el mismo aumento de temperatura ∆T? ¿Por qué?

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TEMPERATURA, CALOR Y TERMODINÁMICA Ficha 7: La Segunda y Tercera Leyes de la Termodinámica

21 Explica en qué consiste:  La Segunda Ley de la Termodinámica.

 La Tercera Ley de la Termodinámica.

 Los procesos reversibles.

 La entropía.

22 Una central eléctrica alimentada a carbón es un enorme motor térmico. Utiliza la transferencia de calor de la quema de carbón para realizar el trabajo de mover las turbinas que se usan para generar electricidad. En un solo día, una gran central eléctrica de carbón alcanza 2.5 x1014 J de transferencia de calor de carbón y 1.48 x1014 J de transferencia de calor al medio ambiente.  ¿Cuál es el trabajo realizado por la central eléctrica?  ¿Cuál es la eficiencia de la central eléctrica?

23 Indica el mecanismo de transferencia de energía térmica que tiene lugar en cada caso.

Calentamiento del agua de mar por la energía procedente del Sol. Aumento de temperatura al calentar agua en una estufa eléctrica. Calentamiento de una viga metálica en un incendio. El aumento de temperatura en una persona cuando ingresa a un baño turco. Calentamiento de aire en un globo. 58

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5 Ficha 8: Máquinas térmicas

24 Una máquina que opera con el ciclo de Carnot tiene un reservorio frío a 27 ºC y un reservorio caliente a 727 ºC. ¿Cuál es la eficiencia ideal de esa máquina?

25 En el ciclo mostrado en la figura, calcula el trabajo neto realizado por la máquina.

P KPa 250 100 2

5

T

V(10-3 [m3])

26 Los gerentes de supermercado sostienen que hay menos consumo total de energía en el verano si el local se mantiene a una temperatura baja. Da argumentos para apoyar o refutar esta afirmación, teniendo en cuenta que hay numerosos refrigeradores y congeladores en la tienda.

27 ¿Es posible enfriar una cocina dejando la puerta del refrigerador abierta? Explica tu respuesta.

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Energía y calor Esta experiencia permitirá verificar cómo la energía térmica de un cuerpo se transfiere a otro cuerpo, manteniéndose constante la cantidad total de energía del sistema. Para esto utilizaremos un calorímetro. El calorímetro es un aparato en forma de jarro, aislado del exterior por una protección especial, lo que le permite mantener constante la temperatura por largos períodos de tiempo. El calor absorbido por una sustancia viene dado por Q = mcT. En esta fórmula, m es la masa de la sustancia, c es el calor específico de la sustancia y DT es la variación de la temperatura.

OBJETIVOS  Observar la conservación de la energía térmica durante un pro-

ceso de transferencia de calor.

MATERIALES  Calorímetro.  Termómetro con escala

de –10 ºC hasta 150 ºC.  Balanza.  Vaso de precipitado

de 600 ml.  Hornilla.

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Temperatura, calor y termodinámica

5

PROCEDIMIENTO 1

Si el calorímetro tiene la taza de aluminio, utilicen c = 0.903 J/g ºC; si es de cobre, entonces c = 0.385 J/g ºC, de lo contrario, consulten con el profesor o la profesora para que les oriente con respecto al valor del coeficiente c o calor específico.

2

Determinen la masa de la taza del calorímetro, del agua fría (temperatura ambiente) y del agua caliente (80 ºC).

3

Preparen el calorímetro con la cantidad especificada de agua fría.

4

Midan la temperatura del calorímetro más el agua fría.

5

Viertan con rapidez y cuidado el agua caliente en el calorímetro y anoten la temperatura de la mezcla, esperen que la temperatura sea homogénea.

6

Anoten sus observaciones.

Calorímetro.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES Análisis individual  Calcula el calor ganado por el agua a temperatu-

ra ambiente: Qagua fría = magua fría Cagua fría ∆Tagua fría.  Determina el calor absorbido por la tasa del ca-

 Calcula el calor total absorbido: Q = Qatotal absorbido gua fría

+ Qcalorímetro.

 Determina el calor cedido por el agua caliente:

Qagua caliente = magua caliente cagua ∆Tagua caliente.

lorímetro: Q tasa calorímetro = mtasa calorímetro ctasa caloríme∆Ttasa calorímetro tro 61

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Ficha 1: Carga eléctrica

6

La electricidad 1 Escribe F o V, según sea falso o verdadero.

Al acercar un cuerpo cargado a otro no cargado este se polariza. Un cuerpo se carga eléctricamente positivo si tiene protones en exceso. La cantidad de cargas, positivas y negativas, se mantiene constante en todo fenómeno eléctrico. 2 Una carga eléctrica de +4 μC se encuentra a una distancia de 2 m de otra carga eléctrica de +8 μC. Determina:  La fuerza eléctrica entre ella.

 El sentido y la dirección de la fuerza eléctrica.

3 Tres cargas eléctricas se encuentran sobre una misma línea recta. El valor de cada carga es q1= +Q, q2 = +2Q y q3 = +4Q. Determina:  En qué posición se encuentra cada carga.  Si el signo de la carga q2 es negativo, ¿cambia el resultado? Demuéstralo.  Si q1 y q2 son negativas, ¿en que. posición la fuerza neta es cero?

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Ficha 2: Fuerza y campo eléctrico

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4 Una carga de 3 μC se encuentra dentro de un campo eléctrico de 100 N/C. ¿Qué fuerza experimenta la carga?

5 Una partícula de 10 g de masa está suspendida en el aire en una región con un campo eléctrico de 2 N/C. ¿Cuál es la carga eléctrica de la partícula?

6 Un campo eléctrico constante de 20 N/C llena toda una región. Una partícula de masa 0.01 g y con 100 μC de carga, adquiere movimiento acelerado. Determina la aceleración que experimenta la partícula.

7 Una carga eléctrica de 2 μC está alejada de otra carga de 4 μC a 2 m. ¿En qué fracción cambia el campo eléctrico que percibe la carga de 2 μC si se triplica la distancia entre las cargas?

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LA ELECTRICIDAD Ficha 3: Energía y potencial eléctricos

8 Analiza y responde las siguientes preguntas.  ¿De qué depende el valor de la energía potencial electrostática?

 ¿Qué relación tienen la energía potencial electrostática y la fuerza eléctrica?

 ¿De qué cantidades físicas depende el potencial electrostático?

 ¿Qué relación tienen el potencial electrostático y el campo eléctrico?

9 Entre dos cargas iguales de 4 μC tienen una energía potencial de 100 J. ¿A qué distancia se encuentran estas?

10 En un punto de una región del espacio existe un campo de 50 N/C y un potencial eléctrico de 100 J/C. ¿A qué distancia se encuentra la carga eléctrica del punto?

11 Una carga eléctrica produce un potencial eléctrico de 10 V a una distancia r; otra carga a la misma distancia produce un potencial de 20 V. ¿Qué relación tienen las cargas eléctricas?

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6 Ficha 4: Capacitancia

12 Analiza y responde las siguientes preguntas.  ¿Cuál es la función básica de los capacitores?

 ¿Cómo conectarías varios capacitores para poder almacenar una carga eléctrica mayor? Explica.

13 Un capacitor de 100 F está conectado a una fuente de voltaje de 103 V. ¿Cuánta carga almacenará el capacitor?

14 Determina la carga que almacena cada circuito de capacitores.

20 V

2F

3F

6F

C1 = 10 F C2 = 20 F

V = 100 V C3 = 40 F

10 F 120 V

10 F

10 F

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LA ELECTRICIDAD Ficha 5: Ley de Ohm

15 Analiza y responde las siguientes preguntas.  ¿Qué establece la Ley de Ohm?

 ¿Qué sucede en un circuito cuando solo hay resistencia?

 ¿Qué es la intensidad de corriente eléctrica?

 ¿Cuándo se dice que una corriente es alterna?

 ¿Cuándo se dice que una corriente es continua o directa?

16 Calcula el voltaje proporcionado por cada generador (todos los generadores son iguales) para que la intensidad de corriente en cada resistencia de la figura sea de 480 mA.

25 Ω

25 Ω

17 Un circuito consta de un generador de 12 V y resistencia interna de 1 Ω y dos resistencias de 20 y 30 Ω conectadas en serie.

12 V r=1Ω

20 Ω

30 Ω

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6 Ficha 6: Fuerza electromotriz y circuitos eléctricos

18 Una asociación de tres generadores forma un circuito mediante su asociación en serie con tres resistencias de 6 Ω, las dos primeras asociadas en paralelo y la tercera en serie con las dos anteriores y un motor de fuerza contraelectromotriz de 7 V y resistencia interna de 0,5 Ω. En los extremos de la asociación de los generadores se establece una diferencia de potencial que le proporciona al circuito una intensidad de corriente eléctrica de 8 A.  Determina la asociación de los tres generadores, sabiendo que su r T = 0,75 Ω. Dibuja los posibles

circuitos.

 Determina la fuerza que ejercerá el campo sobre una carga de 3 Ω C situada en el centro

del cuadrado.

 En los vértices de un cuadrado de 3m de lado se sitúan cargas iguales de -2 oC cada una. Calcula

la intensidad del campo eléctrico en el centro del cuadrado.

 ¿Puede la intensidad del campo eléctrico producido por dos cargas iguales del mismo signo se-

paradas por una distancia, d, ser cero en algún punto? Si es así, ¿dónde se encontraría dicho punto? ¿Y si las cargas fueran de distinto valor?

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LA ELECTRICIDAD Ficha 7: Cálculos en circuitos eléctricos

19 En el circuito de la figura, escribe cuál es el voltímetro y cuál es el amperímetro. ¿Qué magnitud mide cada uno de estos aparatos?

2 1

3

1

2

3

20 En un circuito aparecen conectados en serie varios elementos: una pila de 9 V, un interruptor, una lámpara de 10 Ω y un amperímetro.  Haz un esquema del circuito.  Calcula la intensidad que circula por el circuito.  ¿Cómo varía la lectura del amperímetro cuando colocamos otra lámpara idéntica a la primera en

serie con esta?

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6 Refuerzo

21 Observa el circuito y responde.

9V 20 Ω A 40 Ω V  ¿Qué indicará el amperímetro del esquema cuando circula la corriente por el circuito?

 ¿Qué indicará el voltímetro del esquema cuando circula la corriente por el circuito?

22 Observa el siguiente circuito.

␧

I A

␧’ M r’ V

R

Cuando se cierra el circuito, los aparatos indican las siguientes lecturas: Amperímetro

0.2 A.

Voltímetro

0.4 A.

Si sujetamos las aspas del motor para evitar que gire, observamos que la intensidad de corriente que señala el amperímetro sube a 2 A.  Calcula la resistencia interna del motor.  Calcula la fuerza contraelectromotriz del motor.  ¿Cuánta energía proporciona la pila en un minuto?  ¿Cuánta energía se invierte en hacer girar al motor?  ¿Cuánta energía se disipa como calor debido a la resistencia interna (r’) del motor?  ¿Cuánta energía se disipa como calor debido a la resistencia interna (r) de la pila?

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Uso del voltímetro y del amperímetro Es necesario conocer la forma de utilizar correctamente los instrumentos de medida, para que el trabajo práctico sea más efectivo. Los instrumentos de medida utilizados en electricidad pueden ser análogos y digitales. El voltímetro se utiliza para medir la diferencia de potencial o voltaje en un circuito, está diseñado para medir voltajes constantes DC o voltajes variables AC. Con un voltímetro análogo la medida se realiza en un limbo graduado; si es digital, la medida se presenta en una pantalla de cristal líquido. El amperímetro es un instrumentos de medida eléctrica, se utiliza para medir la intensidad de la corriente que pasa por un elemento.

OBJETIVOS  Utilizar adecuadamente el voltímetro y el amperímetro.  Determinar el voltaje de una pila, de dos pilas y de tres pilas

de tipo comercial.

MATERIALES  Voltímetro de corriente di-

recta DC 0 ~ 10.  Amperímetro DC 0 ~ 3.  5 pilas de 1.5 V c/u.

 Cinta pegante.  Pinzas o caimanes.  Diodo emisor de luz

o LED de 1.5 V.

 2 pies de alambre

de corriente  AWG # 16, # 18 o # 20.

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6

La electricidad

PROCEDIMIENTO

Mide el voltaje de las pilas, una por una. Luego, mide, conectando dos pilas en serie y, luego, tres pilas, hasta que logres hacerlo con destreza.

3

Para que las conexiones estén correctamente realizadas, limpia a fondo las puntas de los alambres y amárralos firmemente con las pinzas; o, si prefieres, puedes utilizar soldadura de estaño.

4

Mide con el voltímetro la diferencia de potencial de una pila. ¿Qué observas?

5

Conecta el circuito como indica el dibujo siguiente; ciérralo y mide el voltaje y el amperaje del mismo.

Interruptor + Resistencia Amperímetro + A -

V

Voltímetro

2

Prepara el circuito como indica la figura de la página siguiente, teniendo siempre presente consultar con el docente antes de utilizar cualquier circuito eléctrico.

Fuente eléctrica

1

-

Circuito.

Resistencia.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  ¿Indica la escala el valor nominal de la pila utili-

zada en el paso cuatro del procedimiento?  ¿Por qué debe colocarse el voltímetro en parale-

lo con el circuito eléctrico?  ¿Por qué se coloca el amperímetro en serie en el

circuito eléctrico?

 ¿Qué pasaría si intentamos medir un voltaje ma-

yor, con un voltímetro de 0 ~ 3 V?  Explica qué beneficios produce colocar medido-

res de voltaje y corriente eléctrica en una fábrica.  Explica la forma de calibrar los instrumentos de

medición empleados en esta práctica. 71

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Ficha 1: Campo magnético y fuerza magnética

7

Magnetismo 1 Dos cargas eléctricas de diferente signo se mueven con velocidad constante en direcciones paralelas. Indica el sentido de las fuerzas de interacción magnética según el movimiento sea en el mismo sentido o sentido contrario. ¿Se verifica en esta situación la Tercera. Ley de Newton? ¿Por qué?

2 Una carga puntual (Q) se mueve con velocidad constante (v) en dirección perpendicular a una corriente continua de intensidad (I), en un conductor rectilíneo, tal como aparece en la figura. Indica la dirección y sentido de la fuerza que se ejerce sobre la carga (Q).

I

+ V

Q

3 Lee con atención la siguiente información. Anota tres ideas principales.

¿Qué hacer para usar el cajero automático? Fácil. Colocas la tarjeta del banco, tecleas tu número confidencial, seleccionas cuánto dinero quieres, retiras tu dinero y te marchas. Cuando introduces la tarjeta bancaria en el cajero, una cabeza electromagnética revisa la banda oscura de la tarjeta. La banda es una cinta magnética similar a la que se utiliza en las grabadoras. Contiene tres pistas. En una está el número de cuenta, en la otra el límite de dinero que dispones y en la tercera, el número confidencial. Cuando cambias el número confidencial en el cajero, cambia automáticamente este número en la cinta negra de la tarjeta. Lo mismo ocurre en el saldo; cuando retiras dinero, cambia maquinalmente el saldo en la banda de la tarjeta.

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Ficha 2: Campo magnético generado por corriente

7

4 Una carga de 3 μC se encuentra dentro de un campo eléctrico de 100 N/C. ¿Qué fuerza experimenta la carga?

5 Una carga eléctrica de 2 μC está alejada de otra carga de 4 μC a 2 m. ¿En qué fracción cambia el campo eléctrico que percibe la carga de 2 μC si se triplica la distancia entre las cargas?

6 Si una corriente eléctrica genera un campo magnético de 5.10-5T, en un punto que se encuentre a 4 cm de la corriente, determina la intensidad de la corriente eléctrica.

7 ¿Hacia dónde está dirigido el campo magnético en los puntos ubicados a derecha y a izquierda del conductor rectilíneo?

8 Marca con una X a cuáles de las siguientes conclusiones llegó el físico Hans Christian Oersted.

La corriente eléctrica que circula en un alambre genera un campo magnético cuyas líneas de fuerzas son circulares, con la corriente eléctrica centro en el conductor. La corriente eléctrica que circula en un campo magnético siempre es la misma. La dirección de las líneas de fuerza depende de la dirección de la corriente. Si se invierte la dirección de la corriente eléctrica, la aguja gira a 1 800, y vuelve a su dirección anterior. Las líneas de campo forman circunferencias concéntricas alrededor de un alambre conductor, como revela el patrón de la limadura de hierro. 73

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MAGNETISMO Ficha 3: Fuerza del campo magnético sobre la corriente

9 Una espira circular de alambre conductor está situada en las proximidades de un conductor rectilíneo e indefinido y en su mismo plano (véase figura); y circula por él una corriente (I).

I

 Indica, razonadamente, el sentido de la corriente inducida cuando:

Aumenta el valor de I.

Disminuye dicho valor.

10 Una espira cuadrada, rígida, de lado a, está. situada en las proximidades de un conductor rectilíneo o indefinido por el que circula una corriente continua de valor (I) y coplanaria con él.  Determina el sentido de la corriente inducida cuando la espira se desplaza, manteniéndose en el

mismo plano: Paralelamente al conductor.

Alejándose en dirección perpendicular.

11 Dos cargas eléctricas de diferente signo se mueven con velocidad constante en direcciones paralelas. Indica el sentido de las fuerzas de interacción magnética según el movimiento sea en el mismo sentido o sentido contrario. ¿Se verifica en esta situación la Tercera Ley de Newton? ¿Por qué?

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7 Ficha 4: Inducción eléctrica

12 Analiza y responde las siguientes preguntas.  ¿Cómo se define la inductancia?

 ¿Qué es un inductor? ¿Para qué se usa?

 ¿De qué valores depende la inductancia de un inductor?

 ¿Qué aplicaciones tiene la inducción electromagnética? Pon un ejemplo.

13 Determina la inductancia equivalente de los siguientes circuitos.

L1 = 10 H L2 = 20 H

L3 = 40 H

2H

4H

8H

4H

8H

2H

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MAGNETISMO Ficha 5: Corriente alterna

14 Un circuito de la figura se utiliza para demostrar la inducción electromagnética. S representa un generador que proporciona a la bobina (P) una corriente triangular (I) tal como muestra la primera gráfica. La bobina inducida (Q) se conecta al osciloscopio. Señala cuál de las gráficas representa lo que aparece en la pantalla del osciloscopio.

S P

Q

Osciloscopio

A B C D E 15 Responde:  ¿Qué es y cómo se produce la corriente alterna?

 ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la corriente alterna?

16 Resuelve:

Un circuito RL, está conectado en serie, su resistencia tiene un valor de 4 Ω y el coeficiente de inducción de la inductancia posee un valor de 0.060 H. La tensión aplicada a los extremos del circuito es de 200 V, con una frecuencia de 60 Hz. Determina el valor de la independencia, de la intensidad y las potencias activa, reactiva y aparente del circuito.

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7 Refuerzo

17 Establece las semejanzas y diferencias entre las interacciones eléctricas y magnéticas. Diferencias

Semejanzas

18 Explica, justificadamente, la magnitud física que caracteriza un imán.

19 La fuerza magnética no verifica, en general, la Tercera. Ley de Newton. Indica y explica dos configuraciones de interacción de cargas, una en la que se cumpla y otra en la que no se cumpla la citada ley.

20 Un solenoide largo consta de un arrollamiento de una capa con N vueltas. Otro solenoide posee dos capas del mismo alambre de tal manera que posee 2 N vueltas. Cada uno de ellos, por separado, se conecta a la misma batería, que suponemos tiene una resistencia interna despreciable. Compara los campos magnéticos interiores para los dos solenoides, considerando la resistencia de los alambres.

21 Responde:  ¿Cómo debe orientarse, en un campo magnético uniforme, un conductor rectilíneo por el que

circula una corriente para que no actúe ninguna fuerza sobre el mismo?

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Electricidad y magnetismo Ciertas sustancias tienen la propiedad de atraer fuertemente a otras a causa de una fuerza llamada magnética. A las sustancias que producen fuerzas magnéticas se les llama imanes. Un imán consta de dos regiones llamadas polos del imán. Para representar el campo magnético del imán, utilizamos las líneas de inducción, las cuales inician en el polo norte y terminan en el polo sur. A las líneas de inducción se les han asociado las siguientes características:  Las líneas de inducción no se cortan.  La tangente a un punto, en una línea de induc-

ción, define la dirección del campo magnético en dicho punto.  La intensidad es mayor donde las líneas de in-

ducción se juntan.

OBJETIVOS  Observar indirectamente un campo magnético.  Dibujar apropiadamente las líneas de inducción magnética.

MATERIALES  Limaduras de hierro.

 Jarro de vidrio.

 Imanes de barra.

 Pedazo de madera.

 Arena seca.

 Pedazo de piedra.

 Vidrio 8” x 11” x 1/4.

 Pedazo de hierro.

 4 pedacitos de madera

 Alambre de carbón.

2” x 2” x 12.  Jarro de aluminio.

 Papel.  Plástico.

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Magnetismo

7

PROCEDIMIENTO 1

Vierte, en una hoja de papel, un poco de la limadura de hierro y colócalo encima del vidrio, como se indica en la figura.

2

Coloca debajo del vidrio cada uno de los objetos indicados en la siguiente tabla de la página, y anota sus observaciones. Marca la casilla correspondiente, según se observe o no actividad en las limaduras de hierro.

3

Coloca ahora imanes de barra debajo del vidrio, de acuerdo con las disposiciones mostradas en la figura de la próxima página. Golpea ligeramente el papel y dibuja lo que observas. Objeto

No se observa actividad

Se observa actividad

Imán

Jarro de aluminio Jarro de vidrio Pedazo de madera Pedazo de piedra Tu mano Alambre de carbón Papel Plástico Imán

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  Describe lo que sucede si, debajo del vidrio, se

 Actualmente, se discute sobre la incidencia de

coloca el polo norte de un imán, y luego cambiamos al polo contrario (sur).

los campos magnéticos en la salud. Discute con tus compañeros los puntos a favor y en contra del uso de teléfonos celulares.

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Ficha 1: Relación entre fuerza, velocidad y aceleración

8

Vibraciones, oscilaciones y ondas 1 Lee el siguiente texto y, luego, responde.

Si colgamos una masa m atada a un hilo de longitud l y, luego, los separamos un poco de su posición de equilibrio (en la vertical con el suelo), la masa comenzará a oscilar alrededor de la posición de equilibrio volviendo constantemente al punto inicial. A cada una de esas oscilaciones que se repiten sin parar se llama ciclo. A este artilugio se le conoce como péndulo. La responsable de que la masa vaya y vuelva constantemente es una componente de la fuerza gravitatoria. A esa fuerza responsable en estos tipos de movimientos oscilatorios de ida y vuelta se le llama fuerza recuperadora, pues siempre tiende a llevar a la masa m hacia la posición de equilibrio. La otra componente de la Fg se compensa con la tensión T del hilo. El péndulo tiene mucha importancia, pues la expresión que mide el tiempo que tarda la masa m en realizar una oscilación completa o cida desde hace muciclo (ir y volver), llamado período T, es conocida mente un medidor cho, por lo que el péndulo ha sido históricamente de tiempos. El tiempo T que tarda el péndulo en realizarr una oscilación completa es: T = 2π√l/g a. l = longitud del hilo; g = gravedad del planeta.  ¿Qué magnitudes dependen del planeta

en el que estés?  ¿Qué magnitudes no dependen de la masa am

de lo que oscila? 2 Analiza y responde.

Un joven lleva a sus dos hermanos de masas 10 y 15 kg al parque. Los sube en dos columpios idénticos disponiéndose a empujar a cada uno con una mano.  Si inicialmente suelta a ambos desde la misma altura sobre el suelo y no se

mueve, ¿cuál de ellos volverá antes a su mano?  Si inicialmente suelta al de menor masa desde más altura y no se mueve, ¿cuál

volverá antes a su mano?

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Ficha2: Descripción de las ondas

8

3 Explica la diferencia que hay entre vibración y onda, y aplícala al ejemplo de un cuerpo que está colgado de un muelle.

4 ¿Cuál de estas afirmaciones no es correcta?

En el movimiento ondulatorio se transporta energía sin que haya movimiento de materia. La difracción es una característica de los fenómenos ondulatorios. La velocidad de una onda es siempre la misma, no depende del medio en que se propague. Cuando una onda sufre una refracción modifica su velocidad de propagación. 5 Responde a las siguiente preguntas.  ¿Qué tipo de fenómeno se produce cuando una ola choca contra el muro de un dique?

 ¿Podríamos escuchar una explosión que se produce en el Sol?

 ¿Se podría escuchar desde la Luna una emisión de radio transmitida desde la Tierra?

6 Al lanzar una piedra a un estanque se forman una serie de ondas que se propagan concéntricamente desde el punto donde cae la piedra. Si colocamos un corcho en el estanque, podemos probar que se trata de un movimiento ondulatorio. ¿Por qué?

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VIBRACIONES, OSCILACIONES Y ONDAS Ficha 3: Propagación de ondas

7 Un murciélago persigue a un insecto que vuela a 1,5 m/s en un mismo sentido. El murciélago, que no ve, emite ultrasonidos a 9 x 104 Hz que se reflejan en el insecto y vuelven a él. Analizando la frecuencia recibida y la rapidez con que llega, el murciélago averigua a qué velocidad se mueve el insecto y a qué distancia se encuentra. Si el murciélago vuela a 4 m/s, ¿qué frecuencia recibe? Dato: Vsonido = 340 m/s. (A veces, como ves, la fuente y el observador son los mismos).

8 Un camión de bomberos circula a 80 km/h por un callejón sin salida mientras su sirena emite un sonido de 350 Hz. Al final del callejón se encuentra una niña subida a la valla de una pared escapando de un fuego. Dato: Vsonido = 340 m/s.  ¿Qué frecuencia percibe la niña?

 ¿Qué frecuencia perciben los bomberos cuando vuelven el sonido de la sirena tras reflejarse en la

pared?

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8 Ficha 4: Ondas mecánicas: modos normales

9 Identifica la frecuencia fundamental, segundo armónico y tercer armónico.

10 Un diapasón vibra con una frecuencia de 400 Hz. Determina:  El período.  Si se propaga en el aire a 340 m/s, la longitud de onda del sonido producido por el diapasón.

11 Una piedra cae sobre la superficie de un lago y las partículas del agua comienzan a vibrar con un período de 0.5 s, formándose ondas de 45 cm de longitud de onda. Calcula:  La frecuencia de las ondas formadas.  Su velocidad de propagación.  El tiempo que tardará la onda en alcanzar un punto situado a 4 m de donde cayó la piedra.

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VIBRACIONES, OSCILACIONES Y ONDAS Ficha 5: Ondas sonoras: efecto Doppler

12 Responde verdadero (V) o falso (F).

Las ondas mecánicas no pueden propagarse en el vacío. Un movimiento ondulatorio es la propagación de un movimiento vibratorio.

En una onda transversal la dirección de vibración y la dirección de propagación son iguales. Un movimiento ondulatorio no transporta energía porque no transporta materia.

13 Responde.  Pegando el oído a las vías podemos saber si se acerca un tren. ¿Cuál es la razón?

 Las ondas sísmicas son ondas mecánicas transversales. ¿Qué significa eso?

 Si colocamos un timbre dentro de una campana y hacemos el vacío en el interior, el timbre deja

de oírse. ¿Qué demuestra este experimento?

14 Analiza y responde.

En una cubeta de ondas se produce una perturbación.

 Cuando las ondas llegan a las paredes de la cubeta, ¿qué fenómeno se observa?

 ¿Cómo podrías medir la velocidad de la onda?

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8 Ficha 6: Ondas sonoras: intensidad y absorción

15 Escribe V, si es verdadero, y F si es falso:

La intensidad es la rapidez con que las ondas transportan energía en un área determinada. En el Sistema Internacional la potencia se mide en vatios o voltios. La Ley del Universo Cuadrado establece que la relación de la intensidad de una onda en dos puntos distintos es el universo de la relación de las distancias al cuadrado de estos dos puntos a la fuente que origina la onda. Absorción es el movimiento que experimenta la intensidad de onda de cualquier tipo que se propaga en el medio. 16 Las notas musicales tienen una frecuencia, por decisión internacional, de 440 Hz. Si en el vacío se propaga con una velocidad de 250 m/s y en el agua lo hace a 1 300 m/s, calcula su longitud de onda en esos medios.

17 La ecuación de una onda, en unidades del Sistema Internacional, que se propaga por una cuerda es: y (x,t) = 0,05 cos 2 π (4 t − 2 x). Determina las magnitudes características de la onda (amplitud, frecuencia angular, número de onda, longitud de onda, frecuencia, período, velocidad de propagación).

18 Infiere las expresiones generales de la velocidad y aceleración transversal de un elemento de la cuerda y sus posibles valores máximos.

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VIBRACIONES, OSCILACIONES Y ONDAS Ficha 7: Ondas electromagnéticas y sus espectros

19 Completa las siguientes frases.  Las ondas   Se denomina

son ondas que no necesitan ningún medio para propagarse. identificó y detectó distintos tipos de ondas electromagnéticas. al conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas existentes.

 La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas depende del  Los campos magnéticos son generados por

20 Calcula la frecuencia de una onda electromagnética de 1.00 km. ¿A qué parte del espectro visible pertenece?

21 Calcula la longitud de onda de una onda electromagnética con frecuencia de 700 MHz.

22 Un estudiante dice que midió la frecuencia de una onda electromagnética, cuyo resultado fue de 4.25 THz. Si al medir la longitud de onda se obtiene un resultado de 30 mm, ¿es confiable el resultado? ¿Por qué?

23 Una onda electromagnética tiene una longitud de onda de 0.025m.¿Cuál es su frecuencia?

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8 Ficha 8: La luz: Difracción y polarización.

24 En cada uno de los enunciados siguientes, elige la respuesta correcta:  Cuando la luz se traslada de un punto a otro en un medio homogéneo:

Algunas veces se traslada en líneo recta.

Siempre se traslada en línea recta.

Describe una onda.

La trayectoria depende de la distancia entre los dos puntos.

 El índice de refracción de una sustancia depende:

Del color de la sustancia.

De la velocidad de la luz en esa sustancia.

De la rugosidad de la sustancia.

De la cantidad de sustancia.

 Se dice que la reflexión es difusa si:

Sigue las leyes de la reflexión.

Se refleja formando un ángulo de noventa grados con la normal.

Los rayos, al reflejarse, lo hacen en todas las direcciones.

Su ángulo de incidencia es mayor que el ángulo reflejado.

 La reflexión es especular o pura si:

Sigue las leyes de la reflexión.

Se refleja formando un ángulo de noventa grados con la normal.

No sigue ninguna norma para propagarse.

Su ángulo de incidencia es mayor que el ángulo reflejado.

25 Representa los tipos de difracción y explica cómo ocurre cada uno de ellos:

26 Se hace pasar un haz de un láser de 800 nm de longitud de onda a través de un hueco (vertical con un corte) de 0.4 mm de ancho que después incide sobre una pantalla a 8 m de distancia. Busca la anchura del máximo de difracción central sobre la pantalla.

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VIBRACIONES, OSCILACIONES Y ONDAS Ficha 9: Espejos planos y curvos

27 Responde las siguientes preguntas.  ¿Qué diferencias habría en el tamaño y la posición de la imagen de un objeto situado frente a un

espejo esférico si realizamos la experiencia en el aire y en al agua?

 ¿Qué tipo de espejo debería ser usado para que una persona se maquille: cóncavo o convexo?

Justifica tu respuesta.

 Explica cómo es la imagen que se forma en una cuchara sopera

 ¿Qué tipos de espejos se usan como retrovisores en los autmóviles? ¿Por qué?

 Las ambulancias llevan los letreros escritos al revés. Explica el porqué

28 Si un espejo esférico cóncavo tiene un radio de curvatura de 2.5 m, determina su posición.

29 ¿Cuál es la altura de la imagen de un objeto real de 20 cm de altura, situado delante de un espejo que se halle a una distancia de 2 m?

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8 Ficha 10: Lentes y prismas

30 Determina la distancia focal de una lente bicóncava de n= 1.5 y radios R1 = 30 mm y R2 = 20 mm. Calcula la posición y el tamaño de la imagen que esa lente forma de un objeto de altura 8 mm situado 35 mm delante de la lente.

31 Calcula la potencia y la distancia focal, considerando siempre radio de curvatura de 5cm, para los siguientes tipos de lentes: (suponer un índice de refracción n = 1.5 )  Biconvexas

 Planoconvexas

 Bicóncavas

 Planocóncavas

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Romper y construir la luz Para romper y construir la luz se construye el dispositivo que nos va a permitir romper la luz blanca. El haz de luz que incide sobre el agua se refracta. Cada color se propaga con su propia velocidad y emerge del agua con un ángulo diferente. El espejo proyecta sobre la pantalla los colores del arcoíris. Hemos roto el blanco en los diferentes colores.

OBJETIVOS  Descomponer la luz blanca en los diferentes colores

que la componen.

MATERIALES  Soporte de vidrio u otro ma-

terial transparente.  Espejo.  Linterna.  Recipiente con agua.  Pantalla para proyectar (papel

blanco).

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Vibraciones, oscilaciones y ondas

8

PROCEDIMIENTO 1

Como soporte para la pantalla puedes utilizar una mesa pequeña cuyo tope sea de vidrio u otro material transparente.

2

Coloca debajo del soporte, tal como lo indica la figura, el recipiente y, luego, el espejo recostado dentro de dicho recipiente y del soporte de manera que forme un ángulo determinado con respecto a la horizontal.

3

Llena el recipiente de agua, coloca el papel sobre el tope del soporte, justamente encima del recipiente.

4

Luego, ilumina con un foco el fondo del recipiente con agua.

Soporte

Espejo

Recipiente

Agua

RESULTADOS Y CONCLUSIONES Análisis individual

Construcción personal

 Responde. ¿Qué colores se proyectan sobre la

 Responde. ¿Qué similitud crees que existe entre

pantalla? ¿En qué orden?

la formación del arcoíris y lo experimentado en esta actividad?

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Fiche 1: El átomo

9

Física Moderna 1 Completa  Según John Dalton, la materia está compuesta por

e , pero se asociaban para formar compuestos

que eran que eran químicos.  Los

, los y los son las partículas fundamentales del átomo.

 John Dalton se basó en las leyes de LavoisIer,

y

Avogadro para desarrollar su teoría sobre la estructura del átomo.  Toda la masa atómica (A) se concentra en el

.

2 Responde.  ¿Qué son los modelos atómicos?

 ¿Qué modelo atómico superó el modelo de Dalton?

 ¿Qué partícula del átomo se descubrió primero? ¿Por qué?

 ¿Qué científico descubrió los electrones?

3 Analiza los gráficos siguientes y escribe lo que representa cada uno

A

B

C

+

+

A

C

B

D

D

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Ficha 2: Cuantización de la energía

9

4 Explica cómo se producen los siguientes comportamientos.  La radiación de un cuerpo negro.

 El efecto fotoeléctrico.

 Los espectros atómicos y su clasificación.

5 Responde:  ¿Qué establece el postulado de Planck?

 ¿Qué es la cuantización de la energía?

 ¿Por qué se dice que la energía está cuantizada?

 ¿Qué es un cuanto de energía en Q uímica?

 ¿Cómo se expresa la constante de Planck?

 ¿Por qué no recibimos rayos ultravioletas cuando se calientan los metales?

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FÍSICA MODERNA Ficha 3: Absorción y emisión

6 Responde:  ¿Qué establece el Principio de Absorción y Emisión Atómia?

 ¿Qué es el fenómeno de emisión atómica?

 ¿Cuál es la utilidad de las técnicas de espectroscopía de emisión y absorción?

 ¿Por qué aparecen los espectros?

 ¿Cómo se obtiene el espectro de absorción?

 ¿Cuál es la diferencia entre el espectro de emisión y el espectro de absorción?

 ¿Cuáles son los colores del espectro de la luz visible?

7 Completa el siguiente cuadro. Tipos de emisiones luminosas

Características

Ejemplo

Incandescente Fosforescente Fluorescente

8 Menciona las distintas formas que se han ideado para producir luz y cómo funcionan.

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9 Ficha 4: Efecto fotoeléctrico y modelo de Bohr

9 Responde:  ¿Qué descubrió el físico alemán Heincrich Rudolph Hertz en 1887?

 ¿Cuántos protones hay en un átomo de hidrógeno?

 ¿Qué intenta explicar Bohr con su modelo atómico?

 ¿Quién formuló la teoría cuántica del átomo de hidrógeno?

 ¿Cuántos neutrones tiene el átomo de hidrógeno?

 ¿Cómo logró Albert Einstein el efecto fotoelétrico?

10 Completa:

 Para estudiar el efecto fotoeléctrico se utilizó un tubo de vidrio en cuyo interior se hizo el  Se llama

al fenómeno mediante el cual la luz, al in-

cidir sobre un metal, le arranca  Cuando la radiación luminosa llega al cátodo, cada fotón interacciona con uno de sus elec-

trones, y si tiene energía suficiente  Cuando la energía del

supera el trabajo de extracción, el exceso de energía se transforma en energía cinética del electrón.

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FÍSICA MODERNA Ficha 5: Dualidad onda-partícula

11 Responde las siguientes interrogantes.  ¿Qué es la luz?

 ¿Qué tipo de onda es la luz?

 ¿Cómo y con qué rapidez se propaga la luz?

 ¿A qué se le llama luz visible?

 ¿Cuáles son los colores del espectro de la luz visible?

12 Explica.  Dualidad onda-partícula

 Principio de Broglie

 Principio de Incertidumbre de Heisemberg

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9 Ficha 6: Relatividad especial

13 Analiza y responde las preguntas siguientes:  ¿Qué establece el primer postulado de la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein?

 ¿Qué establece el segundo postulado de la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein?

 ¿Cuáles son las consecuencias de la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein?

14 Una nave se va alejando de la Tierra a una velocidad de 0.9 c. Cuando ya está a una distancia de 6.68 x 109 km, se le envía una señal desde la Tierra.  ¿Cuánto tardará en llegar la señal?

 ¿Cuál es la posición de la nave al momento de recibir la señal?

15 Una persona espera el autobús en una parada. La persona observa que el vehículo tiene una longitud de 30 m. Un observador en una nave espacial que viaja a 2 x 108 m/s observa el mismo autobús. ¿Qué longitud observa el que se encuentra en la nave espacial?

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FÍSICA MODERNA Ficha 7: Física nuclear

16 Completa el siguiente cuadro con las características de los tipos de radiaciones: Tipos de radiaciones

Característica

Rayos  Rayos  Rayos 

17 Escribe V si es verdadero, y F si es falso:

El núcleo de los átomos se puede considerar como una pequeña esfera en la que se encuentran partículas denominadas nucleones. Con excepción del átomo de hidrógeno, todos los átomos tienen varios protones. Un núcleo es una especie que tiene un valor definido para el número de protones o número atómico y para el número de neutrones. La mayoría de los núclidos son estables. La radiactividad natural es el proceso por el cual los núcleos atómicos de ciertas sustancias absorben radiación de manera espontánea. La radiación puede ser de dos tipos: ionizante y no ionizante.

18 Responde las siguientes preguntas:  ¿Qué establece el Principio de Conservación de las Reacciones Nucleares?

 ¿Con qué se mide la radiactividad?

 ¿Qué es la radiactividad artificial?

 ¿Qué es una serie de radiactividad artificial?

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9 Ficha 8: Reacciones nucleares de fisión y fusión

19 Completa:

 La

es un proceso en el que un núclido, generalmente de masa elevada, se rompe en dos fracciones más pequeñas.

 Habitualmente, para que se produzca la fisión es necesario bombardear los núclidos con

neutrones  La masa de las sustancias que resultan de la fisión nuclear es, generalmente,

a las sustancias que reaccionan.  Las reacciones nucleares son más

que cualquier reacción

química, de ahí que se utilizan como fuentes de energía.  La

en el proceso en el que dos núclidos de masa baja se unen dando un núclido de masa más alta.

20 Al hablar de la fisión nuclear encontrábamos que era posible obtener energía fragmentando núcleos pesados en otros más ligeros. Al referirnos ahora al proceso de fusión nuclear, afirmamos que también es posible obtener energía del proceso contrario, es decir, fusionando núcleos ligeros en otros más pesados. Responde: ¿Constituye tal hecho una contradicción? ¿Es posible que procesos opuestos, como fisión y fusión, puedan, sin embargo, liberar energía?

21 Investiga y redacta detalladamente la diferencia entre la fisión y la fusión nuclear, además de la producción posible de material radiactivo.

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PROCEDIMIENTOS CIENTÍFICOS

Simulación de la vida media de un elemento radiactivo Cuando un núcleo radiactivo se desintegra, los núcleos formados también pueden ser inestables; y, por lo tanto, sufrirán una desintegración posterior. Este proceso se repite hasta que, finalmente, se forma un núcleo estable. El tiempo requerido para que la mitad de los átomos de un material radiactivo se desintegre se llama vida media. Por ejemplo, la vida media del isótopo del plutonio, 236 Pu, es de 2.85 años. En otras palabras, en 2.85 años, la mitad de la muestra (236 Pu), se desintegrará y formará otro elemento. En otros 2.85 años, la mitad de la muestra remanente se desintegrará; y solo un cuarto de la cantidad original permanecerá en ese período.

OBJETIVOS  Simular el decaimiento de un elemento radiactivo.  Construir la curva de la vida media de una muestra radiactiva.

MATERIALES  Cien o más cubos de madera de un

centímetro o de una pulgada de lado.  Una caja suficientemente larga y ancha

para contener en una sola capa todos los cubos de madera.

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Física moderna

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PROCEDIMIENTO 1

Coloca los cien cubos en la caja, en una misma capa.

2

Cubre la caja y muévela vigorosamente. Luego, muévela suavemente de un lado a otro para poner todos los cubos en una capa.

3

Abre la caja y remueve todos los cubos que tienen el punto en la parte superior. Cuéntalos y escribe el número en la tabla de datos que aparece en la siguiente página.

4

Calcula el número de cubos restantes sustrayendo el número removido del número total de cubos que había en la caja. Entra el nuevo número en la tabla de datos.

5

Repite los pasos del dos al cuatro, hasta remover todos los cubos.

6

Registra, en la tabla de la página siguiente, los datos obtenidos en el experimento.

ID IMAGEN

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  Elabora un listado de materiales radiactivo.  Investiguen por grupo los diferentes usos que se

les dan a los elementos radiactivos en el campo de la Medicina e intercambien la información obtenida. Luego, describe los cuatro usos que consideres más importantes. Justifica tu respuesta.

 ¿Una muestra de un elemento radiactivo es siem-

pre radiactiva? Explica.  Una vez ha pasado su vida media. ¿un material

radiactivo es seguro? Explica.

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TABLA DE CONSTANTES FÍSICAS

Constantes

Símbolo

Valor

Velocidad de la luz en el vacío

C

2,997925 · 108 m/s

Constante de gravitación universal

G

6, 672 · 10-11 N m2/kg2

Número de Avogadro

Na

6, 022 · 10-23 mol-1

Constante de los gases

R

8, 314 · J/(mol · K)

Carga del electrón

e

1, 60219 · 10-19 C

Masa del electrón

me

9, 1094 · 10-31 kg

Masa del protón

mp

1, 67262 · 10-27kg

Masa del neutrón

mn

1, 67493 · 10-27 kg

g

9, 80665 m/s2

Masa de la Tierra

M丣

5, 98 · 1024 kg

Radio medio de la Tierra

R丣

6, 37 · 106 m

Masa del Sol

M䉺

1, 99 · 1030 kg

Radio del Sol

R䉺

6, 96 · 108 m

Magnetón de Bohr

μB

6, 274 · 10-24 J/T

Permitividad eléctrica del vacío

0

8, 8542 · 10-12 C2/(N · m2)

Permitividad magnética del vacío

μ0

4 · 10-7 N/A2

K = 1/(40)

8, 988 · 109 m2/C2

Velocidad del sonido en el aire (20 °C)

Cs

340 m/s

Constante de Planck

h

6, 626 · 10-34 J2

Constante de Stephan-Boltzman



5, 67 · 10-8 W/(m2/K4)

Constante de Wien

Kw

2, 898 · 10-3 mK

Constante de Rydberg

RH

1, 097 · 107 m-1

Constante de Boltzmann

KB

1, 38066 · 10-23 J K-1

Radio de Bohr

a0

5, 29 · 10-11 m

Longitud de onda Compton del electrón

e

2, 46 · 10-12 m

Aceleración de la gravedad terrestre (valor estándar)

Constante de Coulomb

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FACTORES DE CONVERSIÓN

Longitud

Masa

1 metro (m) = 39.37 = 3.281 ft = 6. 214 x 10-4 mi = 1010 Å

1 kg = 2.205 lbm = 0.06852 slug

1 in = 0.02540000 m

1 lbm = 0.4536 kg = 0.03108 slug

1 ft = 0.3048 m

1 slug = 32.17 lbm = 14.59 kg Energía

1 mi = 1609 m 1 milla náutica = 1852 m = 1.1508 mi = 6076.10 ft -3

1 kcal = 4186 joules = 3.968 Btu = 3087 ft · lb

1 mil = 10 in

1 eV = 1.602 x 10-19 joule; 1 uma = 931.48 MeV

1 rod = 16.5 ft; 1 braza = 6ft

1 kW · h = 3.6 x 106 x 106 joules = 3413 Btu = 860.1 kcal

Tiempo

Trabajo

1 año =365.2422 días = 8.766 x 10-3 h x 5.259 x 105 min

1 joule (J) = 0.2389 cal = 9.481 x 10-4 Btu

1 día sideral (período de revolución de Tierra) = 86, 164 s Fuerza

Volumen

1 newton (N) = 105 dinas = 0.1020 kg n = 0.2248 lb

1 galón (US) = 231 in3 = 3.79 litros

1 lb (fuerza) = 4.448 N = 0.4536 kg n = 32.17 poundals

1 litro = 1.000028 x 10-3 m3 = 61.02 in3 = 0.26 galón (US)

FORMULAS DE FÍSICA GENERAL v= d t

 Trabajo (T)

Partiendo del reposo

v=a·t

 Potencia

No partiendo del reposo

v = vo + a · t

 Velocidad instantánea (v)

T=f·e T = f · e · cos 

 Movimiento uniformemente acelerado

 Energía cinética

 Movimiento uniformemente retardado v = v - a · t o

 Energía potencial

 Movimiento circular uniforme

v = 2 · n

 Cantidad de calor (Q)

 Velocidad tangencial

v = 2 · r · n m · m’ v=G· d2

 Ley de la Gravitación Universal  Caida libre de los cuerpos v=g·t

v = √2 · g · h

 Fuerza  Fuerza centrífuga

2 f= m·v r

Q=c·m· t v= m v t =√ I g

 Densidad relativa  Movimiento pendular  Ecuación de los gases perfectos

P · v = vo · Po (1+ 1 · t) 273

v = √v2o + 2 · g · h f=m·a

P= T t 1 Ec = ·m·v2 2 Ep = m · g · h

 Ley de Gay Lussac v = vo (1+ 1 · t) 273

P = Po (1+ 1 · t) 273

2 2 f = m · · r = m · 2 · r r

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