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 PRACTICAS DE FISICA PRACTICAS DE FISICA Document Transcript

  • 1: 2010EL XYZ DE FÍSICA (CIENCIAS II) PROFR. RAMÓN EDUARDO FRANCO CUADERNO DE ACTIVIDADES 23/08/2010
  • 2:
  • 3: PROLOGO. Este cuaderno de actividades tiene como objetivo que el alumno aprenda a prender,promoviendo su participación activa en la construcción de sus conocimientos, a partir de sus ideas,nociones o experiencias previas respecto a problemas en particular, con el fin de que desarrolle yejercite sus habilidades. En está obra se busca estimular al alumno(a) para que participe en diversasactividades colectivas y desarrollen su capacidad de análisis.Las actividades han sido diseñadas con la idea de que el alumno(a) adquiera a través de una brevelectura o fuente de información aplique las técnicas de la lecto-escritura y desarrollar una visión de laFísica que le permita ubicar la construcción del conocimiento científico como proceso cultural. Elloimplica avanzar en la comprensión de que los conceptos que estudian son el resultado de un procesohistórico, cultural y social en el que las ideas y las teorías se han transformado, cambio que responde ala necesidad constante de explicaciones cada vez más detalladas y precisas de los fenómenos físicos.De esta manera, el cuaderno de actividades contribuye a los propósitos del programa de Ciencias II, esdecir, demandar la propuesta en la práctica de habilidades y actitudes, que contribuyen al desarrollo deuna formación científica básica y su relación con las demás asignaturas.Las actividades a lo largo del cuaderno comprenden experimentos, cuestionarios, ejercicios, resoluciónde problemas, laberintos, sopa de letras, construcción y análisis de gráficos. Cuenta con instruccionesclaras para que pueda realizarse individual y colectivamente, dentro y fuera del aula. De está manera sepromueve que el estudiante construya sus conocimientos y que desarrolle, ejercite habilidadesnecesarias para abordar y comprender los contenidos del programa de la asignatura de Ciencias II.Al elaborar este cuaderno de actividades, además de haber recurrido a la información bibliográfica, hequerido dejar constancia de mis conocimientos y experiencias obtenidas durante muchos años deimpartir está materia.Con la participación del maestro(a), alumnos(as) y padres de familia es indiscutible que el procesoenseñanza-aprendizaje, se facilite, mediante el uso adecuado de este recurso didáctico, se espera quelos alumnos(as), adquieran las herramientas y habilidades en un panorama amplio de la asignatura.Finalmente se anexan temas de importancia de la Física y las ecuaciones más utilizadas durante elciclo escolar y a su ves el proceso de cómo ir despejando las ecuaciones.Espero que este material resulte útil e interesante, de tal manera que con los conocimientos,experiencias y orientación del(a) profesor(a) y la buena disposición de los padres de familia en estarpendientes del avance en competencias y trabajo colaborativo se logre que el curso sea todo un éxito. PROFESOR: RAMÓN EDUARDO FRANCO. LIC. EN EDUCACIÓN, ESPECIALIDAD EN CIENCIAS NATURALES.
  • 4:
  • LA PERCEPCIÓN DEL MOVIMIENTO 5: Todo el Universo se encuentra en constante movimiento. Los cuerpos presentanmovimientos rápidos, lentos, periódicos y azarosos. La tierra describe un movimiento de rotacióngirando sobre su propio eje, al mismo tiempo describe un movimiento de traslación alrededor delSol. La luna gira alrededor de la tierra, los electrones alrededor del núcleo atómico. Así, a nuestroalrededor siempre observaremos algo en movimiento: niños corriendo y saltando, nubesdesplazándose por el cielo, pájaros volando, árboles balanceándose a uno y otro lado por un fuerteviento. Todo es movimiento. La Mecánica es la rama de la física encargada de estudiar losmovimientos y estados de los cuerpos. Se divide en dos partes: 1.- Cinemática, estudia lasdiferentes clases de movimiento de los cuerpos sin atender las causas que lo producen.2.- Dinámica, estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos.Un cuerpo tiene movimiento cuando cambia su posición a medida que transcurre el tiempo.Para lo cual es necesario que entiendas los siguientes conceptos:MOVIMIENTO: Es el cambio de posición de un cuerpo en el espacio.TRAYECTORIA: Es la línea que describe en el espacio un cuerpo en movimiento.DESPLAZAMIENTO: Es la distancia en línea recta entre dos posiciones de un cuerpo que se mueve. Trayectoria DesplazamientoEl movimiento se clasifica según su trayectoria en: RECTILÍNEO, cuando la trayectoria es unarecta; CURVILÍNEO, cuando la trayectoria es una curva.El movimiento también puede clasificarse por su forma en: UNIFORME, cuando recorre distanciasiguales en tiempos iguales y ACELERADO, cuando en iguales tiempos recorre distancias diferentes.Otra forma de clasificar el movimiento es según el marco de referencia, en ABSOLUTO, cuando secompara el movimiento de un cuerpo respecto a otro que se considera fijo (en reposo).En RELATIVO; cuando se compara el movimiento de un cuerpo respecto de otro que también semueve.* En realidad el sistema de referencia absoluto no existe, porque todo se encuentra en constantemovimiento
  • ACTIVIDAD N° 1 6:Con el propósito que desarrolles tu habilidad locomotora, sigue la trayectoria para encontrar eldesplazamiento de cada uno de los laberintos.
  • 7: RECUERDA QUE: Un cuerpo tiene movimiento cuando realiza un cambio de lugar en función del tiempo. El estudio de la cinemática posibilita conocer y predecir en qué lugar se encontrará un cuerpo, qué velocidad tendrá al cabo de cierto tiempo, o bien, en qué lapso de tiempo llegará a su destino. El sistema de referencia puede ser absoluto si considera un sistema fijo de referencia, o relativo si considera móvil al sistema de referencia. En realidad, el sistema de referencia absoluto no existe, pero resulta útil considerar los movimientos que se producen sobre la superficie de la Tierra, suponiendo que estuviera fija. El movimiento rectilíneo es el más sencillo de todos y es el que realiza cualquier cuerpo que se mueva en una trayectoria recta. Una magnitud escalar es aquella que queda perfectamente definida con solo indicar su cantidad expresada en números y la unidad de medida, se requiere indicar claramente la dirección y el sentido en que actúan. Por ejemplo, el desplazamiento, la fuerza, la velocidad, la aceleración, etc. Cualquier magnitud vectorial puede ser representada gráficamente por medio de una flecha llamada vector, la cual es un segmento de recta dirigido. Cuando se gráfica en un sistema de coordenadas cartesianas o rectangulares los datos de la posición de un cuerpo en función del tiempo que utiliza para realizarlo, al unir los puntos, la recta o curva obtenida representa la velocidad del cuerpo. La velocidad de un cuerpo la podemos determinar con la siguiente expresión matemática: velocidad = distancia recorrida/tiempo transcurrido Cuando un móvil sigue una trayectoria recta en la cual recorre distancias iguales en tiempos iguales, efectúa un movimiento rectilíneo uniforme. La velocidad media de un móvil se determina con la siguiente expresión matemática: velocidad media = distancia total recorrida/tiempo total transcurrido. ACTIVIDAD Nº 2 Reúnete con tu equipo de trabajo y realicen el siguiente trabajo: 1.- ¿Cómo explicas lo que se entiende por movimiento de un cuerpo?__________________________ ___________________________________________________________________________________ 2.- ¿En qué casos se dice que un cuerpo sigue movimientos rectilíneos y cuando uno curvilíneo? Rectilíneo__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Curvilíneo__________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 3.- ¿Cuál es la importancia del estudio de la cinemática?____________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________
  • 8:4.- ¿Da un ejemplo práctico en donde se utilice un sistema de referencia absoluto, para describir elmovimiento de uncuerpo.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5.- ¿Cuál es la diferencia entre distancia y desplazamiento?Distancia______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Desplazamiento_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________6.- ¿Cuál es la diferencia entre rapidez y velocidad de un móvil?Rapidez_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Velocidad_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7.- En el siguiente sistema de coordenadas cartesianas en el que se representan los cuatro puntoscardinales (norte, sur, este y oeste).utilicen una escala conveniente y realicen el siguiente ejercicio.a).- un perro camina 4 m al este, después camina 3 m al norte y finalmente 2 m al oeste. Determinen:¿Cuál fue la distancia total que recorrió? Y ¿Cuál fue su desplazamiento? Norte Oeste Este Sur Distancia total___________________________________________________________ Desplazamiento total_____________________________________________________
  • UTILIZACIÓN DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES DE LA FÍSICA 9: LA LONGITUD Las longitudes una magnitud de los cuerpos y una dimensión del espacio. Se mide calculandola distancia en línea recta entre dos puntos. a b La longitud es una magnitud que puede expresarse de diferentes modos:a).- Como separación o proximidad entre dos cuerpos: lb).- Como altura de un cuerpo: hc).- Como profundidad: º pd).- Como las tres dimensiones de un cuerpo; largo, ancho y espesorLa unidad fundamental para medir longitudes es metro su símbolo es ―m‖ para medir longitudes sehan diseñado diferentes aparatos como son:a).- Micrómetro: Aparato para medir espesores o diámetros hasta centésimas de milímetros.b).- Tornillo micrométrico: Instrumento utilizado en los microscopios y anteojos para medirdistancias muy pequeñas.c).- Calibrador vernier o pie de Rey: Instrumento utilizado por los mecánicos para medir espesores,diámetros interiores, exteriores y profundidades; en piezas como tornillos, barras, tubos esferas, etc.d).- Flexómetro: Es una cinta metálica graduada comúnmente utilizada en el hogar, carpintería,herrería, construcción, etc.
  • ACTIVIDAD Nº 3 10: Contesta correctamente las siguientes cuestiones:a).- ¿Qué es la longitud?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Escribe tres modos de expresar la longitud:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- ¿Cuál es la unidad fundamental para medir la longitud?__________________________________d).- ¿Cuál es el símbolo para representar la unidad de longitud? _______________________________e).- Escribe el nombre de tres instrumentos para medir longitudes._______________________________________________________________________________________________________________Realiza las siguientes mediciones de longitud: Reúnete con otros compañeros y consigan unaregla o Flexómetro para hacer su actividad. LONGITUD NOMBRE DEL NOMBRE DEL NOMBRE DEL MEDIDA EN (cm) COMPAÑERO 1 COMPAÑERO 2 COMPAÑERO 3 Altura del alumno Largo del zapato Anchura de su cuarta Longitud alcanzada al dar un paso normal Altura máxima del salón de clases Altura de la puerta Largo o ancho de la ventana
  • 11: LA MASA La masa es una magnitud física fundamental que tiene que ver con la cantidad de materiaque contiene un cuerpo. La masa es una medida de la inercia, esto quiere decir que mientras mayor cantidad de masacontiene un cuerpo cuando se le aplica una fuerza, mayor resistencia opone a cambiar su movimientoque un cuerpo que tenga menor cantidad de masa. La masa es una propiedad invariable; es decir, que no cambia en cualquier parte que seencuentre, así un astronauta tendrá la misma cantidad de masa en la Tierra que en la luna o en Marte. Al observar los cuerpos de nuestro entorno podemos hacernos la siguiente pregunta:¿Puede tener más masa un cuerpo pequeño que uno grande?Busquemos una respuesta experimental para esta pregunta. Lo que podemos hacer es lo siguiente:a).- conseguir cuerpos de diferente tamaño pero del mismo material y comparar sus masas usando unabalanza.b).- Conseguir cuerpos de diferente tamaño y diferente material; Comparar su masa usando unabalanza. Igual que el caso anterior.Como puedes darte cuenta la balanza se inclinara del lado que se encuentre el cuerpo con mayormasa. La balanza es un instrumento utilizado para comparar la masa o cantidad de materia de dos omás cuerpos. También podemos utilizarla para hacer medición, para lo cual necesitamos elegir unaunidad. La unidad fundamental para medir la masa es el gramo su símbolo es ―g‖ pero como el gramo esuna unidad muy pequeña, el SISTEMA INTERNACIONAL toma como unida el kilogramo ―Kg‖. Para grandes cantidades de masa se utiliza otra unidad llamada tonelada equivalente a 1000 Kg
  • ACTIVIDAD Nº 4 12: Determina con la ayuda de una balanza, la masa de los siguientes cuerpos. Escribe su valor engramos y en kilogramos, recuerda que un kilogramo tiene mil gramos, es decir 1 kg = 1000g y por lotanto, un gramo equivale a la milésima parte de un kilogramo, es decir: 1g = .001 kg CUERPO MEDIDO MASA EN GRAMOS (g) MASA EN KILOGRAMOS (kg) Trozo de madera Pelota de esponja Trozo de hierro Objeto de vidrio Objeto de plástico Trozo de plastilina Esfera de unicel Objeto de aluminio Objeto de bronce Trozo de tela ACTIVIDAD Nº 5 Contesta correctamente las siguientes cuestiones:a).- ¿Qué es la masa? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- ¿Cuál es el nombre y símbolo de la unidad fundamental para medir la masa? _________________ _______________________________________________________________________________c).- ¿Qué unidad utiliza el Sistema Internacional para medir la masa?_____________________________________________________________________________________________________________d).- ¿Qué unidad se usa para medir grandes cantidades de masa?_______________________________ _______________________________________________________________________________e).- ¿Para qué sirve una balanza?________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________f).- ¿Qué tendrá más materia 100g de algodón o 100g de arena?_______________________________ _______________________________________________________________________________g).- ¿Qué cuerpo tendrá más masa 80g de unicel o 30 g plastilina? _____________________________ _______________________________________________________________________________h).- ¿Tendrán la misma masa dos calabazas que ocupan el mismo volumen, cuando a una se le havaciado toda la pulpa? Explica, porqué___________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________i).- Si tienes dos cajas iguales; una llena de tuercas metálicas y otra de esferas de unicel. ¿Cuál podrásmover más fácil? Explica porque________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________j).- Escribe una conclusión sobre esta actividad. ___________________________________________
  • EL TIEMPO 13: El tiempo es una magnitud física fundamental. El tiempo es un concepto difícil de definir.Todos hablamos de él, lo usamos, lo medimos, y hasta nuestra existencia esta marcada por el tiempo. Entonces entendemos que el tiempo es la duración de un fenómeno o el transcurrir entre unhecho y otro.POR EJEMPLO:  La duración de una canción  La duración de una clase  La duración de un ciclo escolar  La duración de una vuelta de la tierra sobre su eje  La duración de una vuelta de la tierra sobre el Sol  El transcurrir entre el relámpago y el trueno  El transcurrir entre el nacimiento de Cristo y el descubrimiento de América  El transcurrir entre salir de mi casa y llegar a la escuela  El transcurrir entre nacer y morir Después de entender qué es el tiempo, la siguiente pregunta es ¿Cómo medir el tiempo? A lolargo de la historia el ser humano ha inventado una gran cantidad de métodos e instrumentos paramedir esta magnitud. Pero hay una unidad de medida que a perdurado por siempre, el día, de ésta se derivan otrasunidades superiores, la semana, el mes, el año, el lustro, la década, el siglo, el milenio, etc. el día sedivide en horas, éstas en minutos y éstos en segundos. Las equivalencias son las siguientes: 1 día = 24 horas, 1hora = 60 minutos, 1 minuto = 60segundos: por lo tanto 1 día = 24hr = 1440min = 86400seg En Física la unidad fundamental de tiempo es el segundo, su símbolo es “s”, se mide conmayor precisión con un instrumento llamado cronómetro, los hay mecánicos y electrónicos demanera convencional se utiliza el reloj. ACTIVIDAD N°6Determine en minutos y en segundos, los tiempos promedio que transcurre en los eventos señalados. Evento Realizado Tiempo del evento en Tiempo del evento en minutos (min) segundos (s) Descanso entre clase y clase Duración de una clase Duración que tarda un profesor en llegar a clase Duración para ir al baño Jornada diaria en la escuela
  • 14: Contesta correctamente las siguientes preguntas:a).- ¿Qué es el tiempo?________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________b).- ¿Cuáles son los dos modos de entender el tiempo?_______________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________c).- Escribe dos ejemplos de tiempo, como duración de un fenómeno: __________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________d).- ¿Cuál es la unidad fundamental y símbolo para medir el tiempo?___________________________ _______________________________________________________________________________e).- Si las personas debemos dormir como mínimo 8 hrs. al día ¿Cuántos minutos estamosdespiertos?_________________________________________________________________________ EL ÁREA Y EL VOLUMEN El área se obtiene mediante la multiplicación de diferentes longitudes, como el largo y elancho. El área puede calcular la medida de una habitación, una cancha de fútbol, un terreno, unaparcela o un patio. La idea de área o superficie la tomamos de la observación de una de las caras de un cuerpo Las superficies pueden ser planas o curvas y pueden tener forma geométrica definida ototalmente irregular. La necesidad de medir superficies surgió desde la antigüedad, pues para poder cobrar losimpuestos a los campesinos era necesario saber la extensión de la tierra que habían trabajado; de estaactividad surgen los geómetras (medidores de las tierras). En la actualidad la necesidad de medir superficies abarca una buena parte de nuestro quehacercotidiano, por ejemplo:  El papel tapiz para una pared nos lo venden en metros cuadrados  Los vidrios de una ventana se compran en m2 o cm2  Un albañil cobra su trabajo: muros, loza, piso, aplanados, etc. por m2  El impuesto predial se cobra por m2 de construcción o baldío.  La impermeabilización de techos se cobra por m2 La unidad fundamental para medir superficies o áreas es el ―metro cuadrado‖ (m2) el cual esuna unidad derivada.
  • 15: 1m2 = 100 dm2 = 10 000 cm2 = 1 000 000 mm2 100 cm Para medir terrenos de cultivo se utiliza una Uni unidad agraria llamada ―área‖ se simboliza ―a‖ Y eqequivalente a 100 m2, aunque lo más común es un múltiplo de Está está conocido como: 1000 mm 10 dm hectárea = 100 áreas Hec 1 ha 1 ha = 100 a = 10 000 m2 1m Por supuesto que para medir superficies procuraremos que tengan figuras geométricas definidas y así poder aplicar las fórmulas correspondientes. b l h h h h r l b b B b A = l2 A=b.h A=b.h A = (B+b) . h A = b.h A = ¶ r2 2 2 EL VOLUMEN El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. Este espacio puede ser geométricamente definido o totalmente irregular. Espacio geométricamente definido Espacio geométricamente irregular En el caso de los cuerpos sólidos el volumen y la forma se conservan sin importar el recipiente que los contiene. En los líquidos el volumen se conserva pero la forma depende del recipiente que los contiene. Los gases no tienen volumen ni formas propias, ambos dependen del recipiente que los contiene. La unidad fundamental para la medición de volúmenes es el metro cúbico y su símbolo es (m3) 1 m3 = 1000 dm3 = 1 000 000 cm3 = 1 000 000 000 mm3 Convencionalmente el volumen suele medirse en ―litros‖ 1 litro = 1 dm3, por lo tanto 1cm3 = 1 mililitro (1 ml).
  • 16: 1000 mm 100 cm La medición del volumen de cuerpos con espacio geométricamente definido se hace aplicando fórmulas matemáticas. 1m 10 dmV = (Ab)(h) V= (Ab)(h) V= ¶.r2.h V= ¶.r2.h V=4¶.r3 3 3 3El volumen de cuerpos con espacio geométricamente irregular se mide ―por desplazamiento de unlíquido‖
  • ACTIVIDAD N°7 17: Propósito: Qué el alumno aprenda a establecer áreas y volúmenes en cuerpos geométricos.EJERCICIOS:1.- Para determinar el área o superficie de un cuadrado o de un rectángulo, se multiplica lado por lado,es decir A= l2; calcula el valor del área o superficie que se solicita.a).- ¿Cuál es el valor de su área o superficie de una cancha de básquetbol? has el dibujo de la figurageométrica.b).- Mide la figura de madera y específica ¿cuál es su volumen? has el dibujoc).- ¿Cuál es el volumen de una pelota de esponja? has el dibujo.d).- Determina el volumen de una lata de refresco, has el dibujo.Contesta correctamente las siguientes cuestiones:a).- ¿De dónde tomamos la idea de superficie o área?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- ¿Cuáles son las dos formas que puede tener una superficie?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- ¿Cuándo surge la necesidad de medir superficies?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- ¿Cuál es la unidad fundamental para medir la superficie?___________________________________________________________________________________________________________________e).- ¿Qué es el volumen?________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 18: f).- ¿Cómo puede ser geométricamente el volumen de un cuerpo?______________________________ __________________________________________________________________________________ g).- ¿Qué pasa con el volumen y la forma de los sólidos?_____________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ h).- ¿Qué pasa con el volumen y la forma de los líquidos?____________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ i).- ¿Qué pasa con el volumen y la forma de los gases?_______________________________________ __________________________________________________________________________________ _____________ _____________________________________________________________________ j).- ¿Cómo se llama el método para medir el volumen de cuerpos irregulares?____________________ _____________________________________________________________ _____________________ LAS COMPARACIONES Una tendencia natural de los seres humanos es tratar de comparar las cosas. Primero nos comparamos con el mundo natural que nos rodea y así adquirimos la idea de lo grande y lo pequeño. POR EJEMPLO: Una montaña es grande porque es muchas veces nuestro tamaño. Una pluma es pequeña porque nosotros somos muchas veces su tamaño. Después hemos buscado hacer comparaciones fuera de nosotros, es decir, establecer una relación de comparación entre la misma cualidad de los cuerpos. POR EJEMPLO: Comparamos los tiempos en que suceden dos fenómenos, el receso y una hora clase Comparamos la longitud de dos canchas, una de fútbol y otra de básquetbol Comparamos el volumen de dos cuerpos, un refresco maxilitro y un paupau Comparamos la superficie de dos cuerpos, el pizarrón y un cuaderno En física suelen compararse las magnitudes o dimensiones de dos cuerpos o fenómenos. Estas comparaciones se hacen matemáticamente a través de una división. OBSERVA. A B Para comparar estas dos tablas, vemos cuántas veces cabe la B en la A. Observamos que cabe 3 veces B en A por lo tanto, la comparación la podemos expresar de dos formas: 1.- La longitud de A es tres veces la de B A/B = 3 2.- La longitud de B es la tercera parte de A B/A = 1/3
  • ACTIVIDAD Nº 8 19:Escribe las dos maneras de expresar las comparaciones indicadas en cada inciso también su expresiónmatemática. Compara las alturas 1.- ______________________________________________________ ______________________________________________________ h1 2.- ______________________________________________________a).- h2 ______________________________________________________ V1 Compara los volúmenes 1.- _____________________________________________________ V2 _____________________________________________________ 2.- _____________________________________________________b).- _____________________________________________________ MEDICIONES Y PATRONES Desde tiempos muy remotos el hombre ha tenido la necesidad de medir, es decir, saber cuál esla magnitud de un objeto comparándolo con otros de la misma especie que le sirva de base o patrón,pero el problema ha sido encontrar el patrón de medida. Por ejemplo, se habló de codos, varas, pies,jemes, brazadas, para medir longitud; cuarterones, arrobas, quintales y cargas para medir masa; ylunas, soles y lustros para medir tiempo. Los países grandes y ricos establecieron nuevas medidaspropias para demostrar su poderío y autonomía, dando como resultado un serio obstáculo para elcomercio entre los pueblos debido a la diversidad de unidades de medida. Durante el siglo II a. C. hasta el siglo IV de nuestra era, a causa del dominio que ejercía elImperio Romano y al deseo de unificar las unidades empleadas, se utilizó la libra como unidad demasa y la barra de bronce, llamada pie, como unidad de longitud. En la edad media, siglo V y al sigloXV d. C. vuelve la anarquía en las unidades de medida. En 1795 se implanta el sistema MétricoDecimal como resultado de la Convención Mundial de Ciencia efectuada en Francia. Las unidadesfundamentales fueron: el metro, el kilogramo-peso y el litroDEFINICIONES DE MAGNITUD, MEDIR Y UNIDAD DE MEDIDAMagnitud: Se llama magnitud a todo aquello que puede ser medido. La longitud de uncuerpo (ya sea largo, ancho, alto, su profundidad, su espesor, su diámetro externo o interno), la masa,el tiempo, el volumen, el área, la velocidad, la fuerza, etc., son ejemplos de magnitudes. Lossentimientos como el amor, el odio, la felicidad, la ira, la envidia no pueden ser medidos, por tanto noson magnitudes.Medir: Es comparar una magnitud con otra de la misma especie que de manera arbitraria oconvencional se toma como base, unidad o patrón de medida.Unidad de medida: Recibe el nombre de unidad de medida o patrón toda magnitud de valorconocido y perfectamente definido que se utiliza como referencia para medir y expresar el valor deotras magnitudes de la misma especie. Una medición es una comparación entre dos porciones de una misma magnitud, una de lascuales se toma como patrón.
  • 20: a).- Cuando decimos que la escuela está a 6 cuadras de mi casa, estamos comparando dos longitudes, la distancia de la casa a la escuela y la longitud de una cuadra ésta última es el patrón. El patrón cabe 6 veces en la distancia de la casa a al escuela. El valor ―6‖ es la medida. CASA ESCUELA LONGITUD DE UNA CUADRA Cuando decimos que la dosis de algún medicamento es de 4 cucharadas al día, estamos comparando dos volúmenes; el que debe ingerir por día al paciente y el de una cucharada. El patrón es el volumen de una cucharada y cabe 4 veces en la dosis del paciente. El valor‖4‖ es la medida. Estos son sólo algunos ejemplos de la forma arbitraria en que elegimos patrones para hacer mediciones. Otros patrones que frecuentemente usamos son: pasos, gotas, cuartas, puños, brazos, pies, tazas, pizcas, cuando cuente hasta, etc. Como estos patrones no son iguales para todos, no pueden ser utilizados en el mundo científico; pues es fácil darse cuenta que las cuadras no son iguales en todos lados, ni las cucharadas tienen todas la misma capacidad, o que los pasos, los brazos y los pies de una persona son diferentes a los de otra. Por todo esto en física se han creado patrones universales que sirven como unidad de medida de las magnitudes. SISTEMA MÉTRICO DECIMAL El primer sistema de unidades bien definido que hubo en el mundo fue el Sistema Métrico Decimal, implantado en 1795 como resultado de la Convención Mundial de Ciencia celebrada en París, Francia. Este sistema tiene una división decimal y sus unidades fundamentales son: el metro, kilogramo-peso y el litro. Además, para definir las unidades fundamentales utiliza datos de carácter general como las dimensiones de la tierra y la densidad del agua. A fin de encontrar una unidad patrón para medir longitudes se dividió un meridiano terrestre en 40 millones de partes iguales y se le llamó metro a la longitud de cada parte. Por tanto, definieron al metro como la cuarenta millonésima parte del meridiano terrestre. Una vez establecido el metro como unidad de longitud sirvió de base para todas las demás unidades que constituyeron al Sistema Métrico Decimal, derivado de la palabra metrón que quiere decir medida. Una ventaja importante del Sistema Métrico fue su división decimal, ya que mediante el uso de prefijos como deci, centi o mili, algunos de los submúltiplos de la unidad, podemos referirnos a decímetro, como la décima parte del metro,(0.1m);a centímetro, como la centésima parte(0.01m); y a milímetro, como la milésima parte del metro(0.001m). Lo mismo sucede para el litro o el kilogramo, de manera que al hablar de prefijos como deca, hecto o kilo, algunos de los múltiplos de la unidad, podemos mencionar al Decámetro, Hectómetro o kilómetro como equivalentes a 10, 100 ó 1000 metros, respectivamente.
  • 21: SISTEMA CEGESIMAL ó CGS En 1881, como resultado del gran desarrollo de la ciencia y por supuesto de la física, se adoptaen el Congreso Internacional de los Electricistas realizado en Paris, Francia, un sistema llamadoabsoluto: el Sistema Cegesimal o CGS propuesto por el físico alemán Karl Gauss. En dicho sistema lasmagnitudes fundamentales y las unidades propuestas para las mismas son: para longitud el centímetro,para la masa el gramo y para el tiempo el segundo. En ese entonces ya se observaba la diferenciaciónentre los conceptos de masa y peso de un cuerpo, porque se tenía claro que el peso era el resultado dela fuerza de atracción gravitacional ejercida por la Tierra sobre la masa de los cuerpos. SISTEMA MKS En 1935, en el Congreso Internacional de los Electricistas celebrado en Bruselas, Bélgica, elingeniero italiano Giovanni Giorgi propone y logra que se acepte su sistema, también llamadoabsoluto, pues como magnitud fundamental se habla de la masa y no del peso de los cuerpos. Estesistema recibe el nombre de MKS, cuyas iníciales corresponden al metro, al kilogramo y al segundocomo unidades de longitud, masa y tiempo, respectivamente. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES En virtud de que en el mundo científico se buscaba uniformidad en un solo sistema de unidadesque resultara práctico, claro y acorde con los avances de la ciencia, 1960 científicos y técnicos de todoel mundo se reunieron en Ginebra, Suiza y acordaron adoptar el llamado Sistema Internacional deUnidades (SI). Este sistema se basa en el MKS. El sistema internacional tiene como magnitudes yunidades fundamentales las siguientes: para longitud al metro(m), para la masa al kilogramo (kg),para tiempo al segundo(s), para temperatura al grado Kelvin (k), para intensidad de corriente eléctricaal ampere(A),para intensidad luminosa la candela (cd) y para cantidad de sustancia al mol (mol).LA DEFINICION DEL METRO PATRON: La definición actual del metro patrón corresponde a 1 650 763.73 veces la longitud de la ondaluminosa emitida por el átomo de criptón de masa atómica 86, durante el salto de un electrón entre losniveles 2p10 y 5d5 y a lo largo de una descarga eléctrica. Esta nueva definición más precisa del metropatrón eliminó a al anterior que equivalía a la cuarenta millonésima parte del meridiano terrestre y queen realidad tenia una diferencia de 0.023% del valor de la barra correspondiente al metro patrón.¿Pero que es el metro patrón? Para la longitud se creó un patrón llamado metro que es la distanciaentre dos trozos paralelos, grabados cerca de los extremos de una barra metálica, fabricada con unaaleación de 90% de platino y 10% de iridio. Está se encuentra en Sévres, París.LA DEFINICION DEL KILOGRAMO PATRON: Primero se definió como la masa de un decímetro cúbico de agua pura en su máxima densidad(4ºC). Su definición actual es la siguiente: un kilogramo patrón equivale a la masa de un cilindro hechode platino e iridio, el cuál se conserva como modelo en la oficina Internacional de pesas y medidaslocalizada en Sévres, París, Francia
  • 22:LA DEFINICION DEL SEGUNDO PATRON: Se definió como la 1/86400 parte del día solar medio y como la 1/31 566 962 parte del primeraño trópico del siglo pasado(1900).Actualmente se define como la duración de 9 192 631 770 ciclos dela radiación de cierta transición del electrón en el átomo de cesio de masa atómica 133. El empleo del SI como único sistema que el hombre acepta a nivel científico y comercial en todoel mundo, representa no sólo el avance de la ciencia, sino también la posibilidad de emplear unlenguaje especifico para expresar cada magnitud física en una unidad de medida basada endefiniciones precisas respecto a fenómenos y situaciones naturales. Esperemos que en poco tiempo, con el progreso de la ciencia y de la humanidad, el único sistemautilizado por sus múltiples ventajas sea el Sistema Internacional de Unidades (SI). Actualmente, aún seutiliza, sobre todo en Estados Unidos, el Sistema Inglés (pie, libra y segundo) y el Sistema CGS;Además de los llamados Sistemas Gravitacionales, Técnicos o de Ingeniería, que en lugar de masa serefieren al peso como unidad fundamental ACTIVIDAD Nº 9En base en la lectura de mediciones y patrones contesta correctamente las siguientes preguntas:a).- ¿Qué es una magnitud?____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________b).- ¿Qué es una medición?____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________c).- ¿Qué es un patrón en una medición?_________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________d).- ¿Qué es medir?__________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________e).- Escribe 3 patrones arbitrarios para medir longitudes:____________________________________________ ______________________________________________________________________________________f).- Escribe 3 patrones arbitrarios para medir masa:_________________________________________________ ______________________________________________________________________________________g).- ¿Porqué razón en física se crearon patrones universales?_________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________h).- ¿Cuál fue el primer sistema de unidades que hubo en el mundo y en qué año se estableció?______________i).- ¿Qué significa la palabra metrón?____________________________________________________________j).- ¿Cuáles son las unidades que manifiesta el sistema CGS, adoptado en el Congreso Internacional de losElectricistas?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- Bajo qué condiciones se establece el Sistema Internacional de Unidades y en qué año?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________l).- De qué esta hecho el metro patrón que se encuentra en Sévres, París, Francia?___________________________________________________________________________________________________________________m).-¿Cómo se define el kilogramo en relación al agua?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 23:n).- ¿Qué es el kilogramo patrón?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ñ).- ¿Cómo se define el segundo patrón?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ UNIDADES FUNDAMENTALES Y PREFIJOS En física se ha llegado a la conclusión de que las unidades de cualquier magnitudpueden expresarse en función de siete magnitudes fundamentales: longitud, masa,tiempo, intensidad de corriente, intensidad luminosa, temperatura, y cantidad desustancia. Las unidades fundamentales del S.I. figuran en el cuadro de unidadesfundamentales. Acerca de los nombres y símbolos de las unidades, se han instituido lasreglas que se indican a continuación.1.- Todas las unidades se anotan con minúscula.2.- Existe un símbolo para cada unidad.3.- Solamente se escribe con mayúscula los nombres de las unidades que provienen deun nombre propio. Sistema Internacional de medidas unidad Magnitud Nombre Símbolo Longitud metro m Tiempo segundo s Masa kilogramo kg Intensidad de Ampere A corriente Temperatura Kelvin K Intensidad Candela cd luminosa Cantidad de Mol mol sustancia
  • 24: Para obtener unidades mayores y menores que las fundamentales se aplican algunas palabrasgriegas que se anteponen al nombre de la unidad, por lo cual se les llama prefijos..
  • 25: Estos prefijos se aplican ampliamente al metro y al gramo. MÚLTIPLOS SÚBMULTIPLOS decámetro (dam) decímetro (dm) hectómetro (hm) centímetro (cm) kilómetro (km) milímetro (mm) megámetro (Mm) micrómetro (µm) gigámetro (Gm) nanómetro (nm) terámetro (Tm) picómetro (pm) petámetro (Pm) METRO femtómetro (fm) exámetro (Em) attómetro (am) zetámetro (Zm) zeptómetro (zm) yottámetro (Ym) yoctómetro (ym) decagramo (dag) decigramo (dg) hectogramo (hg) centígramo (cg) kilogramo (kg) miligramo (mg) megágramo (Mg) microgramo (µg) gigágramo (Gg) nanógramo (ng) terágramo (Tg) GRAMO picógramo (pg) petágramo (Pg) femtógramo (fg) exágramo (Eg) attógramo (ag) zetágramo (Zg) zeptógramo (zg) yottágramo (Yg) yoctógramo (yg) minuto (min) decisegundo (ds) hora (hr) centísegundo (cs) día milisegundo (ms) mes microsegundo (µs) año SEGUNDO nanósegundo (ns) lustro picó segundo (ps) década femtósegundo (fs) siglo attósegundo (as) milenio zeptósegundo (zs) Eón yoctósegundo (ys)Observa que en el caso del tiempo los múltiplos no corresponden a los prefijos; aún siguen usándose unidades tradicionales.
  • 26: ACTIVIDAD Nº 10 Contesta correctamente las siguientes cuestiones.a).- Escribe las 7 magnitudes fundamentales:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Escribe las 7 unidades fundamentales:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- ¿Cómo se llama el sistema formado por las 7 magnitudes fundamentales?______________________________________________________________________________________________________d).- ¿Qué es un prefijo?_______________________________________________________________e).- ¿Cuál prefijo significa un millón?____________________________________________________f).- ¿Cuál prefijo significa una millonésima parte?__________________________________________g).- ¿Qué es un miligramo (mg)?________________________________________________________h).- ¿Qué es un centísegundo (cs)?_______________________________________________________i).- ¿Qué es un micrómetro (µm)?_______________________________________________________j).- ¿Qué es un decigramo (dm)?________________________________________________________k).-¿Qué es un decámetro (dam)?_______________________________________________________l).- ¿Qué es un Megámetro (Mm)?_______________________________________________________m.-¿Cuántos miligramos forman un gramo?_______________________________________________n.-¿Cuántos microsegundos forman un segundo?___________________________________________ñ.-¿Cuántos segundos hay en una hora?___________________________________________________o.-¿Cuántos metros hay en un hectómetro?________________________________________________p.-¿Cuántos gramos hay en un megágramo?_______________________________________________ 
  • LA VELOCIDAD 27: La velocidad y la rapidez generalmente se usan como sinónimos, no obstante que la rapidez esuna cantidad escalar que únicamente indica la magnitud de la velocidad; y la velocidad es unamagnitud vectorial, pues para quedar bien definida requiere que se señale, además de su magnitud, sudirección y sentido. Cuando un móvil sigue una trayectoria en línea recta, recorriendo distanciasiguales en cada unidad de tiempo, su rapidez y velocidad permanecen constantes; en cambio, si en unatrayectoria curva el móvil logra conservar una rapidez constante, por ejemplo 50km/h, su velocidad vacambiando, aunque su magnitud, o rapidez, no varía, pero su sentido si va modificándose. Enconclusión, cuando en física se habla de velocidad, no se refiere sólo a la rapidez con que se mueve uncuerpo, si no también en qué dirección lo hace. La dirección de la velocidad de un cuerpo móvil queda determinada por la dirección en la cualse efectúa su desplazamiento. La velocidad de un cuerpo puede ser constante o variable. Por ejemplo,un ciclista al inicio de una carrera va aumentando paulatinamente su velocidad durante algunos tramosen línea recta, la conserva constante; al subir una cuesta reduce su velocidad, misma que incrementadurante la bajada. Al final de la carrera, trata de incrementar al máximo su velocidad hasta llegar a lameta, después la va disminuyendo hasta detenerse totalmente.La velocidad es la relación entre el espacio recorrido por un cuerpo y el tiempo empleado enrecorrerlo. Se expresa mediante la relaciónV = d/t V = velocidad d = distancia t = tiempoLas unidades de velocidad son derivadas o compuestas por unidades de longitud entre unidades detiempo.cm⁄s ; m⁄s ; km⁄h; km⁄s; pies⁄s; yardas⁄s; etc.Si la velocidad es constante entonces el cuerpo recorre distancias iguales en tiempos iguales, es decir,el movimiento es uniforme.Cuando la velocidad varía, el movimiento es acelerado y por lo tanto, recorre distancias diferentes entiempos iguales.Cuando un cuerpo se encuentra en reposo su velocidad es cero y para iniciar el movimiento esnecesario aplicar una fuerza.En la naturaleza es muy difícil que un cuerpo se mueva con velocidad constante. Por ejemplo siviajamos de la casa a la escuela en bicicleta, el tráfico, las condiciones del camino, etc., impedirán quemantengamos una velocidad constante; por lo tanto, si medimos la distancia recorrida y la dividimosentre el tiempo empleado en recorrerla obtenemos la VELOCIDAD MEDIA del trayecto.Con la fórmula dada, es posible resolver algunos problemas sencillos de cálculo de la velocidad media,para lo cual debemos observar que en dicha fórmula aparecen tres variables, la distancia, el tiempo y lavelocidad, por lo tanto, hay tres tipos de problemas que se nos pueden plantear.a).- QUE NOS PIDAN LA VELOCIDAD.Un ciclista recorre 320 km en 8h ¿cuál es su velocidad media?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd = 320 km v=d⁄t v = 320 km ⁄ 8h v = 40km ⁄ ht=8hv=?b).- QUE NOS PIDAN LA DISTANCIA.Un auto conserva una velocidad media de 80 km/h ¿Qué distancia recorrerá en 4.5 h?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOv = 80km/h v=d/t d = (80km/h)(4.5h) d = 360 kmd=? DESPEJEt = 4.5 h d = (v)(t)
  • 28:c).- QUE NOS PIDAN EL TIEMPO.La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s ¿en cuánto tiempo escucharemos un sonido producidoa un kilómetro de nosotros?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOv = 340 m/s v=d/t t = 1000 m t = 2.95 st=? 340 m/sd = 1000 m DESPEJE t = d /v ACTIVIDAD Nº 11PROPÓSITO: Desarrollar en los alumnos la habilidad matemática, mediante la resolución de losproblemas cotidianos.Resuelve los siguientes problemas de velocidad.a).- Un auto recorre 273 km en 3h.¿cuál es su velocidad media?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- Un avión se desplaza con una velocidad media de 500km/h ¿qué distancia recorrerá en 1.3h?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOc).- Un corredor mantiene una velocidad media de 5m/s ¿cuánto tiempo tardará en recorrer 5000 m?exprese el resultado en minutos y en horas.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd).- La velocidad de la luz es de 300 000 km/s ¿qué distancia recorrerá en medio minuto?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 29:e).- Una persona camina con una velocidad media de 1.6 m/s ¿cuánto tiempo tardará en recorrer mediokilómetro?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO El maratón en la Olimpiada de 1936, en un recorrido de 42 km y 194 metros, fue ganado por unf).-muchacho japonés que hizo un tiempo de 2hr 29min 19seg. ¿Cuál fue su velocidad media en km/h ym/s?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOg).-En un juego de golf una pelota viaja con una velocidad de 0.90 m/s si la pelota llega al hoyodespués de 3.5 segundos de haber sido golpeada. ¿A qué distancia se encontraba el hoyo?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOh).- Un camión con una velocidad constante de 70 km/h ¿Qué distancia habrá recorrido a los25 minutos?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOi).- En que tiempo llegará la luz del sol a la tierra si recorre una distancia de 1.5X 1011m y sabemosque la velocidad de la luz es de 3 X 108m/s.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 30:j).- ¿Cuál será la velocidad media de un camión que recorre 1100 km en 14 horas?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOk).- ¿Qué distancia recorrerá un muchacho en una bicicleta en 15 minutos, si lleva una velocidad de 12m/s?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOl).- ¿En que tiempo un atleta recorre 45 km, si lleva una velocidad media de 5 m/s?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOm).- ¿Qué distancia recorrerá la tierra en 30 minutos si su velocidad media es de 29.8 km/s?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOn).- ¿Cuál será la velocidad de un tren que recorre 560 km en 6.5 hr?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • MOVIMIENTO ONDULATORIO 31: RECUERDA QUE: EL SONIDO Y SU PROPAGACIÓN La acústica es la parte de la Física que se encarga del estudio de los sonidos. Las ondas mecánicas son ocasionadas por perturbaciones y para su propagación en forma de oscilaciones periódicas, requieren de un medio material. Las ondas electromagnéticas se originan por oscilaciones extremadamente rápidas de un campo electromagnético y no necesitan de un medio material para su propagación, pues se difunden aun en el vacío, tal es el caso de las luminosas, caloríficas, y de radio entre otras. Una onda mecánica representa la forma como se propaga una vibración o perturbación inicial, trasmitida de una molécula o otra y así sucesivamente en los medios elásticos. Al punto donde se genera la perturbación inicial se le llama foco o centro emisor de las ondas. Los movimientos ondulatorios pueden ser longitudinales, si la partícula del medio material vibra paralelamente a la dirección de propagación de la onda, como las que se producen cuando al tirar un resorte, éste oscila de abajo hacia arriba. serán transversales si las partículas del medio material vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, tal es el caso de las que se producen al arrojar una piedra en un estanque. Las ondas también se pueden clasificar en lineales si se propagan en una sola dimensión, como las que se producen en una cuerda o en un resorte, superficiales, si se difunden en dos dimensiones, como las producidas en una lámina metálica o en la superficie de un líquido, tridimensionales, si se propagan en todas direcciones, como la luz, el calor y el sonido entre otras. La longitud de onda es la distancia entre dos frentes de onda que están en la misma fase. La frecuencia de una onda es el número de ondas que están en la misma fase. El período es el tiempo que tarda en realizarse un ciclo de una onda. La velocidad de propagación (V) de una onda es aquella con la cual se propaga un pulso a través de un medio. su expresión matemática es: V = λ / Τ ó V =(λ)(F) La reflexión de las ondas se presentan cuando éstas encuentran un obstáculo que les impide propagarse, chocan con él, cambian de sentido con una elongación contraria, sin modificar sus demás características. La refracción de las ondas se presentan cuando éstas pasan de un medio a otro de distinta densidad, lo que origina que cambien su velocidad de propagación y su longitud de onda, conservando constante su frecuencia. La difracción de las ondas se presentan cuando una onda encuentra un obstáculo en su camino y lo rodea o contornea. El sonido es el fenómeno físico que estimula al oído. En los seres humanos, se percibe cuando un cuerpo vibra a una frecuencia comprendida entre 15 y 20 000 ciclos/s. Una onda sonora se propaga por el aire, está constituida por una serie de compresiones y enrarecimientos sucesivos del aire, en la que cada molécula individual transmite la energía de la onda sonora a las moléculas que están cerca de ella. Sin embargo, una vez que pasa la onda sonora, las moléculas recuperan más su misma posición. El efecto Doppler consiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido, durante el movimiento relativo entre quien escucha y al fuente sonora.
  • ACTIVIDAD N° 12 32:Con el propósito de que interpretes correctamente cuáles son las características del movimientoondulatorio, realiza la siguiente: INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.1.- Reúnete con tu equipo de trabajo y respondan lo siguiente.a).- ¿Cuál es la diferencia fundamental entre una onda mecánica una ondaelectromagnética?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Si se observa un resorte al cual se le da un tirón provocándole expansiones y compresiones.Explica por qué razón se producen ondas longitudinales en el medio material, es decir, en el aire,debido al movimiento de abajo hacia arriba del resorte.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- Si se aprecia una piedra que es arrojada en un recipiente con agua. Explica por qué decimos quese forman ondas transversales en el agua.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- ¿Cómo puedes explicar, por medio de un ejemplo, que en las ondas mecánicas la que se desplazao avanza es la onda y no las partículas del medio material?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 33: e).- Explica por medio de un ejemplo, como se pueden producir ondas superficiales.______________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ f).- Explica cuál es la característica de la propagación de las ondas tridimensionales y da dos ejemplos de ellas: características:______________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Ejemplo 1__________________________________________________________________________ Ejemplo 2__________________________________________________________________________ g).- En la siguiente figura se muestran las características de las ondas transversales. Obsérvala y contesta que se entiende por: nodo λ Longitud de onda__________________________________________________ _________________________________________________________________ Elongación Frecuencia________________________________________________________ _________________________________________________________________ Período____________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Nodo______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Elongación__________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Amplitud de onda____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Cresta_____________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Valle______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Longitud de onda ____________________________________________________________________
  • 34: Velocidad de propagación_____________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Frecuencia__________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Para que expliques correctamente qué produce el sonido y como se trasmite, resuelve el siguiente: cuestionario. 1.- ¿Qué es el sonido?_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 2.- ¿Cómo se produce el sonido?________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 3.- ¿Cuándo es infrasónica una onda sonora?______________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 4.- ¿Cuándo es ultrasónica una onda sonora?______________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 5.-En al siguiente figura se muestra un timbre dentro de una campana de vacío. Explica por qué al extraer el aire que está dentro de la campana no se escuchará la alarma del timbre, aunque se produzca un sonido muy intenso. ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ 6.- ¿Se trasmite el sonido en los sólidos, líquidos y gases?.___________________________________ En caso de respuesta afirmativa, explica con ejemplos cómo se puede demostrar que el sonido se trasmite en los diferentes estados de agregación de la materia. Sólidos_____________________________________________________________________________ Líquidos____________________________________________________________________________ Gaseosos___________________________________________________________________________
  • 35: 7.- Escribe cuál es la velocidad de propagación del sonido en los siguientes medios y a qué temperatura se determina dicho valor: Aire:_______________________________________________________________________________ Agua:______________________________________________________________________________ Hierro:_____________________________________________________________________________ 8.- Observando y comparando los valores de la velocidad de propagación del sonido para diferentes medios, ordena de mayor a menor, en que estado de agregación se propaga más rápido el sonido: El sonido se propaga más rápido en el estado:_____________________________________________ Luego le sigue el estado:_______________________________________________________________ El estado donde se propaga a menor velocidad es el:________________________________________ La acústica es la parte de la física que se encarga del estudio de los sonidos. Los fenómenos acústicos, consecuencia de algunos efectos auditivos provocados por el sonido son los siguientes: Eco: se origina por la reflexión continua de un sonido que produce su repetición. Una aplicación del eco se tiene al medir la profundidad del mar, usando un aparato llamado sonar. Resonancia: se presenta cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con su frecuencia natural de vibración. El fenómeno se aplica en las cajas de resonancia de algunos instrumentos para aumentar el sonido original. Reverberación: se produce después de escuchar un sonido original, éste persiste dentro de un lugar. Se reduce empleando cortinas o cubriendo las paredes con corcho o alfombra. Efecto Doppler: Consiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente que produce las ondas. Por ejemplo, la sirena de la ambulancia en reposo emite ondas sonoras en todas direcciones a una frecuencia particular, cuando la ambulancia se mueve rápidamente conforme se acerca a nosotros, percibimos un mayor número de ondas por segundo y el sonido se aprecia más agudo. Cuando la ambulancia se aleja de nosotros llega un número menor de ondas, es decir, la frecuencia es menor y, por lo tanto, el sonido es más grave. Intensidad: Se refiere a la cantidad de energía que la onda sonora transmite y es numéricamente proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda. Cuando mayor sea la intensidad del sonido. Más fuerte lo oímos. Por intensidad los sonidos se dividen en fuertes y débiles. Y se mide en una unidad llamada decibeles (db). Tono: permite la clasificación en graves y agudos, como ya sabemos, el sonido se propaga en forma de ondas longitudinales, y es la frecuencia de la onda la que determina su tono. Una onda sonora que tiene una frecuencia pequeña tiene un sonido grave, como el producido por un tambor, mientras que
  • 36: una onda con frecuencia grande, tiene sonido agudo como el de un violín. Galileo Galilei fue el primero en notar esta relación entre frecuencia y tono. Timbre: Es la cualidad que permite distinguir entre sonidos de la misma intensidad y tono emitidos por instrumentos diferentes. Esta cualidad del sonido es la que nos permite distinguir los diferentes instrumentos de una orquesta o las voces de familiares y amigos. Pulsaciones: Cuando dos notas de un tono ligeramente distinto suenan al mismo tiempo, se escucha pulsaciones (batido). Este efecto puede producirse con dos diapasones, uno de los cuales esté ligeramente fuera de tono con respecto al otro, que se hacen sonar simultáneamente. Con ello, la intensidad del sonido sube y baja periódicamente. Llamamos sonido a la sensación que percibimos cuando las vibraciones son regulares, captadas de una forma continua durante cierto intervalo de tiempo y esta sensación es agradable. ACTIVIDAD Nº 13 PROPÓSITO: medición de la velocidad-tiempo en el MRU MATERIAL: 1 cronómetro 1 Flexómetro ¿Quién alcanza la máxima velocidad media del grupo? Formar equipos de 8 participantes, uno de los cuales será el cronometrista (medidor del tiempo) Marcar en el patio de la escuela una distancia de 400 m Cada uno de los 8 participantes recorrerá la distancia y el cronometrista medirá y registrará el tiempo de cada corredor Todo el equipo participará en el cálculo de las velocidades Consulta los resultados de los otros equipos del grupo para localizar al de mayor velocidad media Nombre del corredor distancia tiempo Velocidad media 400 m 400 m 400 m 400 m 400 m 400 m 400 m 400 m 400 m
  • ¿COMO ES EL MOVIMIENTO CUANDO LA VELOCIDAD CAMBIA? 37: Es la velocidad de un móvil en determinado instante. Hasta ahora hemos visto cuerpos que se mueven con velocidades constantes en el tiempo. Cuando viajamos en un automóvil, cuya velocidad va cambiando y observamos que en el velocímetro la velocidad va aumentando desde que parte del reposo, decimos que el movimiento no es uniforme. El movimiento de un cuerpo no siempre es uniforme, debido a que las fuerzas que lo modifican pueden ser diferentes. El movimiento de un cuerpo dependiendo de su velocidad puede ser: Uniforme o Variado Movimiento Uniforme.- cuando el móvil recorre distancias iguales en tiempos iguales. Movimiento Variado.- cuando el móvil va cambiando su velocidad a medida que transcurre el tiempo. Es decir experimenta una aceleración LA ACELERACIÓN Es el cambio de la velocidad en la unidad de tiempo. Si la velocidad aumenta, la aceleración es positiva. Si la velocidad disminuye, la aceleración es negativa. La aceleración es una magnitud vectorial, pues al igual que la velocidad tiene módulo, dirección, sentido y punto de aplicación. De acuerdo a la definición de la aceleración su fórmula es la siguiente: a = vf – vi a = aceleración t vf = velocidad final vi = velocidad inicial t = tiempo las unidades de aceleración son unidades de velocidad entre unidades de tiempo. Unidades de velocidad m/s = m/s2 unidades de aceleración Unidades de tiempo s Si un cuerpo aumenta su velocidad en la misma cantidad cada unidad de tiempo, se dice que tiene un movimiento uniformente acelerado v=0 v = 3 m/s v = 6 m/s v = 9 m/s v = 12 m/s A B C D E F 1s 1s 1s 1s 1s ¿Cuánto vale la aceleración e el intervalo A E? Incremento de velocidad de 0 m/s a 12 m/s, tiempo transcurrido 4 seg.
  • 38: Analizando: DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO vi = 0 a = vf – vi a = (12 – 0 ) m/s a = 3 m/s2 vf = 12 m/s t 4s t=4s a=? ¿Cuánto vale la aceleración en el intervalo B D? Incremento de velocidad de 3 m/s a 9 m/s, tiempo trascurrido en el intervalo B D 2 seg. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO vi = 3 m/s a = vf – vi a = (9 - 3) m/s a = 3 m/s2 vf = 9 m/s t 2s t=2s a=? Como podemos observar para cualquier intervalo del movimiento la aceleración es siempre 3 m/s 2 y por esto es un movimiento uniformente acelerado. En la fórmula de la aceleración intervienen cuatro variables, por lo tanto, hay cuatro tipos de problemas que nos pueden plantear: a).- qué nos pidan la aceleración, lo cual ya quedó demostrado en los ejercicios anteriores. b).- qué nos pidan la velocidad inicial: ―Un auto mantiene durante 5 segundos una aceleración de 3 m/s2 si al cabo de este tiempo alcanza una velocidad de 40 m/s ¿cuál será la velocidad inicial? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO t=5s a = vf – vi vi = 40 m/s – [(5 s) (3 m/s)]vi = 25 m/s a=3m/s2 t t= 4s DESPEJE vi =? t . a = vf - vi vi = vf – (t . a) c).- qué nos pidan velocidad final: ―Un auto parte del reposo con una aceleración constante de 3 m/s2. ¿Cuál será su velocidad al transcurrir 6 segundos?‖ DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO vi = 0 a = vf – vi vf = (3 m/s2) ( 6 s ) + 0 vf = 18 m/s vf = ? t t=6s DESPEJE a = 3 m/s2 a . t + vf – vi vf = a . t + vi d).- qué nos pidan el tiempo: ―Un avión parte del reposo con una aceleración constante de 10 m/s2 ¿en cuánto tiempo alcanzará una velocidad de 80 m/s?‖ DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO vi = 0 a = vf – vi t = (80 –0 ) m/s t=8s vf = 80 m/s t 10 m/s2 t=? a = 10 m/s2
  • 39: LAS ECUACIONES MATEMATICAS DEL MOVIMIENTO ACELERADO SON: Si el móvil parte con Si el móvil parte del reposo velocidad inicial a = vf – vi a = vf t t vf = vi + a . t vf = a . t d = ( vf + vi ) d = vf . t t 2 d = vi . t + a . t2 d = a . t2 2 2 2 a . d = vf – vi2 2 2 a . d = vf2 ACTIVIDAD Nº 14PROPÓSITO: desarrollar en el alumno la habilidad matemática.Resuelve los siguientes problemas de movimiento uniformemente acelerado.NOTA: recordar que las cantidades se pueden sumar o restar algebraicamente sólo cuandotienen las mismas unidades.a).- Un auto mantiene una velocidad constante de 20 m/s, de pronto acelera durante 5 segundos yaumenta su velocidad hasta 30 m/s ¿cuál fue su aceleración?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- Un ciclista parte del reposo con una aceleración de 3 m/s2 ¿qué velocidad llevará a los 10 seg?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 40:c).- Un motociclista parte del reposo con una aceleración constante de 5 m/s2 ¿en cuánto tiempoalcanzará una velocidad de 20 m/s?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd).- Un corredor parte del reposo y después de 8 segundos alcanza una velocidad de 32 m/s ¿cuál es suaceleración?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOe).- Un automovilista que se desplaza con una velocidad constante de 72 km/h disminuye su velocidada 36 km/h en 10 segundos. Calcula su aceleración en m/s2.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOf).- Un motociclista se desplaza hacia el Oeste de una población con una velocidad de 10m/s sincambiar de dirección y aumenta su velocidad hasta 30 m/s en 2 segundos. Determina su aceleración enm/s y km/h.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOg).- ¿Cuál será la velocidad final de un móvil que tiene una velocidad inicial de 50 cm/s y experimentauna aceleración de 8 cm/s2 durante 5 segundos?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 41:h).- Un muchacho en una patineta baja por una pendiente, si parte del reposo y alcanza una aceleraciónde 2m/s2 en 6 segundos. ¿Cuál será su velocidad final?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOi).- Un ciclista arranca desde el reposo y mantiene una aceleración constante de 0.5 m/s2. Encontrar:* ¿En qué tiempo recorrerá una distancia de 1.2 km?* ¿Qué velocidad llevará en ese tiempo?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOj).- Un automóvil que lleva una velocidad de 25 km/h aumenta su velocidad en 6 segundos. Si suaceleración es constante.* ¿Cuál será su aceleración?* ¿Qué distancia recorrió en ese tiempo?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOk).- Un camión que lleva una velocidad de 90 km/h al llegar a un semáforo aplica los frenos paradetenerse en 4 segundos. Encontrar:* Su aceleración* La distancia que recorrió para detenerse.* La velocidad que llevaba a los 3 segundos de aplicar los frenos.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 42: ACTIVIDAD Nº 15PROPÓSITO: que el alumno represente gráficamente las variables del M.U.A. con ejemploscotidianos.Supongamos que realizas un viaje con tu familia en automóvil y decides observar y medir el cambiodel kilometraje del coche en su desplazamiento. Para ello, llevas contigo un cronómetro. De está formaobtienes, aproximadamente, los siguientes datos: Velocidad 0 30 60 90 120 120 120 km/h Tiempo 0 10 20 30 40 50 60 (s)Transforma las velocidades que aparecen en la tabla a m/s, y escríbelas en la tabla siguiente.Nota:1 km = 1000 m1 hr = 3600 s30 km = 30 X 1000 = 8.33 m hr 1 X 3600 s Velocidad 0 8.33 m/s Tiempo 0 10 20 30 40 50 60 (s)2.- Calcula ahora la aceleración para cada tiempo y anota los datos en la siguiente tabla. aceleración 0 0.833 m/s2 Tiempo (s) 0 10 20 30 40 50 60a = vf – vi a = 8.33 – 0 m/s = 0.833 m/s2 t 10 s
  • 43:3.- Representa la gráfica de la aceleración frente a tiempo (a- t) a (m/s2) 8..33 t (s) 10 20Analiza la grafica obtenida y anota tus conclusiones:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.- Con los datos de la primera tabla:a) Determina la distancia recorrida por el móvil en cada intervalo._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ LAS APORTACIONES DE GALILEO: UNA FORMA DIFERENTE DE PENSAR Galileo Galilei, astrónomo, matemático y físico,AL GRAVEDAD al mundo un nuevo método ACELERACIÓN DEBIDA italiano, presentócientífico más digno de confianza ―El método Experimental‖, con el que nació una nueva era en laciencia. En ese tiempo el filósofo griego Aristóteles pensaba que los cuerpos pesados caían más aprisaque los ligeros. Galileo encontró que esa teoría estaba equivocada. Se cuenta que en una ocasión, que Galileo atrajo a una gran cantidad de gente a la torre inclinadade Pisa, donde él había subido por la escalera de caracol hasta el campanario en la parte superior;desde ahí dejó caer dos cuerpos, uno grande y el otro pequeño. Los cuerpos descendieron uno al lado del otro, golpeando juntos el suelo. Galileo comprobó quetodos los cuerpos grandes y pequeños, en ausencia de fricción del aire, caen a la tierra con la mismaaceleración. Los experimentos realizados en diferentes puntos de la tierra demuestran que la aceleracióndebida a la gravedad no es la misma en todas partes, sino que hay pequeñas variaciones, pero son tanpequeñas que no tienen ninguna consecuencia. El comité internacional de pesas y medidas ha aceptado como patrón el valor de 9.80665 m/s2 ó32.174 pies/s2 Para fines prácticos, utilizamos los siguientes valores de la aceleración de la gravedad: g = 9.81 m/s2 g = 981 cm/s2 g = 32 pies/s2
  • 44: Las ecuaciones matemáticas de caída libre son las mismas del movimiento acelerado,sustituyendo “a” por “g” y “d” por “h” Ecuaciones de caída libre Ecuaciones de caída libre cuando no hay velocidad inicial. Vf = vi + g . t V=g.t h = vf + vi t h = vf . t 2 2 Vf2 = vi2 + 2 g . t Vf = √ 2 g . h h = vi . t + g . t2 h = g . t2 2 2 ACTIVIDAD Nº 16PROPÓSITO: qué el alumno desarrolle habilidades para resolver problemas matemáticos.Resuelve los siguientes problemas de movimiento uniformente acelerado en caída libre.a).- Si un cuerpo se deja caer libremente ¿cuál será su velocidad a los 3 segundos?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- Una piedra cae desde un puente 8 m encima del agua* ¿Cuánto tiempo está la piedra en el aire?* ¿A que velocidad llega al agua?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 45:c).- Un costal de arena se deja caer desde un globo aerostático, choca contra el suelo con una velocidadde 180 km/h. Calcular:* ¿A que altura estaba el globo?* ¿Cuánto tiempo tardó el saco en caer?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd).- A un trabajador que se encuentra sobre un edificio elevado se le caen unas pinzas. Si las pinzascaen al suelo en 6 seg.¿Desde qué altura cayeron las pinzas?¿Con qué velocidad chocan las pinzas con el suelo?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOe).- Un objeto se deja caer desde un edificio y tarda en llegar al suelo 4.5 segundos. Calcular:* La altura del edificio* La velocidad con que llega al sueloDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 46:f).- Se deja caer una piedra desde una ventana de un edificio que se encuentra a 16 m con respecto alsuelo. Calcular:* ¿Qué tiempo tardará en caer al suelo?* ¿Con que velocidad llega al suelo?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADODATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 47: ACTIVIDAD N° 17Con los siguientes conceptos forma un mapa conceptual.Variable, Rectilínea, Trayectoria, Movimiento, Tiempo, Factores, Rapidez, Distancia, Curvilínea,Movimientos Uniformes, d/t, Constante, MOVIMIENTO FACTORES DISTANCIA TIEMPO TRAYECTORIA d/t RECTILÍNEA CURVILÍNEA RAPIDEZ CONSTANTE VARIABLE MOVIMIENTOS UNIFORMES
  • 48:
  • EL CAMBIO COMO RESULTADO DE LAS INTERACCIONES ENTRE OBJETOS. 49: A nuestro alrededor observamos que las cosas se mueven. Definitivamente hay algo que no podemos ver ni oír de manera directa, pero lo percibimos como un cambio debido a la interacción de las partes involucradas. La fuerza. La Física que es una ciencia dedicada al estudio de los fenómenos que se presentan en la naturaleza y se encarga de proponer modelos generales que intentan describir a los fenómenos, nos permitirá dar la respuesta a los cambios en la naturaleza. La idea que tenemos de fuerza proviene, inicialmente, de nuestra experiencia diaria; así, sabemos que necesitamos de una fuerza para jalar o empujar un objeto, también sabemos que algunas fuerzas se aplican mediante algunas herramientas. Sin embargo, en Física es indispensable contar con una definición más precisa de fuerza. Para ello, vemos los efectos que tiene la aplicación de una fuerza. Al jugar futbol o voleibol, se aplica una fuerza al golpear el balón para ponerlo en movimiento. Otras fuerzas se requieren para detenerlo o para que su movimiento cambie de dirección y siga diversos tipos de trayectoria: recta, curva, o quebrada, etc. Los cuerpos cambian su forma cuando se les jala, dobla o estira; si colgamos algunas pesas de un resorte, provocaremos un alargamiento que dependerá de las masas de las pesas. Por otra parte, para que un cuerpo se mantenga en el aire es necesario aplicar una fuerza que equilibre la fuerza con la que la tierra atrae a dicho cuerpo. De acuerdo con lo expuesto anteriormente, definiremos a las fuerzas como las causantes de que un cuerpo cambie su estado de reposo o movimiento, así como de presionar o producir deformaciones en ese cuerpo. Aristóteles consideraba que la fuerza es la causa del movimiento, es decir, únicamente mientras aplique fuerza se consigue movimiento. Esta idea aristotélica es errónea. La fuerza no es la causante del movimiento, la fuerza causa cambios en el estado del movimiento, esto es, una fuerza puede poner en movimiento un cuerpo que se encuentra en reposo, o en reposo un cuerpo en movimiento. La mecánica es la parte de la física que estudia el movimiento y se divide en dos ramas: la cinemática que estudia el desplazamiento, la velocidad, la aceleración y el tiempo recorrido, es decir, analiza el movimiento sin importar las causas que lo producen; y la dinámica que estudia las causas de reposo o movimiento de los cuerpos. RECUERDA QUE… Siempre que interviene una fuerza, existe una interacción entre dos cuerpos. existen fuerzas de contacto y fuerzas de acción a distancia. ACTIVIDAD N° 18 Con la finalidad de que puedas explicar qué son las fuerzas; cómo se produce la fricción y cuales son sus ventajas y desventajas, te invito a realizar la siguiente: INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1.- Consulta en tu libro de texto, en alguna enciclopedia o internet y contesta lo siguiente. a).- ¿Qué es una fuerza?_______________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ b).- ¿Qué es una fuerza de contacto?_____________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ c).- ¿Cuándo actúa una fuerza a distancia?________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
  • 50:d).- Cuando pateas una pelota explica si la fuerza es de contacto o a distancia y por qué:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- Explica si la fuerza es de contacto o a distancia cuando la Tierra ejerce una fuerza de atraccióngravitacional sobre las manzanas que se encuentran en las ramas de un árbol y por qué:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ UNA EXPLICACION DEL CAMBIO: LA IDEA DE FUERZA Recuerda que las cantidades físicas que sólo presentan una magnitud las llamamos cantidadesescalares o simplemente escalares, mientras que las cantidades físicas que se determinan por medio demagnitud, dirección y sentido las llamamos cantidades vectoriales o vectores. Las magnitudes físicas se clasifican en dos grupos: VECTORES Y ESCALARES1.- MAGNITUDES VECTORIALES: Son aquellas que constan de cuatro elementos, módulo, dirección,sentido y punto de aplicación.* Módulo.- es la medida de la magnitud. (Es la intensidad o longitud del vector de acuerdo con unaescala convencional)* Dirección.- está determinada convencionalmente por el ángulo de inclinación. (Puede ser horizontal,vertical o inclinada)* Sentido.- Indica el lugar hacia donde se dirige el vector se representa por una flecha, se indica conlos signos positivo (+) y negativo (–).* Punto de aplicación.- Es el punto donde la magnitud se aplica a un cuerpo. (Es el punto de origendel vector)
  • 51: Estas magnitudes se representan gráficamente por una flecha llamada vector.Vector: es un segmento de recta con una punta de flecha que indica el sentidoEjemplo de algunas magnitudes físicas que son vectoriales son: la velocidad, la fuerza, la aceleración,etc.Observa cómo se representa gráficamente una magnitud vectorial.a).- Representar 30 km/h  30° se elige primero una escala 10 km/h = 1 cmEnseguida se mide el ángulo en un plano cartesiano y se marca tantas veces como sea necesario paracompletar el valor dado: N (+) los ángulos se miden siempre a partir del eje horizontal positivo y en sentido contrario al movimiento de las manecillas del reloj. (-)O E (+) S (-)1.- MAGNITUDES ESCALARES: Son aquellas que carecen de alguno de los cuatro elementos de lasvectoriales y por lo tanto, no se puede representar gráficamente con un vector.Ejemplos de magnitudes escalares son: la longitud, la masa, el tiempo, la temperatura, etc. ACTIVIDAD Nº 19Representa gráficamente las magnitudes dadas en cada inciso elige una escala adecuada.a).- 50 km/h 45° b).- 250 km/h 90°c).- 1200 m/s 160° d).- 800 m/s 230°
  • 52: e).- 570 km/s 270° f).- 320 pies/s 345° RESULTANTE DE UN SISTEMA VECTORIAL, METODOS GRÁFICOS Cuando dos o más vectores tienen el mismo punto de aplicación se forma un SISTEMA VECTORIAL. Los sistemas vectoriales pueden ser de tres tipos: colíneales, paralelos y concurrentes o angulares Sistema colíneal de igual sentido Sistema colíneal de sentido contrario Sistema paralelo de sentido contrario Sistema paralelo de igual Sistema paralelo de igual sentidosentido Sistema concurrente o angular
  • 53:Colíneales.- los vectores tiene la misma línea de acción.Paralelos.- los vectores tienen líneas de acción paralelasConcurrentes.- las líneas de acción de los vectores forman ángulos diferentes de 0° ó 180°.Cada vector aplicado a un cuerpo ejerce un efecto, pero cuando se aplica un conjunto de vectores, esdecir, un sistema, el resultado no es un conjunto de efectos diferentes, es un sólo efecto provocado portodo el sistema, llamado RESULTANTE.MÉTODO GRÁFICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA COLÍNEAL DE IGUAL SENTIDO.Ejemplo: Un hombre viaja en una barca y rema hacia el este a una velocidad de 5km/h, al mismo tiempo lacorriente se mueve hacia el este, a una velocidad de 2 km/h. ¿cuál es la velocidad resultante? Escala 1cm = 1 km/ha) la barca se mueve hacia el este a 5 km/hb) la corriente también se mueve hacia al este a 2km/hc) la barca viaja hacia el este a una velocidad de 7km/h Este es el vector resultanteNota. El vector resultante: es el vector que puede sustituir a todo un sistema de fuerzasMÉTODO GRÁFICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA COLÍNEAL SE SENTIDO CONTRARIO.Ejemplo: El profesor de educación física pone a competir, a dos grupos de jóvenes a ver quien tiene mayorfuerza sobre una cuerda. El primer grupo lo componen 5 niños aplicando una fuerza de 50 kgf al Estey el segundo 3 niños aplicando una fuerza de 30 kgf al Oeste ¿Cuál es la fuerza resultante del sistema?a).- primer grupo aplica una fuerza de 50 kgf al Este 50kgfb).- segundo grupo aplica 30 kgf al Oeste 30kgfc).- la fuerza real del sistema es la diferencia entre las fuerzas = 20 kgf hacia el Este (porque es mayorla fuerza) 20kgfMÉTODO GRÁFICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA PARALELO DE IGUAL SENTIDO.Ejemplo:En este ejemplo los vectores tienen el mismo sentido, por tanto para encontrar el punto de aplicación de la resultante se deben de tomarlos siguientes puntos.* Transportamos la longitud del vector mayor sobre el menor.* Transportamos la longitud del vector menor sobre la línea del mayor pero en sentido contrario.* Trazamos la diagonal que une los extremos de las longitudes trasportadas y el punto donde cruza con la línea que une los puntos deaplicación de los vectores, ahí es el punto de aplicación de la resultante.* El valor de la resultante es la suma de los vectores, con el mismo sentido y dirección. VR V1 V2
  • 54:MÉTODO GRÁFICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA PARALELO DE SENTIDO CONTRARIO.Ejemplo:En este ejemplo los vectores tienen sentido contrario, por lo tanto para encontrar el punto de aplicación de la resultante se deben de tomarlos siguientes puntos.* Transportamos la longitud del vector mayor sobre la línea del menor.* Transportamos la longitud del vector menor sobre la línea de acción del mayor, pero en sentido contrario.* Trazamos una línea que una los extremos de las longitudes transportadas y el punto de aplicación de la resultante será donde interceptea la prolongación de la recta que pasa por los puntos de aplicación de los vectores originales.* El valor de la resultante es la diferencia de los vectores y tendrá el mismo sentido y dirección del vector mayor. V2 VR V1MÉTODO GRÁFICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.A).- Método del triángulo. Se utiliza para sumar como máximo dos vectores y consiste en colocar el segundo vector a partir del finaldel primer vector. El vector resultante se traza a partir del origen hacia el final del segundo vector. La magnitud de la resultante será medida de acuerdo con la escala utilizada.Ejemplo: ¿Cuál será la magnitud y dirección del vector resultante de dos fuerzas cuya magnitud y dirección es:5 N a 0° y 4 N a 90°?a).- Se trazan los ejes cartesianos ―x‖ y ―y‖b).- Se selecciona una escala ó se toma en cuenta la escala dada, 1 N = 1 cmc).- Se traza el primer vector a 0° y con una magnitud de 5 N = 5 cmd).- En el punto donde termina el primer vector, ahí se traza el segundo vector a 90° y con una magnitud de4 N = 4 cme).- En el punto donde termina el segundo vector, hacia el punto de origen se traza el vector resultante.f).- Se mide el vector resultante con la escala convenidag).- Se mide el ángulo del vector resultante para obtener la dirección y sentido. VR V2 V1
  • 55:MÉTODO GRÁFICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.A).- Método del paralelogramo. Este método se utiliza cuando se quiere encontrar la resultante de dos fuerzas que forman un ángulo.Ejemplo: Encontrar el vector resultante de dos fuerzas A y B que forman un ángulo recto de 5 kgf y 4 kgf Escala:1 kgf = 1 cma).- Se traza un vector paralelo al vector B en el extremo del vector Ab).- Se traza un vector paralelo al vector A en el extremo del vector Bc).- Se traza una línea desde el punto de origen al punto donde concurren las fuerzas paralelas, siendo esta líneael vector resultante.d).- Se mide el vector resultante en base a la escala dada o seleccionada y se mide el ángulo, con respecto al ejehorizontal positivo. V1 VR V2MÉTODO GRÁFICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.A).- Método del polígono. Este método gráfico se utiliza para obtener el vector resultante cuando 3 ó más fuerzas actúan sobre uncuerpo. Se trazan todos los vectores del sistema uno a continuación del otro. (Como en el método del triángulo) La resultante es el vector que une el origen con el fin del último vector. Se mide la longitud y se compara con la escala para determinar la magnitud. Se mide el ángulo con respecto al eje horizontal positivo del último vector.Ejemplo: Calcular la resultante del sistema V1 = 40 kgf 0°, V2 = 30 kgf 45°, V3 = 70kgf 180° Escala 1 cm = 10kgf VR V3 V2 V1
  • ACTIVIDAD Nº 20 56:PROPÓSITO: que el alumno comprenda la forma como se presenta gráficamente un vector.1.- Un barco navega hacia el Norte a una velocidad de 12 km/h, si sabemos que la velocidad de lamarea es de 5 km/h y dirigida hacia el Este, calcular la magnitud, dirección y sentido del vectorresultante. Con el método del triángulo. Escala 1 km/h = .5 cm2.- Un motociclista se dirige hacia el Norte con una velocidad de 50 km/h, la velocidad del viento esde 30 km/h soplando hacia el Oeste. Calcular la velocidad resultante, su dirección y sentido. Con elmétodo del paralelogramo. Escala 10 km/h = .5 cm3.- Un hombre camina 30 m al Sur y después 50 m al Este. Calcular su desplazamiento resultante, sudirección y sentido. Con el método del triángulo. Escala 10m = .5 cm4.- Encontrar la fuerza resultante de dos fuerzas de 60 kgf y 80 kgf que están a un ángulo de 100°, porel método del paralelogramo. Escala = 10 kgf = .5 cm5.- Encontrar la fuerza resultante, por el método del polígono, de 3 fuerzas. a).- 50 N a 0° b).- 60 N a60° y c).- 100 N a 120° Escala 10 N = .5 cm
  • 57:6.- Calcular la resultante, dirección y sentido del Sistema V1 = 120 kgf a 0°, V2 = 70 kgf a 180°identifica que tipo de sistema es: Escala 20 kgf = 1 cm7.- Calcular la resultante del sistema donde V1 y V2 están separados cierta distancia. V1 = 200 N a90° y V2 = 100 N a 90° . Escala 50 N = 1 cm8.- Calcular la resultante del sistema donde V1 y V2 están separados cierta distancia. V1 = 70 dinas 90°y V2 = 30 dinas 270°. Escala 10 dinas = 1 cm9.- Calcular la resultante, dirección y sentido del siguiente sistema por el método del triángulo.V1 = 40m a 35° y V2 = 30m a 130°. Escala 10m = 1cm10.- Calcular la resultante del siguiente sistema, dirección y sentido donde V1 = 30 N a 30°, V2 = 50 Na 270° y V3 = 80 N a 180°. Escala 10 N = 1 cm
  • ¿CUÁLES SON LAS REGLAS DEL CAMBIO DE MOVIMIENTO? 58: TRES IDEAS FUNDAMENTALES SOBRE LAS En términos generales, todos los movimientos están sometidos a las mismas reglas universales. Sin una fuerza resultante que actué para desequilibrar al sistema de fuerzas que interactúan en FUERZASlos cuerpos no hay aceleración y por lo tanto, tampoco habrá variación de la velocidad. Las leyes de Newton, se consideran de validez universal, es decir, se aplican incluso fuera denuestro planeta. Según su origen y características, las fuerzas pueden clasificarse en cuatro grupos:Fuerzas gravitacionales: son las que están presentes en el Universo, permiten a los planetas mantenersus orbitas y son las responsables de hacer que las cosas caigan. Están en función de la masa. A mayormasa, mayor será la fuerza de atracción que el cuerpo pueda ejercer sobre otros.Fuerzas electromagnéticas: su origen se debe a las cargas eléctricas. A deferencia de lasgravitacionales que siempre son de atracción, las electromagnéticas pueden ser de atracción y derepulsión.Fuerzas nucleares: divididas a su vez en nucleares débiles y nucleares fuertes, ocupan el tercer ycuarto grupo. La fuerza nuclear débil interviene en ciertas reacciones nucleares como la reactividad,mientras que las fuerzas nucleares fuertes se encargan de mantener cohesionados los núcleos de losátomos (manteniendo unidas sus partículas). LA MEDICIÓN DE LA FUERZA El peso de los cuerpos es una magnitud vectorial, su dirección siempre vertical y su sentidodescendente. El peso es una fuerza con dirección y sentido hacia el centro de la tierra. Campo gravitacional La tierra tiene un campo gravitacional de atracción que es más intenso mientras más se acerca asu centro y conforme se aleja es más débil, hasta llegar a un punto donde la atracción es casi cero.Es por esto que un cuerpo pesa más a nivel del mar que en lo alto de una montaña. El peso se define como el producto de la aceleración de la gravedad por la masa del cuerpo.Por tanto su ecuación matemática o fórmula es: p = m . gp = peso del cuerpo gravitacionalm = masa del cuerpog = aceleración de la gravedad Por tanto, si un cuerpo se encuentra fuera de un campo gravitacional su peso es cero. De la fórmula del peso podemos obtener dos conclusiones:a).- Si la gravedad es constante entonces a mayor masa mayor peso.b).- Si la masa es constante entonces a mayor gravedad mayor peso.
  • 59: El peso se mide convencionalmente en kilogramos y es numéricamente igual que la masa.Como la masa es una magnitud escalar y el peso es una magnitud vectorial, se utiliza la siguientenotación para distinguirlos. 10 Kg. = significa kilogramos masa 10 kgf = significa kilogramos fuerza o peso RELACIÓN ENTRE FUERZA, PESO Y MASAEl peso y la masa son dos conceptos distintos.Un ejemplo de la diferencia entre masa y peso sería:Un cuerpo en el espacio libre, sin que sobre él ejerciera ninguna fuerza de atracción gravitacional, elcuerpo tendría masa, pero no tendría peso. Es el caso de los astronautas al viajar al espacio, fuera delos límites del campo gravitacional terrestre.Recordemos que la masa es la cantidad de materia que contiene un cuerpo. YEl peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional que ejerce la tierra sobre él.Ejemplo: Si una persona pesa 80 N quiere decir que la tierra ejerce sobre ella una fuerza de atracciónde 80 N, siendo el peso una fuerza, es una cantidad vectorial, que tiene la dirección hacia el centro dela tierra. La fuerza en función de su efecto, podemos definirla como:Fuerza: Agente externo capaz de modificar la forma física de un cuerpo o variar su movimiento. La masa sólo tiene magnitud, por lo que es una cantidad escalar. El peso y la fuerza ambas tienen dirección y sentido, por lo que son cantidades vectoriales. La magnitud del peso se expresa en unidades de fuerza. UNIDADES PARA MEDIR FUERZAS Para medir la intensidad de una fuerza se manejan comúnmente dos unidades el Newton y elKilogramo fuerza. Un kilogramo fuerza representa, la fuerza de gravedad que experimenta a nivel del mar uncuerpo cuya masa es de un kilogramo. masa = 1 kg peso = 1 kgf
  • 60:Un Newton representa, la fuerza necesaria para provocar una aceleración de 1 m/s 2 a un cuerpo cuya masasea 1 kg. a = 1 m/s2 a m = 1 kg F F=1N Existe una relación de equivalencia entre kilogramo fuerza y Newton: 1 kgf = 9.81 N Otra unidad para medir fuerza es la dina, la cual se define así:Una dina es la fuerza aplicada a una masa de un gramo que le comunica una aceleración de1 cm/s2 a = 1 cm/s2 F = 1 dina m=1gUna dina es una unidad de fuerza muy pequeña y por lo tanto poco usual. Comparada con el Newtones cien mil veces más pequeña. 1 N = 100 000 dinas ACTIVIDAD Nº 21
  • ACTIVIDAD Nº 21 61:Propósito: Qué el alumno desarrolle su capacidad visual y mentalEncuentra en la sopa de letras los siguientes conceptos: fuerza, sentido, dirección, magnitud,kilogramo fuerza, newton, dina, peso, gravedad, fricción, masa. a c m x r h s w t m f p l d b p ñ i u k t d i n a q m n b v c x z e p l g i u i o p l ñ s d n w g s a s g t m l s v f t g r a v e d a d t o d o z o x v q x v b r e t u h k j l d m a g a s ñ s e n t i d o w r t y g h q r ñ p a s w x d e r f v c b f m n r a x f z c v b n e w t o n f r b y c m f u e r d x q g b n m k o i y d x o x e x s i s d r t y u i o c p i v s f r w r r h c d s a m a e c r c q f a z p o e w t d f c a s a i x y m u d a r d c o l i s t s o s o s a c e e n c i c i m o x w a d v n v f r r a p a t i l l a m a l f o r m a y z z u l x o j o b r y s f g y m v h a s k d a n x m a g n i t u d b z a x d r l b x w x t e r r a s w q c s a m a z a l r a m o n d e l c a m
  • 62: LAS LEYES DE NEWTON O DEL MOVIMIENTO Desde que el hombre tuvo la posibilidad de reflexionar acerca del porqué del movimiento delos cuerpos, se obtuvieron algunas conclusiones como las del filósofo griego Aristóteles (384-322a.C.), quien de acuerdo con lo que podía observar señalaba que un cuerpo sólo se puede mover demanera constante si existe una fuerza actuando sobre él. Aun en nuestros días, para muchas personasesta afirmación es correcta, pues observan que un cuerpo cualquiera como es un sillón, una piedra, unamesa, florero, un bloque, etc., para seguir en movimiento se le debe aplicar una fuerza y en elmomento en que se deja aplicar se detienen. Fue muchos siglos después que Galileo Galilei (1564-1642), con base en sus experimentos,concluyo lo qué ahora sabemos, y es que la mesa se detiene porque existe una fuerza de fricción entrela mesa y el piso que se opone a su movimiento sin embargo, si la fuerza de fricción dejara de existir,al tenerse una superficie totalmente lisa y sin la resistencia del aire (fuerza viscosa), al darle unempujón a la mesa, ésta continuaría de manera indefinida en movimiento a la velocidad constante.Galileo enunció su principio de la inercia en los siguientes términos: En ausencia de la acción defuerzas, un cuerpo en reposo continuaría en reposo y uno en movimiento se moverá en línea recta avelocidad constante. El físico inglés Isaac Newton (1643-1727) aprovechó los estudios previos realizados por Galileoy enunció su primera ley de la Mecánica o ley de la Inercia en los siguientes términos.1ra ley (ley de la inercia) ―Todo cuerpo tiende a permanecer en estado de reposo o movimientouniforme a menos que una fuerza externa modifique dicho estado‖.2da ley (ley de la fuerza y la aceleración) ―la aceleración que recibe un cuerpo es directamenteproporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a su masa‖. a = f / m despejando f = m. aUn concepto importante que se deriva de esta ley, es que no puede haber aceleración sin fuerza.3ra ley (ley de la acción y la reacción) ―A toda fuerza de acción se opone una reacciónexactamente igual pero de sentido contrario‖.La fórmula de la 2da ley nos permite realizar cálculos físicos en problemas donde se requiere saber laaceleración que produce una fuerza determinada o la fuerza necesaria para obtener una ciertaaceleración en un cuerpo.Ejemplos: ¿Cuál es la fuerza que se requiere para generar en un cuerpo de 20 kg masa, una aceleraciónde 3 m/s2?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOm = 20 kg f=m.a f = (20 kg) (3 m/s2) f = 60 Na = 16 m/s2f =?
  • ACTIVIDAD Nº 22 63:PROPÓSITO: Verificar experimentalmente qué efectos produce en un sistema acelerado elmantener constante la masa cuando cambia la fuerza, y qué sucede cuando la masa es la que varía.Resuelve los siguientes problemas de aplicación de las leyes de Newton.a).- Un ciclista y su bicicleta tienen una masa de 65 kg. ¿Qué fuerza requiere para lograr unaaceleración de 3 m/s2?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- La máquina de un auto genera una fuerza motriz de 3000 N ¿cuál será la aceleración, si la masadel auto es de una tonelada?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOc).- A un cuerpo de 48 kg de masa se le aplica una fuerza motriz de 600 N ¿cuál será la aceleración?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOe).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a un cuerpo de 3 kg masa para imprimirle una aceleración de 5.3 m/s 2?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOf).- Un carro que pesa 500 kg está en reposo sobre una carretera horizontal. ¿Cuál será la fuerzarequerida para imprimirle una aceleración de 50m/s2?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 64:g).- Un bulto pesa 80 kg ¿cuál será la fuerza necesaria para comunicarle una aceleración de 2.5m/s2?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOh).- ¿Qué fuerza constante dará a una masa de 150g, una aceleración de 5cm/s2 despreciando lafricción?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOi).- Si despreciamos la fricción, que fuerza constante en Newton dará a una masa de 6 kg unaaceleración de 2.5m/s2DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOj).- Una masa de 5kg recibe una aceleración constante de 25 m/s2. Calcular la fuerza requerida en dinasy en Newton.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOk).- Una masa de 10 kg está bajo la acción de una fuerza de 10 000 dinas. Encontrar su aceleración.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • DEL MOVIMIENTO DE LOS OBJETOS EN LA TIERRA AL MOVIMIENTO DE LOS PLANETAS 65: A medida que el hombre primitivo desarrolló NEWTON LA APORTACION DE su inteligencia, sintió la necesidad de explicarseel porqué de las cosas que sucedían a su alrededor y encontrar respuestas a las siguientes interrogantes:¿Por qué el día y la noche? ¿Por qué el frío y el calor? ¿Por qué llueve? ¿Qué son los truenos? ¿Qué esel viento? ¿Por qué vuelan los pájaros? ¿Qué es la luna? ¿Qué es el sol? ¿Por qué tiembla? ¿Qué sonlos eclipses? ¿Qué son las estrellas? Estas y otras cuestiones eran un verdadero misterio antes que laFísica contribuyera, gracias a su estudio, a dar respuestas a las mismas. Sin embargo, no todo estáresuelto, pues aun en nuestros días no se tiene absoluta certeza sobre: ¿Qué es la luz? ¿Existe vida enotros planetas? ¿Qué somos? ¿De donde provenimos? ¿Adónde vamos? Pero confiamos que con losavances de la Física y de la ciencia en general algún día el ser humano podrá respondersatisfactoriamente a estas y otras preguntas. Para comprender el desarrollo de la Física es necesario mencionar brevemente algo de suhistoria: La Física tiene sus orígenes con los antiguos griegos, quienes trataron de explicarse el origen delUniverso y el movimiento de los planetas.500 años antes de la era cristiana, mientras Leucipo yDemócrito pensaban que todas las cosas que nos rodean, es decir, la materia, estaban constituidas porpequeñas partículas, otros explicaban que la materia estaba constituida por cuatro elementos básicos:tierra, aire, fuego y agua. Hacia el año 300 a.C. Aristarco ya consideraba el movimiento de la Tierra alrededor del sol; sinembargo, durante cientos de años predominó la idea de que la Tierra, carente de movimiento, era elcentro del Universo con todos los planetas y estrellas girando en torno a ella. Hasta el año 1500 de nuestra era se desarrolló un gran interés por la ciencia. Galileo Galilei,científico Italiano, llegó a comprobar que la tierra giraba alrededor del sol, tal como sosteníaCopérnico, astrónomo polaco. Además, Galileo construyó su propio telescopio y demostró que lasestrellas estaban a distancias fabulosas y debido a ello la mayoría resultaba invisible al ojo humano.También descubrió manchas en el sol, las cuales, al desplazarse lentamente, demostraron el giro deéste sobre su propio eje. Sin embargo, en Roma, la santa inquisición obligó a Galileo a retractarse deestas afirmaciones, pues chocaban completamente con las ideas religiosas contenidas en las sagradasescrituras. Galileo pasó sus últimos días en el retiro y murió en 1642, año del nacimiento de IsaacNewton. Newton, científico inglés, describió el movimiento de los cuerpos por medio de su ley de laGravitación Universal. Explicó que la fuerza de atracción llamada gravedad, existe entre dos cuerposcualesquiera, ocasiona la caída de las cosas al suelo y su permanencia sobre él, de la misma formacomo el sol retiene a los planetas girando a su alrededor en lugar de permitirles flotar en el espacio. A principios del siglo XIX, John Dalton consideró que todas las cosas estaban formadas porpequeñas partículas llamadas átomos, su idea fue aceptada por otro científicos constituyéndose laTeoría Atómica; consideraron también que los átomos se combinaban para formar moléculas.Posteriormente en 1896, Becquerel descubrió el desprendimiento de partículas más pequeñas en losátomos del elemento uranio, por lo cual pensó qué el átomo no era la partícula más pequeña, sino queestaba constituido por otras partículas.
  • 66: Esto motivó la realización de más experimentos atómicos como los de Thompson, Rutherford yBohr, quienes concluyeron en describir al átomo como un pequeño Sistema Solar; Así como losplanetas giran alrededor del sol, en el átomo los electrones de carga negativa giran alrededor delnúcleo, el cual está compuesto de protones con carga positiva y de neutrones sin carga eléctrica. El descubrimiento de la radiactividad abrió un nuevo campo para la Física: el estudio de laconstitución del átomo. Aparecieron las teorías: Cuántica de Planck, de la Relatividad de Einstein y dela Mecánica Ondulatoria de De Broglie. Actualmente el descubrimiento de nuevas partículas de vidamedia muy corta ha originado la Física Nuclear, cuyo objetivo es descubrir totalmente la constitucióndel núcleo atómico. ACTIVIDAD Nº 23 1.- Sobre la base de la lectura anterior de tu auxiliar didáctico, contesta correctamente lassiguientes preguntas y subraya con marca textos cada una de las respuestas.a).- ¿De donde proviene la palabra Física? __________________________________________________________________________________________________________________________________b).- ¿Por qué la Física es una ciencia experimental? ________________________________________ _______________________________________________________________________________c).- ¿Cómo trataron los antiguos griegos de explicarse el origen del universo y el movimiento de losplanetas?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- ¿En qué consistió la teoría egocéntrica?_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- ¿En qué consiste la teoría heliocéntrica? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- ¿Qué descubrimiento realizó Galileo Galilei con su telescopio, y qué implicaciones tuvo con lareligión católica el hecho de señalar que la tierra gira alrededor del sol?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 67:__________________________________________________________________________________g).- ¿En qué consiste la ley de la Gravitación Universal de Isaac Newton?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- ¿En qué consiste la Teoría Atómica de John Dalton? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________i).- ¿Cuáles fueron las principales aportaciones de: Becquerel, Thompson, Rutherford y Bohr?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- ¿Qué aporto Albert Einstein a la Física moderna? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- ¿Cuáles son las partículas que constituyen al átomo y como es su carga eléctricarespectivamente?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • LA FÍSICA DENTRO DEL CAMPO DE LA CIENCIAS NATURALES 68: El ser humano en su afán de lograr el conocimiento de las cosas en base en los principios y lascausas que les dan origen, ha logrado el desarrollo constante de la ciencia. Por ello, podemos afirmarque la ciencia es uno de los productos más elaborados de la actividad del ser humano, pues a través deella el hombre ha comprendido, profundizado, explicado y ejercido un control sobre muchos de losprocesos naturales y sociales. Sin embargo, esto no ha sido sencillo, se ha requerido de mucho tiempoy del esfuerzo de gran cantidad de hombres y mujeres que han dedicado su vida para lograr que hoy endía disfrutemos de un mejor nivel de vida, gracias a los aciertos y fracasos que tuvieron. Pero lahistoria continua y en nuestro país y en el mundo entero, existen investigadores dedicados a lograr quela ciencia siga avanzando para descubrir los secretos que aún encierra el universo, así como lograr unmayor bienestar del ser humano, al aplicar la ciencia a la tecnología para mejorar nuestra salud,alimentación, educación, transportación, comunicación, confort y esparcimiento. Vale la pena reflexionar acerca de los peligros que representa un mal uso de la tecnologíaaplicada, toda vez que por negligencia o premeditación, se pueden causar serios daños al ser humano ola naturaleza en general, por destrucción de bosques, fauna o contaminación del aire, tierra y agua. Los cambios que se producen en la naturaleza son estudiados por las ciencias naturales como laFísica, la Química, la Biología, la Astronomía, la Geografía física, que se caracterizan por estudiarhechos que tienen una causa y provocan un efecto. Por ejemplo, al frotarnos las manos, generamoscalor que se disipa en el medio ambiente; la frotación es la causa y la generación de calor es el efecto,esto lo estudia la Física, ya que es un fenómeno natural en el cual no hay ningún cambio en laconstitución de la materia. La química, por su parte, estudiará los fenómenos en los cuales si hay uncambio en la constitución de la materia, tal es el caso de encender un cerrillo y este se transforma enotra sustancia diferente. La biología se ocupa de estudiar a los seres vivos y los cambios que seproducen en ellos y en su habitad, mientras que la geografía física nos permite comprender lanaturaleza del medio que nos rodea, apoyándose en estudiar la forma de la tierra y la medición de susuperficie. La astronomía es una de las ciencias más antiguas, se le considera la madre de la Física,por que los griegos fueron los primeros en observar las estrellas y el movimiento de los astros. Lasmatemáticas juegan un papel muy importante en el estudio de la Física ya que puede cuantificar losfenómenos naturales, a través de la aritmética, trigonometría y álgebra. Y dar una explicación lógicadel acontecimiento.
  • ACTIVIDAD Nº 24 69: CUESTIONARIO: Anota una V en el paréntesis de la izquierda si el enunciado es verdadero o una F si es falso.1. ( ) La ciencia es una de las actividades más elaboradas del ser humano, ya que por medio de ella el hombre ha comprendido, profundizado, explicado y ejercido un control sobre muchos de los procesos naturales y sociales.2. ( ) La ciencia ha evolucionado gracias a las aportaciones de unos cuantos superdotados que no llegan hacer ni siquiera diez.3. ( ) En nuestro país y en el mundo entero, existen investigadores dedicados a lograr que la ciencia siga avanzando para descubrir los secretos que aún encierra el Universo, así como lograr mayor bienestar para la humanidad.4. ( ) La ciencia nunca es usada para causar daño al ser humano o la naturaleza en general.5. ( ) Los cambios que se producen en la naturaleza son estudiados por las ciencias sociales.6. ( ) L a Física, la Química, la Biología y la Geografía física, estudian hechos que tienen una causa y provocan un efecto.7. ( ) La ciencia se ha ido desarrollando gracias a las aportaciones que han hecho gran cantidad de seres humanos a lo largo del desarrollo de la civilización cuyo cúmulo de información y conocimiento la ha ido conformando.8.- ( ) Existe un solo método científico y es el que utilizan los investigadores nacionales y extranjeros. MODELOS DEL UNIVERSO CON BASE EN LAS TEORÍAS DE ARISTÓTELES, PTOLOMEO, COPÉRNICO, GALILEO, KEPLER Y NEWTON Encontrar la respuesta correcta y verdadera a una gran pregunta, suele llevarse mucho tiempo. Hay fenómenos que para encontrar una explicación los científicos han trabajado por muchos años, algunas explicaciones se han podido obtener después de siglos de investigación. Por ejemplo: El movimiento de los Astros. ¿Cómo se mueven los planetas y las estrellas? DESARROLLO HISTÓRICO DE LA EXPLICACIÓN. 1.- Aristóteles: (384-322 a.C.) Filósofo griego, fue el primero en explicar el movimiento de los cuerpos, consideró que todos los cuerpos, en la tierra tenían un movimiento natural en forma vertical ascendente o descendente según la proporción en que estuvieran compuestos de aire, tierra, fuego y agua. Para los cuerpos celestes consideró que estaban formados de una sustancia que se llamó éter, la cual imprimía a los cuerpos un movimiento natural en forma circular y por tal razón, se podía observar desde la Tierra, que los astros, incluyendo al sol, aparecen por el oriente y se ocultan en el poniente. Esta explicación suponía que la tierra era el centro del universo y que todos los astros giraban alrededor de ella sobre esferas perfectamente circulares con un centro común, la tierra. Esta teoría se le conoce como la teoría geocéntrica 2.- Claudio Ptolomeo:(90-168 d. C.) Astrónomo, matemático y geógrafo griego. Modificó la explicación de Aristóteles al decir que los astros se desplazaban con un movimiento basado en epiciclos y deferentes trayectorias circulares. Ptolomeo sigue considerando que la tierra está fija en el centro del Universo. 3.- Nicolás Copérnico: (1473-1543) Astrónomo polaco. Plantea por primera vez la idea de que la tierra se mueve con dos movimientos, uno alrededor de su eje y otro alrededor del sol, al cual considera fijo. Estas ideas no fueron aceptadas en su época pues le faltaron argumentos y técnicas para demostrar su hipótesis, además de que contradecía totalmente al sistema de Aristóteles y Ptolomeo al considerar a la tierra como un simple planeta más, moviéndose como los otros alrededor del sol. Estas circunstancias hicieron que nadie se interesara por la obra de Copérnico y aún más, que llegara a ser
  • 70:calificada como un atentado contra las sagradas escrituras. A esta teoría se le llama teoríaheliocéntrica4.- Galileo Galilei: (1564-1642) Astrónomo y físico italiano, comprobó el sistema heliostático deCopérnico al utilizar por primera vez un aparato para la observación astronómica (el telescopio).Corroboró que la tierra se mueve y que el sol está fijo. Descubrió las leyes de la caída de los cuerposcomprobando experimentalmente que los cuerpos más pesados no caen más rápido, como afirmabaAristóteles, sino que todos los cuerpos caen con la misma aceleración. La más importante aportaciónde Galileo es la creación del Método experimental5.- Johannes Kepler:(1571-1630) Físico y astrónomo Alemán. Corrige el sistema de Copérnico alconsiderar que las órbitas de los planetas no son circulares sino elípticas (forma de elipse). Sus grandesestudios le permitieron formular tres leyes sobre el movimiento de los planetas, las cuales actualmentesirven de base a la astronomía.1ra ley de Kepler: Todos los planetas se mueven alrededor del sol siguiendo órbitas elípticas, en lascuales el sol ocupa uno de los focos.2da ley de Kepler: El radio vector que enlaza al sol con un planeta recorre áreas iguales en tiemposiguales.3ra ley de Kepler: Los cuadrados de los períodos de revolución sideral de los planetas (t2) sonproporcionales a los cubos de sus distancias medias al sol (d3)Con sus leyes, Kepler explicó con precisión la cinemática del sistema planetario sin llegar a laexplicación dinámica del mismo, es decir, cuáles son las causas que lo originan, su contribución a laastronomía es digna de elogio si se considera que sus observaciones las realizó cuando todavía no seinventaba el telescopio.6.- Isaac Newton: (1642-1727) Físico, astrónomo y matemático de origen Inglés. Explica la razón porla cual la luna se mantiene girando alrededor de la tierra y los planetas alrededor del sol sin salirse desu órbita, esta explicación recibe el nombre de la ley de la gravitación universal. Se considera válidano sólo para la caída de los cuerpos en la tierra.Newton concibió la idea de que el sol también ejerce algún tipo de fuerza de atracción sobre losplanetas.Cada masa del universo atrae a cualquier otra, con una fuerza que es directamente proporcional alproducto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.Lo que Newton descubrió fue la ley de la Gravitación Universal que dice:―Dos cuerpos cualesquiera se atraen uno a otro directamente proporcional al producto de sus masas einversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa‖La ecuación matemática es F = α m1 m2 d2Incluyendo la constante de proporcionalidad, la ecuación se convierte en: F = G m1 m2 d2F = fuerzam = masad = distancia entre partículasG = constante de la gravitación universal
  • 71:P.R. Heyl y P Chizanowski, en el National Bureu of Standard de los Estados Unidos, obtuvieron en 1942 elvalor de ―G‖ actualmente aceptado. Si la fuerza se da en Newton, la masa en kilogramos y la distancia en metrosel valor de ―G‖ es: G = 6.673 X 10—11 m3 / km . s2 ACTIVIDAD Nº 25PROPÓSITO: Qué el alumno reflexione y analice la ley de la gravitación universal por medio de laresolución de problemas.a).- Encontrar la fuerza de atracción entre la luna y la tierra, si la masa de la luna es de 7.3 X 1022 kg, la masa dela tierra es de 6 X 1024 kg y la separación entre sus centros es de 3.9 X 108 mDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- Dos esferas de metal con una masa de 5 kg cada una, están colocadas a una distancia de suscentros de 1.2 m. Calcular la fuerza de atracción entre ellas.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOc).- Con que fuerza atraerá la tierra a un cuerpo de 50 kg que esta a 5 m de su superficie. La tierra tieneuna masa de 6 X 1024 kg y un radio de 6400 km.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd).- Determina la masa de la tierra, utilizando la ecuación de la gravitación universal, sabiendo que latierra ejerce una fuerza hacia a bajo de 980 dinas sobre cada gramo de masa sobre la superficie de latierra y que su radio es de 6370 km.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 72: FORMAS DE ENERGÍA En nuestra vida diaria, con frecuencia hablamos de trabajo y energía, e incluso losrelacionamos al señalar la importancia de una buena alimentación y un descanso apropiado, a fin demantener la energía necesaria para realizar nuestro trabajo. También decimos que para poder realizarun trabajo como cargar objetos pesados, debemos utilizar parte de la energía de nuestro cuerpo. Laenergía siempre ha estado estrechamente ligada con las actividades cotidianas del ser humano, toda vezque el hombre primitivo realizaba sus tareas utilizando primero la energía de su cuerpo.Posteriormente, aprendió a domesticar animales y a utilizar su energía y aprendió a usar la del vientopara la propulsión de sus barcos de vela; así como aprovechar la energía de las corrientes del agua alconstruir en los ríos, molinos de grano. A medida que la humanidad fue avanzando en el estudio de laciencia y su aplicación en la tecnología, se fueron descubriendo nuevas fuentes de energía y cómo sepueden transformar en otros tipos de ella, de tal manera que hoy en día, nuestras actividades lasrealizamos con mayor facilidad, mejorando nuestra calidad de vida. Con objeto de que reflexionesacerca de la enorme importancia que representa la energía en nuestra vida diaria. Identifica cuales delos siguientes tipos de energía que se han descubierto hasta ahora, y que utilizas con frecuencia. Energía Química: Se produce por la combustión de carbón, madera petróleo, gas natural,gasolina y otros combustibles. Es la que posee las sustancias en forma de enlaces químicos entre susátomos. Las principales sustancias poseedoras de energía química son los combustibles. Energía Eléctrica: Se produce cuando a través de un material conductor se logra unmovimiento o flujo de electrones. Los mejores conductores de la electricidad son los metales. Lacorriente eléctrica genera luz, calor y magnetismo. Energía calorífica: Es la que poseen todos los cuerpos, como resultado del movimiento internode sus moléculas. Un indicador de la intensidad del movimiento molecular es la temperatura. Energía luminosa: Es la producida por ondas electromagnéticas que se caracterizan por supropagación en el vació a una velocidad de 300 000 km/s, tal es el caso de las ondas de radio,televisión, los rayos gamma, rayos X, ultravioleta, infrarrojos o luminosos.
  • 73: Energía Eólica: Es la producida por el movimiento del aire y se aprovecha en los molinos deviento o en los aerogeneradores de alta potencia para producir electricidad. Energía Hidráulica: Se aprovecha cuando la corriente de agua mueve a un molino o la caídade agua de una presa mueve una turbina. Para producir energía eléctrica. Energía Sonora: Es la energía de las ondas sonoras, las cuales se producen por la vibración delos cuerpos, por ejemplo: la vibración de las cuerdas de una guitarra, del escape de un auto, lavibración del aire al chocar contra un cuerpo o pasar por algún orificio como en el caso de unatrompeta, etc. Energía Nuclear o Atómica: Es la originada por la energía que mantiene unidas a laspartículas en el núcleo de los átomos, misma que es liberada en forma de energía calorífica y radiantecuando se produce una reacción de fusión. Energía Magnética: Es la que tiene los cuerpos magnetizados; se manifiesta en el espacio quecircunda a dicho cuerpo; este espacio se llama campo magnético. Energía Mecánica: Es la que tienen los cuerpos cuando son capaces de interaccionar con elsistema del cual forman parte, para realizar un trabajo. Puede ser de dos tipos: potencial y cinética.a).- Potencial: Es la energía que tiene un cuerpo respecto de un plano inferior y se calcula con lasiguiente fórmula: Ep = m . g . hEp = energía potencialm = masa del cuerpog = aceleración de la gravedadh = altura respecto del planob).- Energía Cinética: Es la que tiene todo cuerpo en movimiento. Se calcula mediante la siguientefórmula: Ec = ½ mv2Ec = energía cinéticam = masa del cuerpov = velocidad del cuerpo La definición más general de energía es la siguiente: “Todo lo que existe en el universo es energía” Pero para los fines de estudio de la física se ha dado una definición más específica: ―Energía es todo aquello capaz de producir trabajo‖ Como la energía esta en constante cambio, la ley de la conservación de la energía dice:“la energía existente en el universo es una cantidad constante pues no se crea ni se destruye,únicamente se transforma” En general la energía se mide en unidades llamadas ―joule‖ aunque existen algunas otrasunidades como el ―ergio‖ y la ―caloría‖.
  • ACTIVIDAD Nº 26 74:PROPÓSITO: Identificar las formas de energía que presentan los sistemas físicos y sustransformaciones.Contesta correctamente las siguientes cuestiones.a).- ¿Cuál es la definición más general de energía?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- ¿Cuál es la definición más práctica de energía, para el estudio de la física?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- ¿Qué es la energía calorífica?_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía calorífica:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía química:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía mecánica:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía luminosa:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- Escribe el nombre de dos materiales que sean buenos conductores de la electricidad:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________i).- ¿Qué dice la ley de la conservación de la energía?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- ¿En qué unidades se mide generalmente la energía?________________________________________________________________________________________________________________________
  • 75:2.- Recorta y pega de la planilla (formas de energía) en cada recuadro el esquema de un aparato querealice la conversión de energía que se indica. Energía eléctrica a Energía Química a Energía Eléctrica a mecánica calorífica Sonora Energía Mecánica a Energía Química a Energía Eléctrica a Eléctrica Eléctrica Luminosa TRABAJO MECÁNICO En nuestra vida diaria es muy común escuchar comentarios como los siguientes: me costó muchotrabajo encontrar un desarmador justo a la medida para apretar un tornillo; fue mucho trabajo elrealizado para encontrar esta calle; fueron muchas horas de trabajo invertidas para poder diseñar estevestido; esa obra de arte lleva mucho trabajo manual. Otros dicen: para triunfar en la vida, ya sea comoobrero, empleado, técnico o profesional, se requiere, ante todo, hacer las cosas bien mediante untrabajo constante. Un cargador de bultos de cemento señala: estoy fatigado, fue un verdadero trabajosubir en dos horas todos los bultos al camión. Pero entonces, ¿qué es trabajo? Si esta pregunta se la hacemos a diferentes personas, nosencontraremos con una gran diversidad de respuestas, pues lo que para unos es trabajo para otros esuna diversión, pasatiempo, objeto de estudio o tema de interés. Para la física, el trabajo sólo tiene unainterpretación y es la siguiente. El trabajo es una magnitud escalar producida sólo cuando una fuerza mueve un cuerpo en sumisma dirección. Su valor se calcula multiplicando el valor de la fuerza aplicada en la mismadirección en que se efectúa el movimiento del cuerpo, por el desplazamiento realizado por éste. Si lafuerza causante del movimiento del cuerpo se encuentra totalmente en la misma dirección en la que seefectúa el desplazamiento, el trabajo se calcula con la siguiente expresión matemática. T=f.dT = trabajo mecánico en N . m = Joules ( J )f = fuerza aplicada en la dirección del desplazamiento en Newton ( N )d = distancia o desplazamiento del cuerpo en metros ( m )
  • 76: Se realiza un trabajo de un Joule cuando al aplicar una fuerza de un Newton a un cuerpo, éste sedesplaza un metro. De donde: 1 J = 1 N . m Si levantas un cubo que contenga arena con un peso de 1 N aproximadamente igual a 0.1 kgf ó100 gf, a una altura de un metro, habrás realizado un trabajo equivalente a 1 J = 1 N . m F=1N 1m Si el mismo cuerpo es empujado en forma horizontal, como se ve en el siguiente esquema conuna fuerza de 3 N, la cual es suficiente para vencer la fuerza de fricción y desplazarlo 2 m con unavelocidad constante. T=f.d f=3N T = (3 N) (2 m ) = 6 J d=2m Una persona levanta una maleta de 35 N desde el suelo hasta una altura de 1.8m. Calcular:a).- ¿Cuánto trabajo realiza?b).- ¿Si mantiene la maleta a la misma altura y camina horizontalmente sobre el piso 3 m, realizatrabajo?Solución:a).- Como la fuerza requerida para elevar la maleta a velocidad constante es igual y opuesta al peso dela misma, tenemos: T = f . d = (35 N) (1.8 m) = 63 Jb).- No realiza ningún trabajo, pues éste se produce sólo cuando un cuerpo se mueve en la mismadirección en que actúa la fuerza. En este caso el peso de la maleta está dirigido verticalmente haciaabajo, la fuerza para sostenerlo actúa verticalmente hacia arriba y como el desplazamiento eshorizontal, no existe una fuerza en la dirección del desplazamiento. Por tanto, si la persona quiererealizar más trabajo, sólo lo hará desde el punto de vista de la física si levanta más la maleta.Interesante ¿verdad?
  • ACTIVIDAD Nº 27 77:PROPÓSITO: Desarrollar en el alumno las habilidades del pensamiento y razonamientomatemático.Resuelve los siguientes ejercicios:1.- Una persona levanta una silla, cuyo peso es de 50 N, hasta una altura de 0.75 m ¿Cuánto trabajoefectúa?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- Determina el trabajo realizado al desplazar un bloque 3 m sobre una superficie horizontal, si sedesprecia la fricción y la fuerza aplicada es de 25 N.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- ¿Cuál será el peso de un cuerpo si al levantarlo a una altura de 1.5 m se ejecuta un trabajo de88.2 J?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Una persona desplaza un objeto 10 m con una fuerza de 60 N en el sentido del desplazamiento¿cuánto trabajo realizó?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- Una persona levanta un cuerpo de 40 kgf hasta una altura de 6 m ¿Cuánto trabajo realizó?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO6.- Un cuerpo de 120 kgf cae libremente desde 10 m de altura ¿cuánto trabajo mecánico habrádesarrollado en el instante de chocar con el piso?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 78:7.- Un elevador va del 2do al 9no piso con dos personas una pesa 65 kgf y la otra 82 kgf, el peso delelevador solo es de 320kgf. Si cada piso tiene una altura de 3 m ¿cuál el trabajo mecánico desarrolladopor el motor que mueve al elevador?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO8.- Un viajero levanta su maleta de 196 N hasta una altura de 0.5 m. Calcula:a).- ¿Cuánto trabajo realiza?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- Si se queda parado durante 2 minutos sosteniendo la maleta a la misma altura, ¿cuánto vale eltrabajo?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- Si camina horizontalmente 5 m sin variar la altura de la maleta, ¿a cuánto equivale eltrabajo?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 79: LA ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIALLa energía mecánica puede ser de dos tipos: cinética y potencial.a).- Energía Potencial: Es la energía que tiene un cuerpo respecto de un plano inferior y se calculamediante la siguiente fórmula Ep = m . g . hEp = energía potencialm = masa del cuerpog = aceleración de la gravedadh = altura respecto del planob).- Energía Cinética: Es la que tiene todo cuerpo en movimiento. Se calcula mediante la siguientefórmula: Ec = ½ mv2Ec = energía cinéticam = masa del cuerpov = velocidad del cuerpo ACTIVIDAD Nº 28PROPÓSITO: Qué el alumno resuelva ejercicios de aplicación relativos al movimiento haciendouso de las relaciones de transformación de energía. Resuelve los siguientes problemas.a).- Un cuerpo de 35 kg masa se mueve con una velocidad de 20 m/s2 ¿Cuál es su energía cinética?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- ¿Cuál es la energía potencial de un cuerpo de 20 kg masa que se encuentra a 15m de alturarespecto del piso?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOc).- ¿Cuál será la energía cinética de un cuerpo de 50 kg masa en el instante en que su velocidad sea de18 m/s?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 80:d).- Un cuerpo se encuentra en el 6to piso de un edificio, cada piso tiene una altura de 3m. Si la masadel cuerpo es de 70 kg. ¿Cuál es su energía potencial respecto a la planta baja?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOe).- Un cuerpo de 30 kg masa es lanzado verticalmente y alcanza una altura máxima de 25m. ¿Cuálserá su energía potencial en el instante de iniciar el descenso? Y ¿cuál será la energía cinética con laque fue lanzado?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOf).- Determine la energía cinética expresada en Joules que tendrá un automóvil cuya velocidad es de 80km/h y su masa es de 900 kg (recuerda transformar la velocidad de km/h a m/s).DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOg).- ¿Cuál es el valor de la masa de una patinadora cuya energía cinética es de 1920 J, cuándo suvelocidad es de 8m/s?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 81: LA POTENCIA Físicamente hablando la potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo. Se diceentonces que la potencia es igual al trabajo realizado entre el tiempo que tarda en realizarse.P=T/tP = potenciaT = trabajo mecánicot = tiempo De la fórmula podemos deducir que las unidades de potencia serán unidades de trabajo entreunidades de tiempo. Unidades de trabajo = joules = watt Unidades de tiempo seg 1 watt = 1 joules 1 segundo otras unidades de potencia son: kilográmetro = kgm segundo segEn las máquinas de combustión y motores eléctricos suele utilizarse como unidad de potencia el ―horsepower‖ o caballo de fuerza (Hp), cuya equivalencia en kilográmetros por segundo es la siguiente: 1 Hp= 75 kgm /s y 1 Hp = 745.7 watt La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el J/s. Unidad llamada watt, en honor alIngeniero escocés, James Watt, inventor de la actual máquina de vapor, a la cual modifico yperfecciono. ACTIVIDAD Nº 29Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del pensamiento; además, que identifiquen laaplicación de los conocimientos adquiridos a problemas cotidianos.Resuelve los siguientes ejercicios.a).- ¿Cuál es la potencia de un auto para realizar un trabajo de 20 000 Joules que tarda 20 segundos?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- ¿En cuánto tiempo realizará un trabajo de 300 kgf un motor de ―un caballo‖ 1 Hp?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 82:c).- ¿Cuánto trabajo habrá realizado un motor de 2 ―caballos de fuerza‖ en dos minutos defuncionamiento?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd).- Un motor realiza un trabajo de 30 000 Joules en 5 minutos ¿cuál es la potencia desarrollada?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOe).- ¿En cuánto tiempo consumirá 100 000 Joules un foco de 100 watts?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOf).- ¿Cuánto trabajo es capaz de realizar un motor de ½ ―caballo de fuerza‖ en 3 minutos defuncionamiento?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOg).- ¿Qué potencia se requiere para subir un cuerpo de 60 kgf hasta una altura de 10m en 5 segundos?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • LAS INTERACCIONES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS 83: La palabra electricidad proviene del vocablo griego elektron, que significa ámbar. El ámbar es una resina fósil transparente de color amarillo producida en tiempos muy remotospor arboles que actualmente son carbón fósil. Los primeros fenómenos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de Mileto,quien vivió aproximadamente en el año 600 a.n. el señalaba que al frotar el ámbar con una piel de gatopodía atraer algunos cuerpos ligeros como partículas de polvo, cabello o paja. El físico alemán Otto de Guerike 1602-1685, construyo la primera máquina eléctrica, cuyoprincipio de funcionamiento se basaba en el frotamiento de una bola de azufre que al girarla producíachispas eléctricas. El holandés Pieter Van Musschenbroek 1692-1761, descubrió la condensación eléctrica alutilizar la llamada botella de Leyden. El estadounidense Benjamín Franklin 1706-1790, propuso aplicar las propiedades de unconductor con cargas negativas en punta, los electrones se acumulaban en está región y por repulsiónabandonaban dicho extremo. Estas propiedades antes descritas las utilizaba en la protección deedificios mediante la construcción del pararrayos. El científico francés Charles Coulomb 1736-1806, estudio las leyes de atracción y repulsióneléctricas. En 1777 invento la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión pormedio del retorcimiento de una fibra fina y rígida a la vez. El físico italiano Alessandro Volta 1745-1827, en 1775 invento el electróforo, esté dispositivogeneraba y almacenaba electricidad estática. En 1800 explico por qué se produce electricidad cuandodos cuerpos metálicos diferentes se ponen en contacto con un líquido que servía de conductor. Aplicosu descubriendo en la elaboración de la primer pila eléctrica del mundo. El físico y químico inglés Michael Faraday 1791-1869, descubrió como podía emplearse unimán para generar una corriente eléctrica en una espiral de hierro. A partir del descubrimiento de lainducción electromagnética, Faraday logro inventar el generador eléctrico. El físico alemán George Ohm 1789-1804, descubrió la resistencia eléctrica de un conductor yen 1827 estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas. El físico inglés James Joule 1818-1889, estudio los fenómenos producidos por las corrienteseléctricas y el calor desprendido en los circuitos eléctricos. Encontró que el calor originado por unacorriente eléctrica al circular a través de un conductor es directamente proporcional ala resistencia, alcuadrado de la intensidad de la corriente y al tiempo que está dure en pasar. El estadounidense Joseph Henry 1797-1878, constructor del primer electroimán. El ruso Heinrich Lenz 1804-1865, quien enuncio la ley relativa del sentido de la corrienteinducida. El escocés James Maxwell 1831-1879, propuso la teoría electromagnética de la luz y lasecuaciones generales del campo electromagnético.
  • 84: El yugoslavo Nikola Tesla 1856-1943, inventor del motor asincrónico y estudioso de las corrientes polifásicas. El inglés Joseph Thomson 1856-1940, investigo la estructura de la materia y de los electrones. En los últimos 100 años el estudio de la electricidad ha evolucionado intensamente por que se ha encontrado sus ventajas sobre otras clases de energía, se puede transportar con facilidad, de manera sencilla y a grandes distancias a través de líneas aéreas no contaminantes. ¿CÓMO POR ACTO DE MAGIA? LOS EFECTOS DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS. La materia, al igual que la antimateria, la radiación y otras formas de energía conforman el Universo. Todo en el universo es materia, es decir, cualquier clase de cuerpo, se compone de átomos y éstos de partículas elementales como los electrones, protones y neutrones. Los electrones y protones tienen una propiedad llamada carga eléctrica. Los neutrones son eléctricamente neutros por que carecen de carga. Los electrones poseen una carga negativa, mientras que los protones la tienen positiva. El átomo esta constituido por un núcleo, en él se encuentran los protones y neutrones, y a su alrededor giran los electrones. Un átomo normal es neutro, ya que tiene el mismo número de protones o cargas positivas y de electrones o cargas negativas. Sin embargo, aun átomo puede ganar electrones y quedar con carga negativa, o bien perderlos y adquiere carga positiva. La masa del protón es casi dos mil veces mayor a la del electrón pero la magnitud de sus cargas eléctricas es la misma. Por tanto la carga de un electrón neutraliza la de un protón. FORMAS DE CARGAR ELECTRICAMENTE LOS OBJETOS Los cuerpos se electrizan al perder o ganar electrones. Si un cuerpo posee cargas positivas, esto no significa exceso de protones, pues no tienen facilidad de movimiento como los electrones. Por tanto, debemos de entender que la carga de un cuerpo es positiva si pierde electrones y negativa, cuando los gana. Básicamente son tres las formas para lograr que la transferencia de carga se dé, y los objetos queden cargados eléctricamente: Carga por contacto: Este fenómeno de electrización se origina cuando un cuerpo saturado de electrones cede algunos a otro cuerpo con el cual tiene contacto. Pero si un cuerpo carente de electrones, o con carga positiva, se une con otro, atraerá parte de los electrones de dicho cuerpo. Carga por frotamiento: los cuerpos electrizados por frotamiento producen pequeñas chispas eléctricas, como sucede cuando después de caminar por una alfombra se toca un objeto metálico o a otra persona, o bien, al quitarse el suéter o un traje de lana. Si el cuarto es oscuro las chispas se verán a demás de oírse. estos fenómenos se presentan en climas secos o cuando el aire está seco, ya que las cargas electrostáticas se escapan si el aire está húmedo. Carga por inducción: Esta forma de electrización se presenta cuando un cuerpo se carga eléctricamente al acercarse a otro ya electrizado. En una barra de plástico cargada se acerca a un
  • 85:trozo de papel en estado neutro o descargado; a medida que la barra se aproxima, repele loselectrones del papel hasta el lado más alejado del átomo. Así pues, la capa superior del papel máspróxima a la barra cargada, tiene el lado positivo de los átomos, mientras la superficie más alejadatiene el lado negativo.Los materiales conductores de electricidad son aquellos que se electrizan en toda su superficieaunque sólo se froten un punto de la misma. En cambio, los materiales aislantes o malos conductoresde electricidad, también llamados dieléctricos, sólo se electrizan en los puntos donde hacen contactocon un cuerpo cargado, o bien, en la parte frotada. Algunos ejemplos de materiales aislantes son: la madera, el vidrio, el caucho, las resinas, y losplásticos, la porcelana, la seda, la mica, y el papel.Como conductores tenemos a los metales, soluciones de ácido, base y sales disueltas en agua, asícomo el cuerpo humano. Cabe mencionar que no hay un material cien porciento conductor ni unmaterial cien por ciento aislante. Entre conductores y aislantes existen otros materiales intermediosllamados semiconductores, como el carbón, germanio, y silicio contaminados con otros elementos ylos gases húmedos. ACTIVIDAD Nº 30 Con la finalidad de que interpretes correctamente a qué se debe la conductibilidad de losmateriales, realiza la siguiente: INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1.- Reúnete con tus compañeros de equipo y consulten en su libro de texto, en algunaenciclopedia o internet y respondan lo siguiente:a).- ¿Cómo está constituida la materia?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Describe las características principales de las siguientes partículas elementales:  Protón:___________________________________________________________________________________  Electrón:___________________________________________________________________________________  Neutrón:___________________________________________________________________________________c).- ¿Qué se entiende por carga eléctrica? ________________________________________________
  • 86:d).- ¿porqué algunos materiales son buenos conductores de la electricidad? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- ¿Por qué algunos materiales son malos conductores de la electricidad o aislantes?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- Escribe cinco ejemplos de materiales que sean malos conductores de la electricidad_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- ¿Qué es un semiconductor y para qué se utiliza? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- En la siguiente figura se muestra un circuito eléctrico simple con el cual se puede detectar si unasustancia líquida conduce la electricidad. Explica cómo se hace dichaobservación:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________i).- ¿Qué es un electrolito? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- ¿Qué es la electrólisis? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- ¿Qué aplicaciones prácticas tiene la electrólisis? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 87: INTERACCIÓN ENTRE CARGAS ELÉCTRICAS. LA FUERZA ELÉCTRICA Como ya sabemos, un cuerpo tiene carga negativa si posee exceso de electrones, y cargapositiva si tienen carencia de electrones. Por tal motivo, la unidad elemental para medir cargaeléctrica es el electrón, pero como es una unidad muy pequeña se utiliza unidades prácticas deacuerdo con el sistema de unidades empleado. En el sistema internacional (SI) se utiliza el Coulomb ( C ) y en el sistema CGS, la unidadelectrostática de carga (ues) o estatcoulomb. La equivalencia entre estas unidades es la siguiente:1 Coulomb = 1 C = 6.24 X 1018 electrones1 estatcoulomb = 1 ues = 2.08 X 109 electrones1 C = 3 X 109 ues1 electrón = ―1.6 X 10―19 C1 protón = 1.6 X 10―19 CPor tanto, si un cuerpo tuviera una carga negativa de un Coulomb, significaría que tiene un excedentede 6.24 X 1018 electrones, o una carencia de igual cantidad de electrones, si su carga fuera positiva. ElCoulomb es una unidad de carga eléctrica muy grande, por lo cual es común utilizar submúltiplos,como: el milicoulomb (mC = 1 X 10―3 C) el microcoulomb (µC = 1 X 10―6 C) el nanocoulomb(nC = 1 X 10―9 C).LEY DE COULOMB. El científico francés Charles Coulomb estudio las leyes que rigen la atracción y repulsión de doscargas eléctricas puntuales en reposo. Los experimentos muestran que la fuerza eléctrica tienen lassiguientes propiedades. a) La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación (d) entre dospartículas, medida a lo largo de la línea recta que las une. b) La fuerza es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 de las partículas. c) La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si las cargas son delmismo signo.A partir de estas observaciones podemos expresar la fuerza eléctrica entre las dos cargas como la leyde Coulomb:
  • 88:“ La fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional alproducto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”Matemáticamente se expresa asíDonde K es una constante con un valor de 9 X 109 Nm2/C2 RESOLUCION DE EJERCICIOS DE LA LEY DE COULOMB EJEMPLO: Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1 = 2 milicoulomb, q2 = 4 milicoulomb, al estar separadas en el vacio por una distancia de 30 cm.DATOS FÓRMULAF =?q1 = 2 mC = 2X10―3 Cq2 = 4 mC = 4X10―4Cd2 = (30 cm)2 = (▪3m)2 = (▪09m)2 =9X10―2m2 SUSTITUCIÓNK = 9 X 109 Nm2/C2 F = ( 9 X 109 Nm2/C2) (2X10―3 C) (4X10―4C) 9X10―2m2 RESULTADO F = 8 x 105 N ó 800000 N
  • ACTIVIDAD Nº 31 89:Propósito: Que el alumno relacione las fuerzas de repulsión y de atracción de cargas eléctricas conlos tipos de cargas existentes. 1.- Determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son q1 = ―3 microcoulomb,q2 = 4 microcoulomb, al estar separadas en el vacio por una distancia de 50 cm. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO 2.- En un átomo de hidrogeno, un electrón gira alrededor de un protón en una orbita de radio iguala 5.3 X 10―11m. ¿Con qué fuerza eléctrica se atraen el protón y el electrón? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO 3.- Un cuerpo de 3µC está separado 0.5 m de otro de ―5µC. ¿Cuál es la fuerza de atracción entreellos? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Determina la fuerza eléctrica en newton entre dos cargas cuyos valores son q1 = 3nC yq2 = 5nC, si están separadas en el aire a una distancia de 0.15 m DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • LOS EFECTOS DE LOS IMANES 90: Hace más de 2000 años, los griegos descubrieron en Magnesia, región del Asia menor, piedrasde un mineral que tenia la propiedad de atraer pequeños trozos de fierro. Este mineral es un óxidoferroso-férrico (Fe3O4), se le llamó magnetita (nombre derivado de Magnesia), y magnetismo a supropiedad. El cuerpo que tiene la propiedad magnética es un imán. El fierro es el material qué más sufre laacción de los imanes, la cual es muy débil en otros metales, como el níquel y el cobalto. La acción de un imán se manifiesta sólo ante otros imanes o cuerpos que son de fierro y acero,como limaduras, alfileres, láminas, etc. La atracción o repulsión eléctrica se produce entre cualquiercuerpo electrizado, sin embargo, cuando se estudie electromagnetismo se comprobará que elmagnetismo y la electricidad tienen efectos entre sí cuando hay movimiento. Los imanes naturales, son los que tienen en forma natural su magnetismo, como la magnetita. Los imanes artificiales, son los más comunes, son piezas de fierro duro o de acero que adquierensu magnetismo mediante algún procedimiento. Por ejemplo por frotamiento, consiste en pasarrepetidas veces un imán sobre la superficie de la pieza que se desea magnetizar o imantar, otroprocedimiento utilizado es el de hacer pasar instantáneamente corriente eléctrica en el alambreenrollado sobre la pieza que se va a magnetizar. Los imanes de acero o de fierro duro y los que se fabrican con aleaciones de cobalto y níquel sonimanes de gran potencia y como duran por tiempo indefinido se llaman permanentes, por ejemplo, elalnico es un imán poderoso formado, fundamentalmente por aluminio, níquel, cobalto y fierro. Elfierro dulce se utiliza para hacer imanes temporales llamados así porque pierden rápidamente sumagnetismo.
  • 91: El magnetismo de un imán se concentra en dos lugares llamados polos, que se localizan en susextremos; uno es polo norte y el otro es polo sur. Si se introduce un imán en un recipiente conlimaduras de fierro, al sacarlo se observa que las limaduras adheridas se acumulan en sus extremos queson los polos descritos. Los dos polos de un imán son de distinta naturaleza, pues si se suspende un imán recto en posiciónhorizontal con un hilo, se observa que uno de sus extremos quedará apuntando al polo norte geográficoy el otro al polo sur y, aunque se le haga oscilar, el imán recuperará la misma orientación. Se ha convenido en llamar polo norte o positivo de un imán al que queda orientado hacia el polonorte geográfico y polo sur o negativo al que apunta hacia el sur geográfico. Aunque aparentemente el magnetismo de un imán se concentra en sus polos, realmente se hallarepartido en toda su masa, pues si se parte un imán, en lugar de aislar sus dos polos en cada pedazo, seobtienen dos imanes con sus respectivos polos, y cada vez que se le divida sucederá lo mismo.
  • 92: Se llama campo magnético al espacio que rodea a un imán y en el cual ejerce su acción magnética.El campo magnético está constituido por un conjunto de líneas de fuerza que van del polo norte al polosur del imán, siguiendo trayectorias bien definidas. MAGNETISMO TERRESTRE La dirección fija que toma siempre un imán de barra, o de aguja imantada, suspendidohorizontalmente, se explica considerando que la tierra contiene un poderoso imán recto cuyos polos sehan localizado cerca de los polos geográficos. De acuerdo con la ley del magnetismo, el polo magnético terrestre próximo al polo nortegeográfico tiene polaridad sur; sin embargo, para fines prácticos, se ha convenido en llamar tambiénpolo norte y por la misma razón polo sur al que está junto al polo sur geográfico. Debido a que los polos magnéticos de la tierra no coinciden con sus polos geográficos, una agujamagnética o brújula no señala exactamente el norte; para hacer la corrección se toma en cuenta lallamada declinación magnética, que es el ángulo que forma la dirección de una aguja magnética con elmeridiano geográfico del lugar considerado.
  • 93: La brújula es un imán muy pequeño y ligero que se encuentra apoyado en tal forma que puedemoverse libremente dentro de una caja no magnética con un cristal que la protege. En el fondo estánindicados los puntos cardinales con sus direcciones intermedias, donde quiera que se encuentre, suaguja magnética quedará fija cuando sus extremos señalen el polo norte y sur. ACTIVIDAD N° 32 Con la finalidad de que interpretes correctamente qué es el magnetismo, realiza la siguienteINVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.1.- Reúnete con tu equipo de trabajo y consulta en tu libro de texto, enciclopedia o internet yrespondan lo siguiente.a).- ¿Qué es un imán? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- ¿Cuáles son los antecedentes históricos del descubrimiento de la piedra imán o magnetita?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- ¿A qué se le llama polo norte de un imán y a qué se le llama polo sur?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- ¿Qué sucede cuando el polo norte de un imán, se acerca al polo norte de otroimán?_____________________________________________________________________________e).- ¿Qué sucede cuando el polo sur de un imán, se acerca al polo norte de otro imán?__________________________________________________________________________________f).- ¿Cómo se puede obtener un imán temporal? ___________________________________________
  • 94:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- ¿Qué son las líneas de fuerza magnética? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- ¿Qué es el campo magnético de un imán? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________I).- ¿Por qué nuestro globo terrestre se comporta como un enorme imán? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- ¿Qué se entiende por declinación magnética? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- Explica para qué sirve una brújula. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ç
  • 95:
  • LA DIVERSIDAD DE LOS OBJETOS 96: La materia y sus característicasNuestro planeta, el Sol, las estrellas, y todo lo que el hombre ve, toca o siente, es materia;incluso, los propios hombres, las plantas y los animales.La materia presenta formas distintas, las cuales poseen características que nos permitendistinguir unos objetos de otros. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia quenos ayudan a diferenciarlos.Los estados de la materiaLa materia se puede encontrar en tres estados:  Sólido, como la madera y el cobre;  Líquido, como el agua y el aceite; y  Gaseoso, como el aire y el vapor de agua.Una misma materia se puede encontrar en los tres estados. Por ejemplo, el agua, que normalmente es líquida,cuando se enfría se convierte en sólido y, si se le aplica calor, se transforma en gas.Estado sólido: un sólido es una sustancia formada por moléculas, que se encuentran muy unidas entre sí poruna fuerza llamada Fuerza de Cohesión. Los sólidos son duros y difíciles de comprimir, porque las moléculas,que están muy unidas, no dejan espacio entre ellas.Estado líquido: un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante desplazamiento, yque se mueven unas sobre otras. Los líquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que toman la delrecipiente que los contiene.Estado gaseoso: un gas es una sustancia formada por moléculas que se encuentran separadas entre sí. Losgases no tienen forma propia, ya que las moléculas que los forman se desplazan en varias direcciones y a granvelocidad. Por esta razón, ocupan grandes espacios.Gas: Sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria, que son el sólido, ellíquido y el gaseoso. Los sólidos tienen una forma bien definida y son difíciles de comprimir. Los líquidos fluyenlibremente y están limitados por superficies que forman por sí solos. Los gases se expanden libremente hastallenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los líquidos y sólidosEstado natural: El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tresestados de la materia, o sea, sólido, líquido y gas.  Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficiesde agua en invierno; también en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formadas por cristales dehielo.  Existe en estado líquido en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de rocío en lavegetación. Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos,mares y océanos.  Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide entérminos de humedad relativa, que es la relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperaturadada respecto a la máxima que puede contener a esa temperatura. El agua está presente también en la porción superior del suelo, en donde se adhiere, por accióncapilar, a las partículas del mismo. En este estado, se le denomina agua ligada y tiene unas característicasdiferentes del agua libre. Por influencia de la gravedad, el agua se acumula en los intersticios de las rocasdebajo de la superficie terrestre formando depósitos de agua subterránea que abastecen a pozos ymanantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos durante los períodos de sequía.
  • 97:Vapor de agua: Agua en estado gaseoso, que se emplea para generar energía y en muchosprocesos industriales. Esto hace que las técnicas de generación y uso del vapor de agua sean componentesimportantes de la ingeniería tecnológica.La producción de electricidad depende en gran medida de la generación de vapor, para lo que el calor puedeprovenir de la combustión de carbón o gas, o de la fisión nuclear de uranio. El vapor de agua también se sigueusando mucho para la calefacción de edificios, y sirve para propulsar a la mayoría de los barcos comerciales delmundo.Cambios de la materiaCambio Físico: es el cambio transitorio de las sustancias que no afecta a la naturaleza de la materia, aunquecambia su forma. Un cambio físico se produce por la acción de un agente externo a la naturaleza de la materia.En el caso del agua, el agente es el calor.Cambios del estado del agua:  El paso del estado sólido a líquido recibe el nombre de fusión, lo que sucede por aumento de calor.  El paso de estado líquido a gaseoso se llama evaporación, lo que sucede por aumento de calor.  El paso del estado gaseoso a líquido se llama condensación, lo que sucede por pérdida de calor.  El paso de líquido a sólido recibe el nombre de solidificación, lo que sucede por pérdida de calor.Materia es todo aquello que nos rodea, ocupa un lugar en el espacio, y tiene masa.En nuestro planeta, la materia se encuentra en tres estados: gaseoso, líquido y sólido. Graficando esto enrelación a nuestro entorno, tenemos que:- El estado gaseoso es el de la atmósfera, que -a su vez- posee muchos gases diferentes.- El estado líquido es el de los océanos, ríos y lagos, que conforman la masa líquida denominada hidrosfera.- El estado sólido es la tierra, constituida por los suelos, montañas, piedras, etcétera. Esta masa sólida esllamada geosfera.En estos tres estados de la materia existe un patrón común: en todos, la materia está formada pormoléculas. MoléculasEn un sólido, las moléculas están muy unidas, presentando una gran fuerza de cohesión; en los líquidos, seencuentran un poco más separadas y su fuerza de cohesión es menor; en los gases, están muy separadas y sufuerza de cohesión es casi nula.Por fuerza de cohesión entendemos a la fuerza que une las moléculas.Como ejemplos de la materia en sus diferentes estados tenemos:-Sólidos: piedra, talco, harina, etcétera.-Líquidos: agua, vinagre, mercurio, etcétera.-Gases: vapor de agua, oxígeno, hidrógeno, etcétera.CondensaciónEn física, proceso en el que la materia pasa a una forma más densa, como ocurre en la licuefacción delvapor. La condensación es el resultado de la reducción de temperatura causada por la eliminación delcalor latente de evaporación; a veces se denomina condensado al líquido resultante del proceso.
  • 98:La eliminación de calor reduce el volumen del vapor y hace que disminuyan la velocidad de sus moléculas y ladistancia entre ellas. Según la teoría cinética del comportamiento de la materia, la pérdida de energía lleva a latransformación del gas en líquido. La condensación es importante en el proceso de destilación y en elfuncionamiento de las máquinas de vapor, donde el vapor de agua utilizado se vuelve a convertir en agua en unaparato llamado condensador.En meteorología, tanto la formación de nubes como la precipitación de rocío, lluvia y nieve son ejemplos decondensación.En química, la condensación es una reacción que implica la unión de átomos dentro de una mismamolécula o en moléculas diferentes. El proceso conduce a la eliminación de una molécula simple, porejemplo de agua o alcohol, para formar un compuesto nuevo más complejo, frecuentemente de mayor pesomolecular que cualquiera de los compuestos originales.EvaporaciónConversión gradual de un líquido en gas sin que haya ebullición. Las moléculas de cualquier líquido seencuentran en constante movimiento. La velocidad media (o promedio) de las moléculas sólo depende de latemperatura, pero puede haber moléculas individuales que se muevan a una velocidad mucho mayor o muchomenor que la media.A temperaturas por debajo del punto de ebullición, es posible que moléculas individuales que se aproximen a lasuperficie con una velocidad superior a la media tengan suficiente energía para escapar de la superficie y pasaral espacio situado por encima como moléculas de gas.Como sólo se escapan las moléculas más rápidas, la velocidad media de las demás moléculas disminuye; dadoque la temperatura, a su vez, sólo depende de la velocidad media de las moléculas, la temperatura del líquidoque queda también disminuye. Es decir, la evaporación es un proceso que enfría; si se pone una gota deagua sobre la piel, se siente frío cuando se evapora.En el caso de una gota de alcohol, que se evapora con más rapidez que el agua, la sensación de frío es todavíamayor. Si un líquido se evapora en un recipiente cerrado, el espacio situado sobre el líquido se llenarápidamente de vapor, y la evaporación se ve pronto compensada por el proceso opuesto, la condensación.Para que la evaporación continúe produciéndose con rapidez hay que eliminar el vapor tan rápido como seforma. Por este motivo, un líquido se evapora con la máxima rapidez cuando se crea una corriente de aire sobresu superficie o cuando se extrae el vapor con una bomba de vacío.
  • 99: ACTIVIDAD N° 33Propósito: Qué el alumno desarrolle su capacidad visual y mentalEncuentra en la sopa de letras los siguientes conceptos: materia, condensación, liquido, fusión,molécula, solidificación, gaseoso, cohesión, ebullición, solido, evaporación, adherencia,sublimación. c c e b u l l i c i ó n l d b p ñ i o k t d i m a q m n b v c x z e p l h i u m a t e r i a n w g s a s g c e l s v f t g r a v i d a d t o d o s o x v n ó i c a m i l b u s l d n i g a s ñ s e n d i d o w r t y g d ó r ñ p a s ó l i d o f v c b a m e n a x f z s v b n e w a o o l r b n c m f u o r d c q g i n m u o i y s a o x e x s a s d c t y c d o c p a v s s r w n r h n d s e m e e c r c q a a z ó o e e t d l c a n a i x i g u d i r d r o l o s t s o s o s ó c e s n c e c i m o x w a d v n v n r u a p h t i l l í q u i d o r m a f z z d l x o j o b r y s f g y m v h a a k n ó i c a c i f i d i l o s a x d r l b x w x t e r r a s w q c s e v a p o r a c i ó n d e l c a m
  • ¿PARA QUE SIRVEN LOS MODELOS? 100: Modelos hay para todo. ¿Qué es un modelo? Un modelo es una representación de la realidad, es una formaque nos permite describir lo observado, lo percibido y sus relaciones con el entorno. Hay muchas formas derepresentar la realidad. Una de ellas que posiblemente tengamos en mente es la de los modelos a escala.Un modelo a escala de un auto permite a los diseñadores mejorar la aerodinámica, las medidas ergonómicas, lostamaños de puertas y ventanas, y permite hasta visualizar la combinación de colores que mejor le sienta a losinteriores y exteriores. Un modelo a escala de un edificio permite a los arquitectos e ingenieros determinar losparámetros de flujo de aire para permitir una ventilación natural.Incluso cuando una dama desea adquirir un vestido nuevo, una modelo con ese vestido puesto constituirá unarepresentación (quizás no muy aproximada) de cómo se verá la dama en cuestión portando esa indumentaria.Un modelo, pues, nos sirve para entender mejor la realidad. En puras y, sobre todo, en ciencias aplicadas, sedenomina modelo a una idealización de la realidad utilizada para plantear un problema, normalmente de manerasimplificada en términos relativos y planteados desde un punto de vista matemático, aunque también puedetratarse de un modelo físico.La conveniencia de utilizar un modelo en la ciencia está determinada por la posibilidad de experimentar con elobjeto de su estudio. Quizás no sea necesario establecer un modelo del comportamiento de ciertos materiales, si esque se tienen a la mano para experimentar con ellos directamente; bastaría con determinar sus propiedades y suscomposiciones. Pero en el caso de campos como la física de partículas, la astrofísica, la vulcanología y otros en losque la experimentación directa es imposible o demasiado peligrosa, los modelos son parte principal en la aplicacióndel método científico.Lo más importante de los modelos científicos es que constantemente son puestos a prueba, a través de suaplicación sistemática por un ejército de científicos y tecnólogos profesionales, que comunican sus resultadosrutinariamente a otros colegas. Esta comunicación se da normalmente en congresos o en revistasespecializadas. A veces no se les llama modelos, sino teorías.De esta forma se mejoran para describir mejor la realidad, para reducir la incertidumbre de sus predicciones ypara propiciar que nuevos modelos surjan a partir de las discrepancias entre las observaciones y laspredicciones. Lo que no percibimos de la materia.Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia.Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida porpequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estaspartículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades deser eterno, inmutables e indivisibles.Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época yhubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo enconsideración.
  • 101:NewtonConsideró que las masas siempre se atraen. La atracción entre dos masas es idéntica en ambas.La atracción entre las masas depende la masa que tengan y de la distancia entre ellas.BernoulliSu trabajo más importante fue en hidrodinámica que consideraba las propiedades más importantes del flujo deun fluido, la presión, la densidad y la velocidad y dio su relación fundamental conocida ahora como El Principiode Bernoulli o Teoría Dinámica de los fluidos. En su libro también da una explicación teórica de la presión delgas en las paredes de un envase:"A lo largo de toda corriente fluida la energía total por la unidad de masa es constante, estandoconstituida por la suma de la presión, la energía cinética por unidad de volumen y la energíapotencial igualmente por unidad de volumen".También estableció la base de la teoría cinética de los gases .Que están hechos de pequeñas partículas enmovimiento separadas por distancias mayores al valor de su diámetro. Entre los años 1725 y 1749 ganó diezpremios por su trabajo en astronomía, gravedad, mareas, magnetismo, corrientes del océano y elcomportamiento de una embarcación en el mar.BoltzmanGran defensor de la teoría cinética molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que sebasaba en la idea de que todos los gases se comportaban de la misma manera en lo referente almovimiento molecular.
  • 102: Modelo atómico de Dalton Surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas, fue formulado en 1808 por John Dalton. El modelo atómico de Dalton explicaba por qué las sustancias se combinaban químicamente entre sí sólo en ciertas proporciones. Además el modelo aclaraba que aún existiendo una gran variedad de sustancias diferentes, estas podían ser explicadas en términos de una cantidad más bien pequeña de constituyentes elementales o elementos. En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la química orgánica del siglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teoría combinatoria realmente simple. Postulados de Dalton Dalton explicó su teoría formulando una serie de enunciados simples:1. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.3. Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.4. Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.5. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.6. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
  • 103: Modelo atómico de Thomson Con el descubrimiento del electrón (descubierto en el año 1897; en 1898 Thomsonpropuso un modelo atómico, que tomaba en cuenta la existencia de dicha partícula subatómica. Thomson suponía que los electrones se distribuía de una forma uniforme alrededor delátomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teoría de estructura atómica, Thomsondescubre el electrón antes que se descubrirse el portón y el neutrón.. Si observamos este modelo, veremos que el átomo se compone por electrones de carganegativa en el átomo positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de budín. Pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente alrededor del átomo, en distintasocasiones, en vez de una sopa de las cargas positivas, se postulaba con una nube de cargapositiva, en 1906 Thomson fue premiado con el novel de física por este descubrimiento. Si pensamos que el átomo no deja de ser un sistema material, con una cierta energíainterna, es por eso que esta energía provoca un grado de vibración de los electrones contenidosque contiene su estructura atómica, si se enfoca desde este punto de vista el modelo atómico de
  • 104:Thomson se puede afirmar que es muy dinámico por consecuencia de la gran movilidad de loselectrones en el “seno” de la mencionada estructura. Para lograr una interpretación del modelo atómico desde un ángulo microscópico, entoncesse puede definir como una estructura estática, ya que los mismos se encuentran atrapadosdentro del “seno” de la masa que define la carga positiva del átomo. Veamos el modelo de una forma simple, el modelo de Thomson era parecido a un pastelde Frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esférica de carga positiva, La carga negativa del electrón era la misma que la carga positiva de la esfera, es por estoque se deduce que el átomo era neutro, Thomson y su experimento: JJ Thomson, (en 1897), amitad de un experimento midió la proporción que existe entre la carga y la maza de una corrientede electrones, usando un tubo de rayos catódicos del cual obtiene un valor, este valor es de1.76x 108 Coulombs En 1906 Thomson demuestra que el hidrógeno tiene un electrón, esto permite diversasteorías Modelo atómico de RutherfordPara Ernest Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de unnúcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva. El modelo atómico de Rutherford puederesumirse de la siguiente manera: El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda lamasa del átomo. Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares. La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positivadel núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.
  • 105:Rutherford no solo dio una idea de cómo estaba organizado un átomo, sino que también calculócuidadosamente su tamaño (un diámetro del orden de 10-10 m) y el de su núcleo (un diámetro del ordende 10-14m). El hecho de que el núcleo tenga un diámetro unas diez mil veces menor que el átomosupone una gran cantidad de espacio vacío en la organización atómica de la materia.Para analizar cual era la estructura del átomo, Rutherford diseñó un experimento:El experimento consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa (núcleos de helio).De ser correcto el modelo atómico de Thomson, el haz de partículas debería atravesar la lámina sinsufrir desviaciones significativas a su trayectoria. Rutherford observó que un alto porcentaje departículas atravesaban la lámina sin sufrir una desviación apreciable, pero un cierto número de ellas eradesviado significativamente, a veces bajo ángulos de difusión mayores de 90 grados. Talesdesviaciones no podrían ocurrir si el modelo de Thomson fuese correcto.Representación esquemática de la dispersión de partículas en los experimentos realizados porRutherford con láminas de oro. El bombardeo de una lámina de oro con partículas mostró que lamayoría de ellas atravesaba la lámina sin desviarse. Ello confirmó a Rutherford que los átomos de lalámina debían ser estructuras básicamente vacías.
  • 106: Modelo atómico de BohrBohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: laFísica Cuántica. Así, en 1913 formuló una hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableciótres postulados:¤ El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto número de órbitas estables.En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas.¤ Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía.¤ Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el impacto de un electrón o elchoque con otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado delátomo.El átomo de hidrógeno según el modelo atómico de Bohr¤ El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón.¤ El átomo de hidrógeno tiene un electrón que está girando en la primera órbita alrededor delnúcleo. Esta órbita es la de menor energía.¤ Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita a otra de mayor energía.cuando regrese a la primera órbita emitirá energía en forma de radiación luminosa.En la siguiente simulación puedes elegir la órbita de giro del electrón. Observa cómo las energías de las lasórbitas más exteriores son mayores que las de las órbitas más interiores. "r" es el radio de la órbita.
  • 107:Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia.Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estabaconstituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello,llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a losátomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de suépoca y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada denuevo en consideración.Año Científico Descubrimientos experimentales Modelo atómico La imagen del átomo expuesta por Durante el siglo XVIII y principios del Dalton en su teoría atómica, para XIX algunos científicos habían explicar estas leyes, es la de minúsculas investigado distintos aspectos de las partículas esféricas, indivisibles e1808 reacciones químicas, obteniendo las inmutables, llamadas leyes. iguales entre sí en cada elemento John Dalton químico. De este descubrimiento dedujo que el Demostró que dentro de los átomos átomo debía de ser una esfera de hay unas partículas diminutas, con materia cargada positivamente, en cuyo carga eléctrica negativa, a las que se interior estaban incrustados los1897 llamó electrones. electrones. (Modelo atómico de Thomson.) J.J. Thomson Demostró que los átomos no eran Dedujo que el átomo debía estar macizos, como se creía, sino que formado por una corteza con los están vacíos en su mayor parte y en electrones girando alrededor de un1911 su centro hay un diminuto núcleo. núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford.) E. Rutherford Espectros atómicos discontinuos Propuso un nuevo modelo atómico, originados por la radiación emitida según el cual los electrones giran por los átomos excitados de los alrededor del núcleo en unos niveles elementos en estado gaseoso. bien definidos.1913 (Modelo atómico de Bohr.) Niels Bohr
  • ACTIVIDAD N° 34 108:Relaciona las siguientes conclusiones experimentales con el modelo atómico a que dieron lugar: 1. El átomo no es indivisible ya que al aplicar un fuerte voltaje a los átomos de un elemento en estado gaseoso, éstos emiten partículas con carga negativa: 2. Al reaccionar 2 elementos químicos para formar un compuesto lo hacen siempre en la misma proporción de masas: 3. Los átomos de los elementos en estado gaseoso producen, al ser excitados, espectros discontinuos característicos que deben reflejar su estructura electrónica: 4. Al bombardear los átomos de una lámina delgada con partículas cargadas positivamente, algunas rebotan en un pequeño núcleo situado en el centro del átomo: borrar
  • ¿CÓMO CAMBIA EL ESTADO DE LA MATERIA? 109:Cuadro resumen de Materia: Estados de Agregación de la Materia. Cambios de Estado. Estados de Agregación de la Materia Estados Estados Características Principales Intermedios Sólido - Poseen forma propia, sus moléculas se hallan en un estado de orden regular, no son compresibles, entre sus moléculas predomina la fuerza de atracción Van der Waals. Vítreo - Líquido de alta viscosidad que ha perdido su capacidad de fluir. Pastoso - Líquido de alta viscosidad factible de moldeo. Gel - Suspensión coloidal de partículas sólidas en un líquido, en el que éstas forman una especie de red que le da a la suspensión cierto grado de firmeza elástica. Líquido - No tiene forma propia, sus moléculas no se hallan en estado de orden regular, tiene superficie libre y horizontal, no son compresibles, las fuerzas de atracción y repulsión están equilibradas. Gaseoso - No tienen forma propia, sus moléculas tienen mucha movilidad y lo hacen en espacios muy grandes con respecto a su propio volumen, poseen fuerza expansiva, no tienen superficie libre, son fácilmente compresibles, predominan entre sus moléculas las fuerzas de repulsión. Plasma - Gas ionizado en que los átomos se encuentran disociados en electrones e iones positivos cuyo movimiento es libre. La mayor parte del universo está formado por plasma.En éste punto debe quedar entendida la diferencia entre gas y vapor, aunque se trate del mismo estadode agregación, es decir valen para el vapor las características presentadas para el estado gaseoso.La sustancia gaseosa se encuentra en éste estado en condiciones normales de presión y temperatura(C.N.P.T), para licuar un gas primero hay que comprimirlo y luego enfriarlo o viceversa.Los vapores se encuentran en estado de vapor por haber sufrido algún cambio en sus condiciones,dicho de otro modo estas sustancias en condiciones normales de presión y temperatura (C.N.P.T) sonlíquidas o sólidas, para condensar una sustancia en estado de vapor alcanza con enfriarla ocomprimirla. Cambios de Estado de la MateriaLos cambios de estado son cambios físicos ya que cambia el estado físico de la sustancia. Mientrasdura el cambio de estado la temperatura permanece constante.
  • 110: ® Fusión ® Sólido Líquido ¬ Solidificación ¬ ®Volatilización® Sólido Gas ¬ Sublimación ¬ ®Volatilización® Sólido Vapor ¬ Sublimación ¬ ® Gasificación ® Líquido Gas ¬ Licuación ¬ ® Vaporización ® Líquido Vapor ¬ Condensación ¬Fusión: pasaje de estado sólido ha estado líquido. Por ejemplo el hielo (agua sólida).Solidificación: pasaje de estado líquido ha estado sólido.Vaporización: pasaje de estado líquido ha estado de vapor. Por ejemplo el agua líquida, cloroformo,éter.Condensación: pasaje de estado de vapor ha estado líquido.Gasificación: pasaje de estado líquido ha estado gaseoso. Por ejemplo el metano líquido.Licuación: pasaje de estado gaseoso ha estado líquido.Volatilización: pasaje de estado sólido ha estado vapor. Por ejemplo el dióxido de carbono sólido(CO2) o hielo seco, la naftalina y el iodo.Sublimación: pasaje de estado vapor ha estado sólido.Consideraciones- La evaporación y la ebullición son dos formas de producir el cambio de líquido a gas o vapor. Laevaporación ocurre en la superficie del líquido. La ebullición ocurre en toda la masa del líquido.- Cada sustancia pura tiene su propia temperatura de fusión denominada punto de fusión, en éste puntola presión de vapor del sólido equilibra a la presión de vapor del líquido.- Cada sustancia pura tiene su propia temperatura de ebullición denominada punto de ebullición, enéste punto la presión de vapor del líquido equilibra a la presión exterior.
  • MEDICION DE LA TEMPERATURA 111: La temperatura es una magnitud física que indica que tan caliente o fría está una sustancia y se mide con un termómetro. La temperatura de un cuerpo o de un sistema es una propiedad intensiva, que no depende de la cantidad de materia ni de su naturaleza, sino no del ambiente en que se encuentre. La temperatura depende del estado de agitación o movimiento desordenado de las moléculas, o sea, del valor de la energía cinética promedio de las moléculas del cuerpo o del sistema. El calor es la transferencia de energía de una parte a otro de un cuerpo o sistema, entre distintos cuerpos o sistemas que se encuentran a diferentes temperaturas y como es energía en transito, siempre fluyen de cuerpos o sistemas con mayor temperatura a los de menor temperatura. Nuestro organismo no detecta la temperatura, si no pérdidas o ganancias de calor. El fenómeno de la dilatación de los fluidos se utiliza en la construcción de los termómetros, el más común es el de mercurio. William Kelvin propuso una escala de temperatura, en la cual el cero corresponde a lo que se considera la menor temperatura posible, llamada cero absoluto. En ella la energía cinética de las moléculas o átomos que componen la materia es cero. Un grado de la escala Kelvin es igual a un grado Celsius, aunque el valor de cero grados en la escala de Celsius equivale a 273 K. Los puntos de fusión o de ebullición de una sustancia dependen de los siguientes factores. La presión a la que se encuentre, así como la impureza que contenga o la mezcla con otras sustancias, sin embargo, ambos puntos no dependen de la cantidad de sustancia que se tenga. ACTIVIDAD N° 35 Con el objetivo de que identifiques claramente la temperatura de un cuerpo y en qué condiciones todo cuerpo o sistema, debido a su temperatura, tiene la capacidad de transferir energía, es decir, calor otro cuerpo o sistema que esté a la temperatura más baja, realiza el siguiente. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DE CAMPO. 1.- Reúnete con tu equipo de trabajo y pónganse de acuerdo para realizar lo siguiente. a).- Enciende el mechero de Bunsen con fuego suave o bajo. Coloque cada uno de ustedes su mano encima del mechero, lo más cerca posible pero, por supuesto, sin llegar a quemarse. ¿Qué sienten?______________________________________________________________________________ ¿Cuál es la causa de lo que siente?______________________________________________________________ ¿En que momento deben retirar la mano?________________________________________________________ b).- Con la mano caliente toquen durante unos cinco segundos cualquier cuerpo que cada uno escoja, por ejemplo la mesa, la puerta, una ventana, la pared, las patas del banco, el guarda libros etc. ¿Cómo sientes el cuerpo que están tocando, frio o caliente?_________________________________________ ¿Cuál es la razón de ello?__________________________________________________________________ c).- Retiren la mano caliente y en su lugar coloquen su otra mano. ¿Qué sienten?________________________ ¿Cómo lo explican?__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________
  • 112: d).- Escriban a continuación qué cuerpos han cedido calor y cuales lo han recibido, tomando en cuenta todos los cuerpos involucrados, incluyendo por supuesto el de ustedes. Cuerpos que han recibido calor.________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ Cuerpos que han cedido calor__________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ e).- ¿Cuándo se dirijan a las canchas de la escuela a practicar algún deporte. Jueguen intensamente durante un tiempo y después júntense, intercambien ideas y respondan. ¿Qué sienten en el cuerpo después de haber jugado?_______________________________________________ __________________________________________________________________________________________ ¿Qué sucede con su cuerpo a medida que transcurre el tiempo después de haber interrumpido el juego?_____________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ Cuando terminan de jugar, ¿Quién transfiere calor a quien, el medio ambiente a ustedes o ustedes al medio ambiente?_________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ ¿porqué?__________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ f).- ¿Cómo le explicarían a sus compañeros qué es la temperatura y que es el calor?______________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________
  • 113: ACTIVIDAD N° 36 Con la finalidad de que interpretes correctamente qué es la temperatura y el calor, realiza lasiguiente INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.1.- Investiga en tu libro de Física, en alguna enciclopedia o internet y responde lo siguientea).- ¿Qué es la temperatura?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- ¿De qué depende la temperatura de un cuerpo?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- ¿Qué es el calor?_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- ¿Puede fluir calor de un cuerpo que esté a menor temperatura hacia otro cuya temperatura sea mayor? Sío No y por qué__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- ¿Qué sucede cuando un cuerpo que tiene una mayor temperatura se pone en contacto con otro a mayortemperatura?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- ¿Qué se entiende por equilibrio térmico entre dos cuerpos o dos sistemas?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- ¿Porqué el medio ambiente es un sistema de intercambio de calor muy importante en nuestras actividadescotidianas?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- ¿Qué le sucede al tamaño de un cuerpo cuando aumenta su temperatura?____________________________________________________________________________________________________________________
  • 114: i).- ¿Qué le sucede al tamaño del cuerpo cuando disminuye la temperatura?____________________________ __________________________________________________________________________________________ j).- ¿Cómo explicas el fenómeno de dilatación de los cuerpos?________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ k).- Ordena de mayor a menor, que estado de agregación sufre más dilatación al compararlos entre sí, sólidos, líquidos, o gases. Se dilatan más los___________________________________________________________________________ Luego siguen los_____________________________________________________________________________ Y finalmente los_____________________________________________________________________________ l).- ¿Cómo se aprovecha el fenómeno de la dilatación de los fluidos en la fabricación de los termómetros de mercurio? Explícalo __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ ACTIVIDAD EXPERIMENTAL Ó PRACTICA DE LABORATORIO N°37 DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN DE DISTINTAS CANTIDADES DE AGUA Propósito. Medir experimentalmente el punto de ebullición del agua para tres cantidades de masa diferentes de dicha sustancia. MATERIAL. SUSTANCIAS. Un vaso de precipitados de 250 ml  Agua (H2O) Un vaso de precipitados de 500 ml Un vaso de precipitados de 1000 ml Un mechero de bunsen Un soporte universal Un anillo o aro metálico Una tela de alambre Un termómetro
  • 115: PROCEDIMIENTO1.- Forma un equipo de 4 integrantes.2.- Vierte 200 ml de agua en el vaso de precipitados de 250 ml y ponlo a calentar en la base o soporteuniversal e introduce el termómetro, registra su temperatura ambiente.3.- Observa como se va incrementando la temperatura del agua al recibir calor del mechero. Cuandoaprecien que el agua hierve intensamente, es decir, que entra en plena ebullición, registren latemperatura con el termómetro y anoten dicha temperatura.Temperatura de ebullición para 200 ml de H2O_____________________________________________Dejen hirviendo el agua tres minutos, registren la temperatura y escríbanla_______________________4.- Viertan ahora 450 ml de agua en el vaso de precipitados de 500 ml y póngalo a calentar en la base osoporte universal. Registre la temperatura del agua cuando entre en plena ebullición y anótenla.Temperatura de ebullición para 450 ml de H2O_____________________________________________Dejen hirviendo el agua otros tres minutos y registren la temperatura. Escríbanla________________________________________________________________________________________5.- Repitan el paso cuatro, pero viertan ahora 900 ml de agua en el vaso de precipitados de 1000 ml.Anoten la temperatura de ebullición del agua.Temperatura de ebullición para 900 ml de H2O_____________________________________________Dejen hirviendo el agua tres minutos más y registren la temperatura.6.- ¿Cómo definen el punto de ebullición de una sustancia?___________________________________7.- ¿Qué sucede con el punto de ebullición de una sustancia cuando varia la cantidad de masa deella?______________________________________________________________________________8.- ¿Qué sucede con la temperatura de una sustancia cuando inicia su ebullición y se le siguecalentando?_________________________________________________________________________
  • DIFERENCIA DE TEMPERATURAS CON MOTIVO 116: DE TRANSFERENCIA DE CALOR Siempre que existe una diferencia de temperaturas entre dos cuerpos o dos sistemas que se ponen en contacto, se produce una transferencia de calor del cuerpo o del sistema con mayor temperatura al de menor temperatura. El calor es una energía en transito y siempre fluye de un cuerpo o de un sistema con mayor temperatura a otro de menor temperatura. En el instante en que dos cuerpos o dos sistemas alcanzan la misma temperatura, cesa la transmisión de energía, por lo tanto, ya no hay energía en transito, ya no hay suministro de calor, sólo energía interna en los cuerpos o en los sistemas. En los sólidos la forma de transmisión de calor se da por conducción. Ésta se debe a la agitación que el calor produce entre la s moléculas de un cuerpo y que se transfiere sucesivamente de una a otra molécula, sin que estas partículas adquieran energía cinética traslacional. El calentamiento en los líquidos y gases se da por convección. Ésta es la corriente que se establece entre dos punto de una masa fluida cuando existe entre ellos una diferencia de temperatura. La radiación es la propagación de la energía calorífica por medio de rayos infrarrojos. Todos los cuerpos calientes emiten rayos infrarrojos de energía de manera proporcional a su temperatura. La energía calorífica que nos llega del sol se da por radiación, ya que los rayos infrarrojos atraviesan el vacio existente entre la Tierra y el sol, a una velocidad aproximada de 300 000 km/s. ACTIVIDAD N° 38 Con el propósito de que interpretes correctamente en qué consiste la transmisión del calor resuelve el siguiente cuestionario: 1.- Consulta tu libro de Física, enciclopedia o internet y responde lo siguiente. a).- ¿Qué sucede cuando se ponen en contacto dos sistemas o dos cuerpos en los que existe una diferencia de temperatura?_____________________________________________________________ b).- ¿Existe transferencia de calor entre un trozo de hierro de 12 kg cuya temperatura es de 25°C, si se acerca a otro trozo de hierro de 3kg cuya temperatura también es de 25°C? Sí o No y porqué:____________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ c).- ¿Por qué decimos que el calor es energía en tránsito?_____________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ d).- ¿Qué se entiende por energía interna de un cuerpo?______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ e).- ¿Por qué en el vacio no se propaga el calor por conducción?_______________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
  • 117:f).- ¿Por qué cuando hace mucho calor, procuramos vestirnos con ropa blanca o de coloresclaros?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- ¿Cuál es la causa por la cual se producen los vientos?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Se observa el calentamiento de una varilla metálica. Explica en que consiste la transmisión del calor por conducción en los cuerpos sólidos. Se observa como llegan los rayos del sol sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Explica en que consiste la transmisión del calor por radiación Se aprecia el calentamiento de un líquido por corrientes de convección en este caso, el agua. Explica en que consiste el mecanismo de transmisión del calor por convección.
  • EFECTO DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS 118: Para aumentar la temperatura de un cuerpo o un sistema es necesario suministrarle calor Una clasificación sencilla de los cuerpos se hace con base en su estado de agregación, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Estos estados pueden cambiar si los cuerpos reciben o transmiten energía calorífica. El calor específico de una sustancia se define como al cantidad de calor que necesita un gramo de dicha sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado o Celsius. ACTIVIDAD N° 39 Con el propósito de que seas capaz de explicar la relación que existe entre el calor y la elevación de la temperatura de un cuerpo, así como las transformaciones del estado de la materia, realiza la siguiente: INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1.- Investiga en tu libro de Física, enciclopedia o internet y resuelve lo siguiente: a).- ¿Qué se necesita hacer para elevar la temperatura de un cuerpo?____________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ b).- ¿Cómo puedes lograr que una sustancia en estado líquido pasé a un estado gaseoso? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ c).- ¿Cómo puedes lograr que una sustancia en estado sólido pase a estado líquido?________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ d).-¿Cómo puedes lograr que una sustancia en estado gaseoso pase al estado líquido?______________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ e).- Explica en que consiste los siguientes cambios de estado de la materia: Solidificación.______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Vaporización._______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Sublimación.________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Condensación.______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ f).- ¿Qué se entiende por calor específico de una sustancia?___________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
  • ACTIVIDAD N° 40 119:Definición: La temperatura de un cuerpo es una medida de la energía cinética promedio de las moléculasque contiene un cuerpo.  A mayor energía mayor temperatura.  Las escalas que comúnmente se usan son: el grado Celsius o Centígrado (ºC), el grado Fahrenheit (ºF) yel Kelvin (K)  Las relaciones entre ºC, ºF y K son:ºF = (1.8) ºC + 32ºC = ºF – 32 / 1.8K = ºC + 273ºC = K – 273 Ejemplos de aplicación de las fórmulas a la solución de Conversiones o TransformacionesConvierte 37ºC a ºF y KºF = (1.8)(37) +32 = 98.6 ºF K = 37 + 273 = 310 KTransforma –10 ºF a ºC y KºC = 10 –32 / 1.8 = ―23.33 ºC K = 23.33 ºC + 273 = 249.66 KConvierte –40 ºC a ºF y KºF = 1.8 (―40) + 32 = ―40 ºF K = ―40 + 273 = 233 KTransforma 70 K a ºC y ºFºC = 70 –273 = ―203 ºC ºF = (1.8)(―203) + 32 = ―333.4 ºF
  • ACTIVIDAD Nº 41 120: RESUELVE LOS SIGUIENTES EJERCICIOS APLICANDO LA FÓRMULA CORRESPONDIENTE.La siguiente tabla muestra los puntos de fusión en ºC de varios elementos, conviértelos a K y ºFElementos K = ºC + 273 ºF = (1.8) ºC + 32Aluminio 660 ºCCalcio 839 ºCCobre 1083 ºCOro 1064 ºCHelio –272.2 ºCHidrógeno –259.1 ºCMercurio –38.87 ºCOxígeno –218.4 ºCPlata 962 ºC
  • 121:Convierte de ºF a ºC los datos de la siguiente tabla.Alaska 100 ºF = ―80 ºF =Hawaii 115 ºF = 14 ºF =California 134 ºF = ―45 ºF =Texas 120 ºF = ―23 ºF =Florida 109 º F = ―2 ºF =Nueva York 108 ºF = ―52 ºF =Nuevo México 117 ºF = – 5 ºF =
  • 122: TRANSFORMACIONES ENTRE CALOR Y OTRAS FORMAS DE ENERGÍA La caloría (cal) es la unidad básica de calor y se define como la cantidad de calor necesaria paraque un gramo de agua aumente un grado Celsius o centígrado.Otra unidad comúnmente utilizada es la kilocaloría (Kcal) que equivale a 1000 calorías.Se llama calor específico ala cantidad de calor necesario para que la unidad de masa aumente la unidadde temperatura.En el sistema métrico serían las calorías necesarias para que un gramo de una sustancia aumente ungrado Celsius o centígradoSi se conoce el calor específico de una sustancia es posible calcular la cantidad de calor ganada operdida por dicha sustancia al variar su temperatura.Q = cantidad de calor: calorías ΔT: cambio de temperatura Tfinal―Tinicialm = masa = gramos ΔT: positiva = calor ganado positivoCe = calor específico = cal/g°C ΔT: negativa = calor perdido negativo
  • 123: Analiza el siguiente ejemplo:Una barra de aluminio de 500 g se calienta de 20°C a 50°C: ¿qué cantidad de calor absorbe elaluminio?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓNm = 500 g Q = (500 g ) (0.22 cal/g°C) (30°C)Ti = 20° CTf = 50° C RESULTADOCe = 0.22 cal/g°C Q = 3300 calCon 50 Kcal hasta donde se puede aumentar la temperatura de 1200 g de agua a 22°CDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓNm = 1200 g Tf = Q / m . Ce + Ti Tf = _______50 000 cal______Ti = 22° C (1200 g) (1 cal/g°C) +22° CCe = 1 cal/g°C RESULTADOQ = 50 Kcal = 50 000 cal Tf = 63.66 °C ACTIVIDAD Nº 42Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades de medición de una de las propiedadesgenerales de la materia en diferentes estados y la utilización de las unidades de medición delSistema Internacional.1.- Una tasa de vidrio de 220 g aumenta su temperatura de 20° C a 60° C ¿Cuánto calor absorbió?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 124:2.- Un pedazo de metal de 100 g absorbe 300 cal cuando aumenta su temperatura de 15 °C a 25° C,hallar el calor específico del metal.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- ¿Qué masa de hierro se puede calentar de 20° C a 70°C con 20000 cal?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Un lingote de oro de 20 kg absorbe 12000 cal. Si el oro estaba a 5° C, ¿hasta qué temperatura secalentó el lingote?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- 800 g de agua se enfrían de 20° C a 5° C. ¿Cuánto calor se libera?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • ¿QUÉ SUCEDE EN LOS SÓLIDOS, LOS LÍQUIDOS Y 125: LOS GASES CUANDO VARÍA SU TEMPERATURA Y LA PRESIÓN EJERCIDA SOBRE ELLOS? Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los cuerpos, pues la mayoría de ellos sedilatan al calentarse y se contraen si se enfrían. Los gases se dilatan mucho más que los líquidos yestos más que los sólidos. En los gases y líquidos las partículas chocan unas con otras en forma continua, pero si secalientan chocaran violentamente rebotando a mayores distancias y provocaran la dilatación. En lossólidos las partículas vibran alrededor de posiciones fijas sin embargo, al calentarse aumentan sumovimiento y se alejan de sus centros de vibración dando como resultado la dilatación. Por elcontrario, al bajar la temperatura las partículas vibran menos y el solido se contrae. Una barra de cualquier metal al ser calentada sufre un aumento en sus tres dimensiones, larga,ancho, y alto, por lo que su dilatación es cúbica. Sin embargo, en los cuerpos sólidos, como alambres,varillas o barras, lo más importante es el aumento de longitud que experimentan al elevarse latemperatura es decir, su dilatación lineal. El incremento de longitud que presenta una varilla de determinada sustancia, con un largo inicialde un metro, cuando su temperatura se eleva un grado Celsius o centígrado, se le llama coeficiente dedilatación lineal y se representa con la letra griega alfa (α). COEFICIENTES DE DILATACION LINEAL SUSTANCIA α (1/°C) HIERRO 11.7 X 10-6 ALUMINIO 22.4 X 10-6 COBRE 16.7 X 10-6 PLATA 18.3 X 10-6 PLOMO 27.3 X 10-6 NIQUEL 12.5 X 10-6 ACERO 11.5 X 10-6 ZINC 35.4 X 10-6 VIDRIO 7.3 X 10-6 LATON 1.9 X 10-6 MERCURIO 6.1 X 10-6
  • 126: Si conocemos el coeficiente de dilatación lineal de una sustancia y queremos calcular la longitudfinal que tendrá un cuerpo al variar su temperatura, utilizamos la siguiente fórmula.Δℓ = (α) ( ℓi) ( Δt) donde Δℓ = dilatación lineal ℓf - ℓi ℓi = longitud inicial ℓf = longitud finalΔt = cambio de temperatura tf – ti, tf = temperatura final ti= temperatura inicial.α = constante de proporcionalidad (coeficiente de dilatación lineal). RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS DE DILATACIÓN LINEAL. Analiza los siguientes ejemplos:1.- A una temperatura de 15°C una varilla de hierro tiene una longitud de 5m ¿Cuál será su longitud alaumentar la temperatura a 25°C?DATOS FÓRMULA RESULTADOα = Fe 11.7 X 10-6 ℓf = (α) ( ℓi) ( Δt) + ℓi ℓf = 5.000585 mℓi = 5 m SUSTITUCIÓNti = 15°C ℓf = (11.7 X 10-6) ( 5 m) ( 25°C - 15°C)+ 5 mtf = 25°Cℓf = ?
  • 127:2.- ¿A qué temperatura debe calentarse una varilla de cobre de 4 m de longitud que está a 30°C paraque su longitud final sea de 4.09 cm?DATOS FÓRMULA RESULTADOℓi = 5 m tf = Δℓ/ (α)(ℓi) + tf tf = 1337.30°Cℓf = 4.09 mtf = 30°C SUSTITUCIÓNα = Cu 16.7 X 10-6 tf = 0.09 m / (16.7 x 10-6) (4 m) + 30°C ACTIVIDAD Nº 43Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del razonamiento matemático y; además, queutilicen la aplicación de los conocimientos adquiridos.1.- Una barra de aluminio (25°C) mide 15 m de longitud. ¿Cuál será su longitud final si se calienta a100°C?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- A 15°C una varilla de hierro mide 18 m. ¿A qué temperatura se debe calentar para que su longitudfinal sea de 18.04 m?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- Un puente de acero de 100 m de largo a 8°C, aumenta su temperatura a 24°C. ¿Cuánto medirá sulongitud?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • EL MODELO DE PARTÍCULA Y LA PRESIÓN. 128: Las fuerzas son capaces de mover objetos provocándoles una aceleración. Pueden deformar a losobjetos cuando éstos no resisten la fuerza aplicada ni tienen forma de contrarrestar con undesplazamiento; y también ejercen presión. El poder deformador de una fuerza se “reparte” en la superficie sobre la cual actúa, y tiene lassiguientes características: a).- Si la fuerza actúa sobre una superficie pequeña, su efecto deformador es grande. b).- Si una fuerza actúa sobre una superficie grande, su efecto deformador es pequeño. La magnitud escalar que mide este reparto es la presión, que se define de la siguiente manera: La presión indica la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. Encualquier caso en que exista presión, una fuerza actuará en forma perpendicular sobre una superficie.Matemáticamente se expresa así. Donde la presión en N/m2 = Pascal La fuerza en Newton = N El área o superficie en metros al cuadrado = m2La expresión matemática de la presión señala que a mayor fuerza aplicada, mayor presión y amayor área sobre la cual actúa la fuerza, menor presión. Es por ello que un bloque rectangularejercerá menor presión si se coloca sobre una de sus caras de mayor área, que sí se coloca sobre una demenor área. Mayor área, menor Menor área, mayor presión presión´
  • 129: EJEMPLO: Analiza lo siguiente:Calcular la presión ejercida por una caja de 150 N de peso (fuerza) sobre una superficie si lasdimensiones de la caja son: = 0.8 m X 0.4 m X 0.2 m y la cara en la que está apoyada la caja es: a).-0.8 m X 0.4 m b).- 0.4 m X 0.2 m c).- 0.8 m X 0.2m A B A).- a = 0.8 m X 0.4 m = 0.32 m2 P = F /A = 150 N / 0.32 m2 = 468.75 Pa C B).- a = 0.4 m X 0.2 m = 0.08 m2 P = F /A = 150 N / 0.08 m2 = 1875 Pa C).- a = 0.8 m X 0.2 m = 0.16 m2 P = F /A = 150 N / 0.16 m2 = 937.5 Pa ACTIVIDAD Nº 44Propósito: Establecer la diferencia entre los conceptos de fuerza y presión.1.- Una caja de 1.2 m X 0.6 m X 0.3 m pesa 300 N. ¿Calcular la presión ejercida sobre cada una de lascaras?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO.
  • 130:2.- Una ventana está sometida a una presión de 1X 103 N. Si el área de la ventana es de = .5 m2 ¿Cuáles la fuerza a la que está sometida la ventana?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- ¿Cuál es el área sobre la que se aplica una fuerza de 500 N si la presión es de 420 Pa?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Calcular la fuerza que debe aplicarse sobre un área de 0.3 m2 para que exista una presión de 180N/m2DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- Sobre un líquido encerrado en un recipiente se aplica una fuerza de 60 N mediante un pistón deárea igual a 0.01 m2 ¿Cuál es el valor de la presión?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • PRESIÓN EN LÍQUIDOS Y GASES 131: Los fluidos, como los gases y los líquidos, ejercen presión Por ejemplo, cuando nadas en la alberca puedes sentir la presión del agua sobre tu piel. Si te zambulles, conforme te sumerges sientes como la presión del agua es cada vez más fuerte en tus oídos. Este tipo de presión se llama presión hidrostática. La fórmula que define a la presión hidrostática es: P h= (D) (g) (h) Donde Ph = presión hidrostática = Pascal (Pa) D = densidad del fluido = Kg/m3 g = aceleración de la gravedad = kg.m/s2 h = profundidad o altura de la columna del fluido = m El valor de g = 9.81 m/s2 EJEMPLO: Analiza lo siguiente: ¿Qué presión hidrostática produce una columna de 15 m de agua, considérese la densidad del agua de 1000 kg/m3? DATOS FÓRMULA SUTITUCIÓN h = 15 m P h= (D) (g) (h) P h= (1000 Kg/m3) (9.81m/s2) (15 m) D = 1000 Kg/m3 RESULTADO g = 9.81 m/s2 P h= 147150 Pa
  • ACTIVIDAD Nº 45 132:Propósito: Qué el alumno el explique el concepto de presión en fluidos en función del modelo departículas.1.- ¿Qué presión debe dar una bomba hidráulica para subir agua a una altura de 25 m?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- ¿A qué altura puede llegar el agua empujada por una bomba hidráulica que ejerce una presión de3 X 105 Pa?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- ¿Qué densidad debe tener un líquido para que una columna de 4.5 m produzca una presiónhidrostática de 7.2 X 104 Pa?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Calcular la presión hidrostática en el fondo de una alberca de 5m de profundidad, si la densidad delagua es de 1000 kg/m3.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- Calcular la profundidad a la que se encuentra sumergido un submarino, cuando soporta una presiónhidrostática de 8 X 106 Pa. Si la densidad del agua de mar es de 1020 kg/m3.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • PRESIÓN EN LÍQUIDOS Y GASES PRESIÓN ATMOSFÉRICA. 133: La Tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. El aire, que es una mezcla de 20%de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos loscuerpos que están en contacto con él, la cual es llamada presión atmosférica. Se está de acuerdo enque, al nivel del mar, el valor de la presión atmosférica es una constante equivalente a 1.013 X 105 Paó 1 atmosfera de presión = 760 mm de Hg (mercurio) Se sabe por experiencia que la presión atmosférica disminuye con la altura. A mayor altura, menorpresión atmosférica. Esto es así porque la columna de aire que está por encima de nuestra cabeza esmás corta cuando estamos a cualquier altura distinta de la del nivel del mar. ANALIZA EL SIGUIENTE EJEMPLO:Si la presión a nivel del mar es de 1.013 X 105 Pa y la densidad del aire es de 1.29 kg/m3. ¿Cuál seríala altura de la atmósfera?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓND = 1.29 kg/m3 Pt = (D) (g) (h) h =1.013x105Pa/(1.29 kg/m3) (9.81 m/s2)Pt = 1.013 x 105 Pa DESPEJE RESULTADOg = 9.81 m/s2 h = Pt / (D) (g) h = 8004.804 m
  • 134:¿Qué presión soporta un buzo que se encuentra a 18 m de profundidad?La presión a la que se ve sometido el buzo es igual a la presión atmosférica más la presiónhidrostática debido a la columna de agua sobre de él. PRESIÓN ATMOSFÉRICA = 1.013 x 105 Pa PRESIÓN HIDROSTÁTICA = (D) (g) (h) ACTIVIDAD Nº 46Propósito: Qué el alumno reconozca el papel de la ciencia y los alcances, a partir de explicar larelación entre la presión hidrostática y la presión atmosférica.1.- ¿Qué altura debe tener una columna de agua para producir una presión hidrostática equivalente a lapresión atmosférica? Y si la columna fuera de mercurio, ¿qué altura debe tener?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 135:2.- Un buzo nadará a una profundidad de 12 m. ¿A qué presión debe estar su tanque de oxígeno parano tener problemas al bucear?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- Determine a qué profundidad está sumergido un buceador en el mar, si soporta una presiónhidrostática de 399 840 Pa.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 136: DENSIDAD DE LOS CUERPOS La densidad es una magnitud física derivada que se vincula con la masa y el volumen de uncuerpo.La densidad es una magnitud compuesta que resulta de la comparación por división entre la masa y elvolumen de un cuerpoD = m/v D = densidad m = masa v = volumenLa densidad nos da una medida de la pesadez o ligereza de un cuerpo. Analizando la fórmula podemosobtener las siguientes conclusiones: a).- Si en volúmenes iguales hay diferentes cantidades de masa, entonces el más denso será elque tenga mayor masa. m1 m2 C 1 = Cuerpo uno v 1 = volumen del cuerpo uno m 1= masa del cuerpo uno C1 C2 C 2 = Cuerpo dos v1 v2 v 2 = volumen del cuerpo dos m 2 = masa del cuerpo dosSi v1 = v2 y m1 > m2 entonces el cuerpo uno es más denso que el dos D C1 > DC2―En volúmenes iguales a mayor masa mayor densidad‖ b).- Si dos masa iguales ocupan diferente volúmenes, entonces el de menor volumen será el másdenso. m1 m2 C1 C2 v1 v2Si m1 = m2 y v1 > v2 entonces la densidad del cuerpo dos, será mayor D C2 > D C 1―En masas iguales a mayor volumen menor densidad‖Ejemplos: En un cm3 de mercurio hay más masa que en un cm3 de aluminio, por tanto, el mercurio es más denso que el aluminio. 20 g de unicel ocupan más volumen que 20g de agua, por lo tanto, el unicel es menos denso que el agua.c).- Concluimos de la fórmula, que las unidades de la densidad son compuestas por unidades de masaentre unidades de volumen.Unidad básica de densidad gramos = g Centímetros cúbicos = cm3
  • 137:Es importante que sepas, que no existen dos o más sustancias que tengan la misma densidad, es decir que,cada sustancia diferente tiene su propia densidad DENSIDAD DE ALGUNAS SUSTANCIAS SUSTANCIAS DENSIDAD EN EL SI DENSIDAD EN EL CGS Kg/m3 g/cm3 Platino 22 400 22.400 Oro 19 320 19.320 Mercurio 13 600 13.600 Plomo 11 400 11.400 Cobre 8 900 8.900 Hierro 7 800 7.800 Aluminio 2 600 2.600 Agua de mar 1 030 1.030 Agua potable 1 000 1.000 Hielo 920 .920 Aceite 915 .915 Alcohol 790 .790 Oxígeno 1.43 0.00143 Hidrógeno 0.09 0.00009 EJEMPLOS RESUELTOS DE APLICACIÓN DE LA FÓRMULA DE LA DENSIDAD A LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS.a).- Un cuerpo ocupa un volumen de 500 cm3 y tiene una masa de 500 g ¿Cuál es su densidad y de quesustancia se trata?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO 3 3v = 500 cm D = m/v D = 500g/500cm D = 1g/cm3m = 500 gD= ?* Como podemos observar en la tabla, la densidad del agua potable es 1, por tanto la sustancia de laque habla el problema es agua.b).- Un cuerpo esférico de radio 5cm, tiene una masa de 800 g ¿Cuál es su densidadDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO 3 3m = 800g v = 4¶r v = (4)(3.1416)(5) v = 523.6 cm3v= ? 3 3D =? r= 5 cm * Como puedes observar primero se debe de obtener el volu- men del cuerpo, y ahora sí podemos calcular la densidad. D = m/v D = 800g/523.6cm3 D = 1.52 g/cm3
  • ACTIVIDAD Nº 47 138:Propósito: Qué el alumno analice e interprete el concepto de densidad de la materia.a).- ¿Cuál es la densidad de un objeto cuya masa es de 500 g y su volumen es de 350 cm3?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- Un trozo de madera ocupa un volumen de 20 cm3 y tiene una masa de 16 g. ¿Cuál es su densidad?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOc).- Se determinó la masa de una muestra de agua pura y se encontró que su valor era de 60g; despuésse midió su volumen en una probeta y se encontró que era de 60 cm3. ¿Cuál es el valor de su densidad?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd).- Una llave de cobre tiene una masa de 5g y ocupa un volumen de 0.56 cm3. ¿Cuál es el valor de sudensidad?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOe).- Determine la masa que contiene un cuerpo, cuya densidad es de 2600 kg/m3 y ocupa un volumende 8500 cm3.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOf).- Si se tiene un cuerpo de 3 Kg y una densidad de 11400kg/m3¿Cuál será el volumen que ocupa?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 139: PRÁCTICA DE LABORATORIO LA DENSIDAD DE SUSTANCIAS SÓLIDAS: PROPÓSITO: Comprobar experimentalmente la densidad de sustancias sólidas y desarrollar en el alumno la habilidad para el manejo de la balanza. Materiales: Tornillo de hierro Trozo pequeño de aluminio Trozo pequeño de cobre Balanza Agua Probeta graduada de 100 ml Cinta adhesiva Tres plumones de diferente color Desarrollo: 1.- Verificar antes de iniciar tu práctica que la balanza esté calibrada. Una balanza está equilibrada cuando el riel marca 0g sin cuerpos sobre el platillo. Si no es así, solicita la ayuda de tu maestro(a). 2.- Utiliza la balanza para determinar la masa de los tres cuerpos uno por uno y anota los datos en la tabla. Sustancia masa del objeto (g) volumen del objeto densidad del objeto (cm3) (d= g/cm3) Hierro Aluminio Cobre 3.- Coloca una tira de cinta adhesiva verticalmente en la probeta graduada (vierte 50 ml de agua en ella). Marca el nivel del agua en la cinta con un color. 4.- Sumerge el tornillo en el agua. Marca en la cinta el nuevo nivel del agua. Saca del agua el tornillo y anota los datos en la tabla. a).- ¿Cómo puedes obtener el volumen del tornillo?_________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 5.- Ahora verifica el nivel del agua y repite la operación con los otros objetos. 6.- Calcula la densidad de los objetos y anótala en la tabla. DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO La densidad de una sustancia (D) expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se determina como ya sabemos dividiéndola la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa:
  • 140:Sin embargo el peso específico de una sustancia se determina dividiendo su peso entre el volumen queocupa. Pe = P / VDonde: Pe = peso especifico en N/m3 P = peso de la sustancia en N V= volumen que ocupa en m3Podemos obtener la relación entre la densidad y el peso específico de una sustancia, si recordamosque:1.- P = (m) (g) como,2.- Pe = P / V sustituyendo 1 en 2 tenemos,3.- Pe = (m) (g) / V como m/V = D entonces4.- Pe = (D) (g) despejando ” D“ tenemos,5.- D = Pe / V ACTIVIDAD Nº 48Propósito: Qué el alumno identifique la diferencia entre densidad y peso específico de la materia.1.- 0. 5 de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.000633 m3. Calcular:a).- ¿Cuál es su densidad?b).- Cual es su peso especifico?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 141:2.- Calcular la masa y el peso específico de 15 000 litros de gasolina. Densidad de la gasolina 700kg/m3.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- ¿Cuál es la densidad de un aceite cuyo peso específico es de 8967 N/m3?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- ¿Cuál es el volumen, en metros cúbicos y en litros, de 3000 N de aceite de oliva, cuyo pesoespecífico es de 9016 N/m3?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- Calcular el peso específico del oro, cuya densidad es de 19300 kg/m3.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • PRINCIPIO DE PASCAL 142: Sabemos que un líquido produce una presión hidrostática debido a su peso, pero si el líquido seencierra herméticamente dentro de un recipiente puede aplicársele otra presión utilizando un émbolo;dicha presión se trasmitirá íntegramente a todos los puntos del líquido, a diferencia de los gases ysólidos, son prácticamente incompresibles. Está observación fue hecha por el físico francés BlaisePascal (1623 – 1662), quien enunció el siguiente principio que lleva su nombre:“Toda presión que ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente se trasmite con la mismaintensidad a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente que lo contiene”. La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del principio de pascal. Consta esencialmente doscilindros de diferente diámetro, cada una con su respectivo émbolo, unidos por medio de un tubo decomunicación. Se llenan de líquido el tubo y los cilindros, y al aplicarle una fuerza en el émbolo demenor tamaño la presión que genera se transmitirá íntegramente en el cilindro mayor, que está unido auna plataforma, empuja el émbolo hacia arriba.Con este dispositivo, si una fuerza pequeña actúa sobre el émbolo menor produce una gran fuerzasobre el émbolo mayor.La presión en el émbolo menor está dada por la relación f/a, y en el émbolo mayor por F/A. Deacuerdo con el principio de Pascal ambas presiones son iguales, por lo tanto, la fórmula para la prensahidráulica es:La prensa hidráulica se utiliza en las estaciones de servicio, para levantar automóviles; en la industria,para comprimir algodón o tabaco; para extraer aceites de algunas semillas, o jugo de algunas frutas.Los frenos hidráulicos de los automóviles también se basan en el principio de Pascal.
  • ACTIVIDAD Nº 49 143:Propósito: Qué el alumno realice mediciones de la presión de un objeto dentro de un líquido yexplicar los resultados con el principio de Pascal, y el funcionamiento de algunos aparatos.1.- ¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica cuya área es de 100 cm2,cuando en el émbolo menor de área es igual a 15 cm2 se aplica una fuerza de 200 N?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- Calcular la fuerza que se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica de un diámetro de20 cm, si en el émbolo menor de 8 cm se ejerce una fuerza de 150N.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- Calcular la fuerza que se debe de aplicar en el émbolo menor de una prensa hidráulica de 10 cm2 deárea, si en el émbolo mayor con un área de 150 cm2 se produce una fuerza de 10 500N.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- ¿Cuál será la fuerza que se producirá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica , cuya área es de40cm2, si en el émbolo menor de 12 cm2 se ejerce una fuerza de 250 N.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES 144: Cuando un cuerpo se sumerge en un líquido se observa que éste ejerce una presión verticalascendente sobre él. Lo anterior se comprueba al introducir un trozo de madera en agua; la madera esempujada hacia arriba, por ello se debe ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantenerlasumergida. De igual forma, hemos notado que al introducirnos en una alberca sentimos una aparentepérdida de peso a medida que nos aproximamos a la parte más honda, comenzando a flotar debido alempuje recibido por el agua.El empuje que reciben lo cuerpos al ser introducidos en un líquido fue estudiado por el griegoArquímedes (287-212 a. C.), quien además se destacó por sus investigaciones realizadas sobre el usode las palancas, la geometría plana y del espacio, y su teoría sobre los números.El principio de Arquímedes dice: “Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empujeascendente igual al peso del fluido desalojado”En un cuerpo totalmente sumergido en un líquido, todos los puntos de su superficie reciben unapresión hidrostática, que es mayor conforme aumenta la profundidad de un punto. Las presionesejercidas sobre las caras laterales opuestas del cuerpo se neutralizan mutuamente, sin embargo, estásujeto a otras dos fuerzas opuestas: su peso que lo empuja hacia abajo y el empuje del líquido que loimpulsa hacia arriba. De acuerdo con la magnitud de estas dos fuerzas tendremos los siguientes casos:1.- Si el peso de un cuerpo es menor al empuje que recibe, flota porque desaloja menor cantidad delíquido que su volumen.2.- Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecerá en equilibrio, es decir, sumergidodentro del líquido.3.- Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje, se hunde, sufriendo una disminucion aparente depeso.Para que un cuerpo flote en cualquier fluido, su densidad promedio debe ser menor a la del fluido. Elempuje que recibe un cuerpo sumergido en un líquido se determina multiplicando el peso específicodel líquido por el volumen desalojado de esté: E = (Pe) ( V).
  • ACTIVIDAD Nº 50 145:Con el objetivo de que reflexiones cómo varia la presión a medida que aumenta la profundidaden un líquido, resuelve el siguiente cuestionario.1.- Consulta en tu libro de texto, enciclopedia o internet y responde lo que se te indica:a).- Se observa una alberca llena de agua. En que parte de ella existe una mayor presión originada porel agua que contiene, si consideramos tres puntos a) .- la superficie libre del agua; b).- la parte mediade la alberca; c).- el fondo de la alberca. Explica por qué __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.- Se observa un recipiente pequeño y uno más grande. Ambos llenos con agua hasta una altura de 60cm ¿Cómo es la presión ejercida por el agua en el fondo en cada uno de los recipiente, igual o diferentey por qué?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.- Explica en que consiste la paradoja hidrostática de Stevin:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.- Explica cómo es posible que los grandes barcos y porta aviones puedan flotar_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • ACTIVIDAD Nº 51 146: Propósito: Qué identifiques las características de los sólidos y fluidos, realiza la siguiente actividad experimental. CUERPOS SÓLIDOS Y FLUIDOS Propósito: Identificar las propiedades de los cuerpos sólidos y fluidos Material: Un cuerpo sólido de metal Un vaso de precipitados Una caja de cerillos Agua PROCEDIMIENTO: 1.- Forma un equipo de cuatro compañeros. 2.- Coloquen el cuerpo sólido de metal sobre la mesa de trabajo. 3.- Pongan también sobre la mesa de trabajo un vaso de precipitados con agua 2/3 partes de su capacidad. 4.- enciendan un cerillo y observen el gas que desprende durante su combustión. 5.- tomen el cuerpo sólido con sus dedos y traten de doblarlo para cambiar su volumen, es decir, su forma. ¿Lo consiguieron?______________________________________________________________ ¿Cómo lo explican? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 6.- Sumerjan en el vaso con agua dos dedos, el pulgar y el índice, traten de comprimir con sus dedos el agua. ¿Lo consiguen? ______________________________________________________________ ¿Cómo lo explican? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 7.- Observa el gas que se desprende durante la combustión del cerillo. ¿Lo podrían juntar en un vaso tal como lo Hacen cuando ponen agua en dicho vaso? _______________________________________ ¿Por qué?__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 8.- Señalen las principales características que puedan apreciar de los tres estados de agregación de la materia. a).- Sólido: _________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
  • 147:b).- Líquido: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- Gaseoso: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________9.- ¿Tienen forma definida los sólidos? Sí o No y ¿por qué? ____________________________________________________________________________________________________________________10.- ¿Tienen forma definida los líquidos? Sí o No y ¿por qué? __________________________________________________________________________________________________________________11.- ¿Tienen forma definida los gases? Sí o No y ¿por qué? ____________________________________________________________________________________________________________________12.- ¿En qué consiste la propiedad de los sólidos llamada rigidez? _______________________________________________________________________________________________________________13.- ¿Por qué se le puede dar el nombre de fluido a un líquido o a un gas, pero no se le puede dar esenombre a un sólido? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________14.- ¿Por qué los gases para poder ser trasladados de un lugar u otro, se deben confirmar en recipientesperfectamente tapados y sellados? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________15.- Por medio de una jeringa de plástico, explica como se puede demostrar la comprensión yexpansión de los gases y la incompresibilidad de los líquidos.a).- Comprensión y expansión de gases: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Incompresibilidad de los líquidos: ____________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 148: Un gas se caracteriza porque sus moléculas están muy separadas unas de otras, razón por lacual carecen de forma definida y ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene. Son fluidoscomo los líquidos pero se diferencian de éstos por ser sumamente compresibles debido a la mínimafuerza de cohesión entre sus moléculas. De acuerdo con la teoría cinética molecular, los gases estánconstituidos por moléculas independientes como si fueran esferas elásticas en constante movimiento,chocando entre sí y contra las paredes del recipiente que los contiene. Cuando la temperatura de ungas aumenta, se incrementa la agitación de sus moléculas y en consecuencia se eleva la presión. Perosi la presión permanece constante, entonces aumentará el volumen ocupado por el gas. Si un gas secomprime, se incrementan los choques entre sus moléculas y se eleva la cantidad de calor desprendida,como resultado de un aumento en energía cinética de las moléculas. Todos los gases pueden pasar alestado líquido siempre y cuando se les comprima a una temperatura inferior a su temperatura crítica. LEY DE BOYLE El inglés Robert Boyle (1627-1691) es considerado el padre de la química moderna. Fue eliniciador de las investigaciones respecto a los cambios en el volumen de un gas, como consecuenciade las variaciones de la presión aplicada, y enuncio la siguiente ley que lleva su nombre:‖A unatemperatura constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varía de manerainversamente proporcional a la presión absoluta que recibe”.Por lo tanto su expresión matemática es: PiVi = PfVf Analiza el siguiente ejemplo: Un gas ocupa un volumen de 200cm3 a una presión de 760mm de Hg. ¿Cuál será su volumen si lapresión recibida aumenta a 900mm de Hg.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÒNVi = 200cm3 PiVi = PfVf Vf = (760mmde Hg) (200cm3)/900mm de HgPi = 760 mm de Hg DESPEJE RESULTADOVf = ? Vf = Pi Vi / Pf Vf = 168.89cm3
  • ACTIVIDAD Nº 52 149: Propósito: Qué el alumno relacione fenómenos cotidianos con el comportamiento de los gasesde acuerdo con el modelo de partículas.1.- Determine el volumen que ocupará un gas a una presión de 587 mm de Hg, si a una presión de690 mm de Hg, su volumen es igual a 1500 cm3.DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO2.- un gas recibe una presión de 2 atmósferas y ocupa un volumen de 125 cm3. Calcular la presión quedebe soportar para que su volumen sea de 95 cm3.DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO3.- Calcular el volumen de un gas al recibir una presión de una 2 atmósferas, si su volumen es de0.75 litros a una presión de 1.5 atmósferas.DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
  • LEY DE CHARLES 150: En 1785 el científico francés Jacques Charles fue el primero en hacer mediciones acerca de losgases que se expanden al aumentar su temperatura y enunció una ley que lleva su nombre: ´´A unapresión constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varia de maneradirectamente proporcional a su temperatura absoluta´´ A una temperatura de 0°K, es decir, en el cero absoluto de temperatura y equivalente a -273°C,el volumen de un gas es nulo, lo cual significa que todo el movimiento de la s moléculas ha cesado. Enel cero absoluto de temperatura, la ausencia de volumen del gas y del movimiento de sus partículasimplica el estado mínimo de energía y, por consiguiente, la mínima temperatura posible. Al considerar a un gas bajo dos diferentes condiciones de volumen y temperatura tenemos lasiguiente expresión matemática:Vi/Ti = Vf/Tf esta ecuación relaciona los 2 estados de volumen y temperatura de un gas, parauna masa y presión constante. Analiza el siguiente ejemplo:Se tiene un gas a una temperatura de 25°C y con un volumen de 70 cm3 a una presión de 586 mm deHg. ¿Qué volumen ocupará este gas a una temperatura de 0°C si la presión permanece constante?DATOS FÒRMULA CONVERSIÒN DE UNIDADESTi = 25°C Vi/Ti = Vf/Tf Para Ti: °K = °C + 273 = 25°C + 273 = 298°KVi = 70 cm3Vf =? DESPEJE Para Tf: °K = °C + 273 = 0°C + 273 = 273°KTf = 0°C Vf = (Vi) (Tf) SUSTITUCIÓN Y RESULTADOP = Constante Ti Vf = (70cm3) (273°K) = 64.13 cm3 298°K
  • ACTIVIDAD Nº 53 151: Propósito: Qué el alumno relacione fenómenos cotidianos con el comportamiento de los gasesde acuerdo con el modelo de partículas.1.- Una masa determinada de nitrógeno gaseoso ocupa un volumen de 0.03ℓ a una temperatura de23°C y a una presión de una atmósfera, calcular su temperatura absoluta si el volumen que ocupa es de0.02ℓ a la misma presión.DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO2.- Una masa de oxígeno gaseoso ocupa un volumen de 50 cm3 a una temperatura de 18°C y a unapresión de 690 mm de Hg. ¿Qué volumen ocupará a una temperatura de 24°C si la presión recibidapermanece constante?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO3.- Calcular la temperatura absoluta a la cual se encuentra un gas que ocupa un volumen de 0.4 ℓ a unapresión de una atmósfera, si a una temperatura de 45°C ocupa un volumen de 1.2 ℓ a la misma presión.DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
  • LEY DE GAY-LUSSAC 152: El científico francés Joseph Luis Gay-Lussac (1778-1850) encontró la relación existente entrela temperatura y la presión de un gas cuando el volumen del recipiente que lo contiene permanececonstante. Como resultado de ello enunció la siguiente ley que lleva su nombre:‖A un volumenconstante y para una masa determinada de un gas, la presión absoluta que reciben el gas esdirectamente proporcional a su temperatura absoluta” Esto significa que si la temperatura de un gas aumenta, también aumenta su presión en lamisma proporción, siempre y cuando el volumen del gas permanezca constante. En forma matemáticaesta ley se expresa de la siguiente manera:Pi/Ti = Pf/Tf Esta ecuación relaciona las dos estados de presión y temperatura de una gas, Para una masa y volumen constantes. Analiza el siguiente ejemplo:Una masa dada de gas recibe unas presión absoluta de 2.3 atmósferas, su temperatura es de 33°C yocupa un volumen de 850 cm3. Si el volumen del gas permanece constante y su temperatura aumentaa 75°C, ¿Cuál será la presión absoluta del gas?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADOPi = 2.3 atm Pi/Ti = Pf/Tf Pf = (2.3 atm) (348°K) = 2.6 atmTi = 33°C + 273 = 306°K 306°KTf = 75°C + 273 = 348°K DESPEJEPf =? Pf = (Pi) (Tf)V = constante Ti
  • ACTIVIDAD Nº 54 153: Propósito: Qué el alumno relacione fenómenos cotidianos con el comportamiento de los gasesde acuerdo con el modelo de partículas.1.-Un gas encerrado en un recipiente mantiene una temperatura de 22°C y tiene una presión absolutade 3.8 atmósferas. ¿Cuál es la temperatura del gas si su presión absoluta es de 2.3 atmósferas?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO2.- Un balón de futbol recibe una presión absoluta de 78 000 Pascal a una temperatura de 19°C, si elbalón recibe un incremento en su temperatura a 25°C debido a los rayos solares ¿Qué presiónsoportará?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO3.- ¿Qué volumen ocupará un gas de 77°C si a 7°C ocupa un volumen de 500 cm3?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO4.- ¿A que temperatura debe encontrarse un gas para que ocupe un volumen de 200cm3, si a 20°Cocupa un volumen de 100cm3?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
  • LEY GENERAL DE ESTADO GASEOSO 154: Con base en las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, se estudia la dependencia existente entredos propiedades de los gases conservándose las demás constantes.No obstante, se debe buscar una relación real que involucre los cambios de presión, volumen ytemperatura sufridos por un gas en cualquier proceso en que se encuentre. Esto se logra mediante laexpresión matemática: (Pi) (Vi) = (Pf) (Vf) Ti TfEsta relación recibe el nombre de Ley General del Estado gaseoso y resulta de gran utilidad cuando sedesea conocer alguna de las variables involucradas en el proceso, como la presión, el volumen o latemperatura de una masa dada de un gas del cual se conocen los datos de su estado inicial y sedesconoce alguno de ellos en su estado final. Analiza el siguiente ejemplo:Una masa de hidrógeno gaseoso ocupa un volumen de 2 litros a una temperatura de 38°C y a unapresión absoluta de 696 mm de Hg. ¿Cuál será su presión absoluta si su temperatura aumenta a 60°C ysu volumen es de 2.3 litros?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒNVi = 2ℓ (Pi) (Vi) = (Pf) (Vf) Pf = (696mm de Hg)(2ℓ)(333°K) Ti Tf (2.3ℓ)(311°K)Ti = 38°C+273 =311°KPi = 696 mm de Hg DESPEJE RESULTADOVf = 2.3 ℓTf = 60°C+273=333°K Pf = (Pi) (Vi) (Tf) Pf = 648.030 mm de Hg.Pf = ? (Vf) (Ti)
  • ACTIVIDAD Nº 55 155:Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del razonamiento matemático y; además, queutilicen la aplicación de los conocimientos adquiridos sobre el comportamiento de los gases.1.-Calcular el volumen que ocupará un gas en condiciones normales si a una presión de 858 mm de Hgy 23°C su volumen es de 230 cm3.DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO2.- A un gas que está dentro de un recipiente de 4 litros se le aplica una presión absoluta de 1020 mmde Hg y su temperatura es de 12°C. ¿Cuál será su temperatura si ahora recibe una presión absoluta de920 mm de Hg y su volumen es de 3.67 litros?DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO3.-Determinar el volumen ocupado por un gas que se encuentra a una presión absoluta de 970 mm deHg y a una temperatura de 57°C, si al encontrarse a una presión absoluta de 840 mm de Hg y unatemperatura de 26°C su volumen es de 0.5 litros.DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
  • 156:
  • MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA 157: Composición de la materiaLa materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su vez, se componen de otras aúnmás pequeñas, llamadas partículas subatómicas, las cuales se agrupan para constituir los diferentesobjetos.Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entraren combinación. Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y unacorteza, donde se encuentran los electrones. Cuando el número de protones del núcleo es igual al deelectrones de la corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro.Se denomina número atómico al número de protones que existen en el núcleo del átomo de unelemento. Si un átomo pierde o gana uno o más electrones adquieren carga positiva o negativa,convirtiéndose en un ion. Los iones se denominan cationes si tienen carga positiva y aniones si tienencarga negativa.La mayoría de los científicos cree que toda la materia contenida en el Universo se creó en unaexplosión denominada Big Bang, que desprendió una enorme cantidad de calor y de energía. Al cabode unos pocos segundos, algunos de los haces de energía se transformaron en partículas diminutas que,a su vez, se convirtieron en los átomos que integran el Universo en que vivimos.En la naturaleza los átomos se combinan formando las moléculas. Una molécula es una agrupación dedos o más átomos unidos mediante enlaces químicos. La molécula es la mínima cantidad de unasustancia que puede existir en estado libre conservando todas sus propiedades químicas.Todas las sustancias están formadas por moléculas. Una molécula puede estar formada por un átomo(monoatómica), por dos átomos (diatómica), por tres átomos (triatómica) o más átomos (poliatómica)Las moléculas de los cuerpos simples están formadas por uno o más átomos idénticos (es decir, de lamisma clase). Las moléculas de los compuestos químicos están formadas al menos por dos átomos dedistinta clase (o sea, de distintos elementos).Continuidad de la materiaSi se tiene una determinada cantidad de una sustancia cualquiera, como por ejemplo, de agua y sedesea dividirla lo más posible, en mitades sucesivas, llegará un momento en que no podrá dividirsemás, ya que se obtendría la cantidad más pequeña de agua. Esta mínima cantidad de agua, tal como se dijo anteriormente, corresponde a una molécula. Si estamolécula se dividiera aún más, ya no sería agua lo que se obtendría, sino que átomos de hidrógeno yde oxígeno que son los constituyentes de la molécula de agua.
  • 158:Por lo tanto, una molécula es la partícula de materia más pequeña que puede existir como sustanciacompuesta. Cuando la molécula de agua: (H2O) se divide en dos átomos de hidrógeno y un átomo deoxígeno, la sustancia dejó de ser agua.Los científicos han demostrado que la materia, sea cual fuere su estado físico, es de naturalezacorpuscular, es decir, la materia está compuesta por partículas pequeñas, separadas unas de otras.Elementos, compuestos y mezclasLas sustancias que conforman la materia se pueden clasificar en elementos, compuestos y mezclas.Los elementos son sustancias que están constituidas por átomos iguales, o sea de la misma naturaleza.Por ejemplo: hierro, oro, plata, calcio, etc. Los compuestos están constituidos por átomos diferentes.El agua y el hidrógeno son ejemplos de sustancias puras. El agua es un compuesto mientras que elhidrógeno es un elemento. El agua está constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y elhidrógeno únicamente por dos átomos de hidrógeno. Si se somete el agua a cambios de estado, su composición no varía porque es una sustancia pura, perosi se somete a cambios químicos el agua se puede descomponer en átomos de hidrógeno y de oxígeno.Con el hidrógeno no se puede hacer lo mismo. Si se somete al calor, la molécula seguirá estandoconstituida por átomos de hidrógeno. Si se intenta separarla por medios químicos siempre se obtendráhidrógeno.En la naturaleza existen más de cien elementos químicos conocidos Y más de un millón decompuestos.Las mezclas se obtienen de la combinación de dos o más sustancias que pueden ser elementos ocompuestos. En las mezclas no se establecen enlaces químicos entre los componentes de la mezcla.Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.Las mezclas homogéneas son aquellas en las cuales todos sus componentes están distribuidosuniformemente, es decir, la concentración es la misma en toda la mezcla, en otras palabras en lamezcla hay una sola fase. Ejemplos de mezclas homogéneas son la limonada, sal disuelta en agua, etc.Este tipo de mezcla se denomina solución o disolución.Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que sus componentes no están distribuidosuniformemente en toda la mezcla, es decir, hay más de una fase; cada una de ellas mantiene suscaracterísticas. Ejemplo de este tipo de mezcla es el agua con el aceite, arena disuelta en agua, etc.; enambos ejemplos se aprecia que por más que se intente disolver una sustancia en otra siempre pasadoun determinado tiempo se separan y cada una mantiene sus características.Propiedades de la materiaLas propiedades de la materia corresponden a las características específicas por las cuales unasustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:Propiedades físicas: dependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse comoejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Porejemplo, la oxidación de un clavo (está constituida de hierro).Las propiedades físicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden ala masa, el volumen, la longitud.
  • 159:Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que setenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cienlitros de agua ACTIVIDAD N° 56Con los siguientes conceptos forma un mapa conceptual.Estructura interna de la materia, Modelo atómico, la estructura interna de los átomos,electrones, protones, neutrones, núcleo del átomo, propiedades eléctricas y magnéticas. ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA Su explicación requiere de un MODELO ATÓMICO Que considera LA ESTRUCTURA INTERNA DE LOS ATOMOS Constituidos por PROTONES NEUTRONES ELECTRONES Se encuentren en el Son responsables de PROPIEDADES ELÉCTRICAS NÚCLEO DEL ÁTOMO Y MAGNÉTICAS
  • 160: CARGA ELÉCTRICALa carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que se manifiestamediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por loscampos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campoeléctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interacción. La partícula quetransporta la información de estas interacciones es el fotón. Estas fuerzas son de alcance infinito y nose manifiestan de forma inmediata, sino que tardan un tiempo, donde C es la velocidad de laluz en el medio en el que se transmite y d la distancia entre las cargas.Las dos partículas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma naturalen la Tierra son el electrón y el protón, aunque pueden encontrarse otras partículas cargadasprocedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el protón y elneutrón) además, están constituidos por partículas cargadas más pequeñas llamadas quarks, sinembargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza.Cuando un átomo gana o pierde un electrón, queda cargado eléctricamente. A estos átomoscargados se les denomina iones.Los trabajos de investigación realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel deFísica Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electrón, y de Robert Millikan amedir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga eléctrica.En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina Coulomb (símboloC) y se define como la cantidad de carga que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corrienteeléctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de 6.24 × 1018 electrones aproximadamente. Lacarga más pequeña que se encuentra en la naturaleza es la carga del electrón (que es igual en magnituda la del protón y de signo opuesto): e = 1.602 × 10-19 C
  • 161: CORRIENTE ELÉCTRICALa corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material.Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional deUnidades se expresa en C/s (culombios sobré segundo), unidad que se denomina Amperio. Unacorriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, loque se aprovecha en el electroimán.El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que,calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad sedesea medir.Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentidoconvencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativoy sin embargo posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores decarga son negativos, estos son los electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional.En resultado, el sentido convencional y el real son ciertos en tanto que los electrones fluyen desde elpolo positivo hasta llegar al negativo (sentido real), cosa que no contradice que dicho movimiento seinicia al lado del polo positivo donde el primer electrón se ve atraído por dicho polo creando un huecopara ser cubierto por otro electrón del siguiente átomo y así sucesivamente hasta llegar al polonegativo (sentido convencional) es decir la corriente eléctrica es el paso de electrones desde el polonegativo al positivo comenzando dicha progresión en el polo positivo.En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con electricidad, sólo se disponía decarga eléctrica generada por frotamiento o por inducción. Se logró (por primera vez, en 1800) tener unmovimiento constante de carga cuando el físico italiano Alessandro Volta inventó la primera pilaeléctrica. Conducción eléctricaUn material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de laelectricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decirque pertenezcan a algún átomo determinado.Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar aotro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga (q) setransporta a través de una sección transversal dada del alambre en un tiempo (t), entonces la corriente(I) a través del alambre es I = q/t. Aquí q está en Coulombs, t en segundos, e I en amperios (1A =1C/s).Una característica de los electrones libres es que, incluso sin aplicarles un campo eléctrico desdeafuera, se mueven a través del objeto de forma aleatoria debido a la energía calórica. En el caso de queno hayan aplicado ningún campo eléctrico, cumplen con la regla de que la media de estos movimientos
  • 162:aleatorios dentro del objeto es igual a cero. Esto es: dado un plano irreal trazado a través del objeto, sisumamos las cargas (electrones) que atraviesan dicho plano en un sentido, y sustraemos las cargas quelo recorren en sentido inverso, estas cantidades se anulan.Cuando se aplica una fuente de tensión externa (como, por ejemplo, una batería) a los extremos de unmaterial conductor, se está aplicando un campo eléctrico sobre los electrones libres. Este campoprovoca el movimiento de los mismos en dirección al terminal positivo del material (los electrones sonatraídos [tomados] por el terminal positivo y rechazados [inyectados] por el negativo). Es decir, loselectrones libres son los portadores de la corriente eléctrica en los materiales conductores.Si la intensidad es constante en el tiempo, se dice que la corriente es continua; en caso contrario, sellama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto delconductor, la corriente es estacionaria.Para obtener una corriente de 1 amperio, es necesario que 1 Coulomb de carga eléctrica por segundoesté atravesando un plano imaginario trazado en el material conductor.El valor I de la intensidad instantánea será:Si la intensidad es variable la fórmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo detiempo considerado.Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia queoponen los cuerpos:
  • 163: Estudia con atención el siguiente ejemplo:¿Cuántos Coulomb pasan por un segundo durante 30 minutos si la intensidad de corriente es de0.25 A?.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOT = 30 min = 1800 seg q = (0.25 A) (1800 seg) q = 450 C I= q / tI= 0.25 A DESPEJANDO q = (I) (t)Del problema anterior, ¿Cuántos electrones pasan por el conductor?. 1 e― = 2.81 X 1021 electrones 450 C Χ ― 19 6 X 10 C ACTIVIDAD Nº 57Propósito: Qué el alumno reinterprete los aspectos analizados previamente sobre lacorriente eléctrica con base en el movimiento de los electrones.1.- Una intensidad de corriente de 1.5 A circula por un conductor durante una hora. Hallar:a).- la carga desplazada, b).- el número de electrones que atraviesan el conductor en una hora.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- A través de un alambre pasan 650 C en 15 minutos. ¿Cuál es la intensidad de corriente?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 164:3.- ¿Cuánto tiempo debe circular una corriente de 5 A para que pase una carga de 2700 C?.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Hallar el número de electrones que circulan en un conductor con una corriente de 2 A en 10 min.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- Si por el conductor pasan 30 000 C en 2 horas. Hallar la intensidad de corriente.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO6.- ¿Cuánto tiempo se requiere para que se desplacen 4 800 C, si la corriente es de 6 A.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 165: DIFERENCI A DE POTENCIAL ELÉCTRICO (VOLTAJE)La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lolargo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica.La diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campoeléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir conun voltímetro. V=T/q V = voltaje en Voltios ó volts. T = trabajo en Joules q = carga desplazada en CoulombsEn el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios (V), al igual queel potencial.La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencialeléctrico de los puntos A y B en el campo.Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá unflujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través delconductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corrientecesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es loque se conoce como corriente eléctrica.Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a ladiferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial sea cero. Estudia con atención el siguiente ejemplo:Si una carga de 2X 10―6 C se mueve gracias a una diferencia de potencial de 2 Volts. Hallar el trabajonecesario para que la carga se desplace.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOQ = 2X 10―6 C V=T/q T = (2 J/C) (2X 10―6 C) T = 4X 10―6 CV = 2 Volts DESPEJE T = 0.000004 C T = (V) (q)
  • ACTIVIDAD Nº 58 166: Propósito: Qué el alumno analice la función del electrón como portador de carga eléctrica y su diferencia de potencial.1.- La diferencia de potencial entre dos puntos es de 110 000 V. ¿Qué trabajo debe realizarse paramover una carga de 2 µC de un punto a otro?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- El trabajo necesario para mover una carga de 7 µC es de 6 J. hallar la diferencia de potencial.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- ¿Qué carga se puede desplazar con un trabajo de 3nJ y una diferencia de potencial de 50 000 V?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Hallar la diferencia de potencial necesaria para que con un trabajo de 25 nJ se mueva una carga de12µC?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- El trabajo necesario para llevar una carga de 5 nC de un punto a otro es de 3mJ. ¿Cuál es ladiferencia de potencial?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 167: RESISTENCIA ELÉCTRICALa resistencia eléctrica es la relación existente entre la diferencia de potencial eléctrico al que sesomete a un medio o componente y la intensidad de la corriente que lo atraviesa:R = V/ILa resistencia eléctrica se suele representar con la letra R, y su unidad en el SI es el ohmio, definidocomo la resistencia de un conductor en el cual la corriente es de un amperio cuando la diferencia depotencial entre sus extremos es de un voltio. El inverso de la resistencia se denomina conductanciaeléctrica y su unidad es el siemens.De la ecuación anterior se desprende que cuanta menor sea la intensidad de la corriente, mayor será laresistencia, por ello se dice que la resistencia eléctrica es una medida de la dificultad que opone unconductor al paso de la corriente a su vez.Para una gran variedad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica no depende de la cantidadde corriente o la diferencia de potencial aplicada por lo que ambas son proporcionales, siendo laresistencia de un conductor función de las características del material y la temperatura a la que éste seencuentra y de varios factores que influyen en la resistencia eléctrica de un conductor. Por ejemplo: La naturaleza del Conductor: Si tomamos alambres de la misma longitud y sección transversal (grueso) de los siguientes materiales: plata, cobre, aluminio, y fierro, podemos verificar que la plata tiene una menor resistencia y que el fierro es el de mayor resistencia de los cuatro. La longitud del conductor: A mayor longitud mayor resistencia. Si se duplica la longitud del alambre, también lo hace su resistencia. Su sección o área transversal: (grosor) Al duplicarse la superficie de la sección trasversal, se reduce la resistencia a la mitad. La temperatura: En el caso de los metales su resistencia aumenta casi en forma proporcional a su temperatura. Sin embargo, el carbón disminuye su resistencia al incrementarse la temperatura, porque la energía que produce la elevación de temperatura libera más electrones.
  • LEY DE OHM 168: George Simón Ohm (1787–1854) físico y profesor alemán, utilizo en sus experimentosinstrumentos de medición bastante confiables y observo que si aumenta la diferencia de potencial enun circuito, mayor es la intensidad de la corriente eléctrica; también comprobó que al incrementar laresistencia del conductor, disminuye la intensidad de la corriente eléctrica.Con base en sus observaciones en 1827 enunció la siguiente ley que lleva su nombre:“La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamenteproporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a laresistencia del conductor”Matemáticamente esta ley se expresa de la siguiente manera:I=V/R por lo tanto V= (I) (R)Donde: V: es la diferencia de potencial aplicado a los extremos del conductor (en volts V)R: es la resistencia del conductor en OhmsI: es la intensidad de la corriente que circula por el conductor (en amperes A)Al despejar la resistencia de la expresión matemática de la ley de Ohm tenemos que: R=V/ICon base en la ley de Ohm se define a la unidad de resistencia eléctrica de la siguiente manera: laresistencia de un conductor es de 1 ohm si existe una corriente de un ampere cuando se mantiene unadiferencia de potencial de un Volt a través de la resistencia:R (en ohmios) = V (en volts) I (en amperes) es decir 1 ohmio = V/ACabe señalar que la ley de ohm presenta algunas limitaciones como son:1.- Se puede aplicar a los metales pero no al carbón o a los materiales utilizados en los transistores.2.- Al utilizarse esta ley debe recordarse que la resistencia cambia con la temperatura, pues todos losmateriales se calientan por el paso de corriente.3.- Algunas aleaciones conducen mejor las cargas en una dirección que otra.
  • 169: Estudia con atención el siguiente ejemplo:Un conductor de resistencia igual a 4 Ω es atravesado por una corriente de 1.5 A. hallar la diferenciade potencial.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOI = 1.5 A I =V/R V= (1.5 A) (4 Ω) V= 6 VoltiosR=4Ω DESPEJEV =? V= (I) (R) ACTIVIDAD Nº 59Propósito: Qué el alumno(a) describa la resistencia eléctrica en función de los obstáculosal movimiento de los electrones en los materiales.1.- Se aplica una diferencia de potencial de 120 V a una resistencia de 8 Ω. ¿Cuál es laintensidad de corriente que pasa?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- Hallar el valor de la resistencia eléctrica de un alambre por el que pasan 5 A con una diferencia depotencial de 80 V.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- Un foco de 100 V absorbe 1.5 A. Calcular su resistencia.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 170:4.- Hallar la intensidad de corriente eléctrica en un tostador de 12 Ω y 120 V.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- ¿Cuál es la diferencia de potencial en un alambre de 5 Ω, si por este conductor pasan 850 C en20 minutos?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO6.- Un calentador eléctrico tiene una resistencia de 15 Ω cuando está caliente. ¿Cuál es la intensidad dela corriente que fluirá al conectarlo a una línea de 110 V?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 171: CIRCUITOS ELÉCTRICOS Los circuitos eléctricos son un conjunto de elementos como las resistencias y las pilas queintegran un camino para la corriente eléctrica, con lo que se logra transformar energía eléctricaen calor o en energía luminosa.La resistencia puede ser un elemento como un bombillo, el disco de la cocina eléctrica, el radio, eltelevisor o cualquier elemento que requiera de electricidad para funcionar.Los circuitos eléctricos se pueden formar de tres maneras: circuitos en serie, circuitos en paraleloy circuitos mixtos. Su nombre depende de cómo se acomoden los elementos con respecto a lafuente. CIRCUITO EN SERIESe define un circuito en serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene unsolo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En el casoconcreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en todos los puntos delcircuito.Donde I es la corriente en la resistencia R, V el voltaje de la fuente. Aquí observamos que en general:
  • 172: Estudia con atención el siguiente ejemplo:Tres resistencias de 4Ω,6Ω,8Ω se conectan en serie. El circuito es alimentado por unabatería de 24 V. hallar: a (.- la intensidad de corriente que circula en el circuito. b (.- ladiferencia de potencial en cada una de las resistencias. 8Ω 24 V 6Ω 4ΩA).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOR1 = 4Ω RT = R1 + R2 + R3 RT = 4Ω + 6Ω + 8Ω RT = 18ΩR2 = 6Ω FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOR3 = 8Ω I=V/R I = 24 V / 18 Ω I = 1.333 AB).- V1 = (R1 ) (I ) V1 =( 4Ω) (1.333 A) = 5.33 V V2 = (R2 ) (I ) V2 =( 6Ω) (1.333 A) = 8.00 V V3 = (R3 ) (I ) V3 =( 8Ω) (1.333 A) = 10.67 V 24 V
  • ACTIVIDAD Nº 60 173:Propósito: Qué el alumno(a) analice y contraste las ideas y los experimentos quepermitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética.1.- De los siguientes circuitos hallar: a).- La resistencia equivalente b).- la corriente quecircula por el circuito c).- la diferencia de potencial en cada resistencia. 28 V 2Ω 5Ω 7ΩA).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO R1 =1 Ω R2 =8 Ω 18 V R3 =2 Ω R5 =4 Ω R4 =7 ΩA).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • CIRCUITO EN PARALELO 174:Se define un circuito en paralelo como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se bifurcaen cada nodo. Su característica más importante es el hecho de que el potencial en cada elementodel circuito tiene la misma diferencia de potencial.
  • 175: Estudia con atención el siguiente ejemplo:Se conectan 3 resistencias de 1Ω, 3Ω, 6Ω, en paralelo bajo una diferencia de potencial de 15 V.hallar: a).- la resistencia equivalente, b).- la corriente en cada resistencia, c).- la corriente total. 15 V 1Ω 3Ω 6ΩA).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓNR1= 1Ω 1/RT = 1/1Ω+1/3Ω+1/6ΩR2= 3Ω 1/RT = 6+2+1/6Ω = 9/6Ω = 3/2ΩR3= 6Ω 1/RT = 3/2Ω DESPEJANDO RESULTADO R = 2Ω / 3 = 0.67 Ω R = 0.67 ΩB).- I=V/R I1 = V / R1 = 15V /1Ω = 15 A I2 = V / R2 = 15V /3Ω = 5 A I3 = V / R3 = 15V /6Ω = 2.5 AC).- I = I1+I2+I3 = 15 A+5A+2.5A = 22.5 A Comprobación = 15 V /0.67Ω = 22.388 A Redondeando a 22.5 A
  • ACTIVIDAD Nº 61 176:Propósito: Qué el alumno(a) analice y contraste las ideas y los experimentos quepermitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética.1.- de los siguientes diagramas hallar: a).- la resistencia equivalente, b).- la intensidad de corriente encada resistencia, c).- la intensidad de corriente total del circuito. 24 V 1Ω 2Ω 3ΩDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 177:2.- de los siguientes diagramas hallar: a).- la resistencia equivalente, b).- la intensidad de corriente encada resistencia, c).- la intensidad de corriente total del circuito.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 178: CIRCUITO MIXTOEs una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución de estosproblemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y enparalelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo.En la vida cotidiana observamos estos circuitos en las instalaciones eléctricas domésticas. Laconexión entre los bombillos de una misma habitación está en paralelo, de manera que si unbombillo se "quema", los demás quedan encendidos. Pero entre el interruptor y los bombillos elcircuito es en serie, de manera que si se "apaga" la luz se interrumpe el fluido eléctrico y losbombillos se apagan todos juntos.Los cables eléctricos y las resistencias deben ser de materiales que sean buenos conductores como:oro, plata, cobre, aluminio, bronce, entre otros. Estos son materiales que presentan poca resistencia.Los que se utilizan para hacer los bombillos eléctricos deben tener alta resistencia para que sepongan incandescentes y alumbren. El mejor de ellos para este fin es el tungsteno.Otros materiales son pésimos conductores, ya que no permiten el paso de la electricidad. Entreellos se puede mencionar: plástico, hule, madera, caucho, poliestireno y porcelana.
  • POTENCIA ELÉCTRICA. 179: Siempre que una carga eléctrica se mueve en un circuito a través de un conductor realiza untrabajo, mismo que se consume generalmente en calentar el circuito o hacer girar un motor. Cuando sedesea conocer la rapidez con que se realiza un trabajo, se determina como potencia eléctrica. Pordefinición; la potencia eléctrica es la rapidez con que se realiza un trabajo; también se interpretacomo la energía que consume una máquina o cualquier dispositivo eléctrico en un segundo.Para deducir la expresión matemática de la potencia eléctrica, debemos de partir del concepto de ladiferencia de potencial o voltaje, he ir despejando y sustituyendo una ecuación en otra.1.- V = T /q despejando trabajo2.- T = V . q como potencia es la rapidez con la cual se realiza un trabajo, tenemos que:3 .- P = T / t sustituyendo la ecuación 2 en 3, tenemos4.- P = V . q / t como la intensidad de corriente eléctrica es igual a la carga que pasa por un conductor en la unidad de tiempo, tenemos que;5.- I = q / t sustituyendo la ecuación 5 en la 4, obtenemos,6.- P = V . I para demostrar la unidad de potencia veamos sus unidades originales V = T / q en Joules / Coulombs I = q / t en Coulombs /segundos V . I = (Joules /Coulombs) (Coulombs /segundos) = Joules / segundos = Watt = WAl relacionar la ley de Ohm podemos demostrar que:7.- V = I . R despejando Intensidad obtenemos,8.- I = V / R al sustituir la ecuación 8 en 6 obtenemos,9.- P = I . R . I simplificando la ecuación tenemos que P = I2 . R10.- I = V / R despejando Voltaje obtenemos,11.- V = I . R sustituyendo la ecuación 11 en 6 obtenemos,12.- P = V . V / R simplificando la ecuación tenemos que P = V2 / R  Recuerda que la potencia también es la energía que consume una maquina o cualquier dispositivo eléctrico en un segundo, por tanto P = T / t
  • 180: Estudia con atención el siguiente ejemplo:Calcula:a).- ¿Qué potencia eléctrica desarrolla una parrilla eléctrica que recibe una diferencia depotencial de 120 V y por su resistencia circula una corriente de 6 A?b).- La energía eléctrica consumida en kW-H, al estar encendida la parrilla 45 minutos.c).- ¿Cuál es el costo del consumo de energía eléctrica de la parrilla si el precio de 1 kw-h es de$ 40.00? DATOS FÓRMULAS SUSTITUCIÓN RESULTADOA).- P=? P=V. I P =(120 V) (6 A) P = 720 W V = 120 V I=6A B).- T = ? Conversión de unidades T = 45 min. 720 W X 1 kW / 1000 W = 0.72 kW 45 min X 1 hora / 60 min = 0.75 h T=P.t T = (0.72 kW) (0.75 h) T = 0.54 kW-hC).- Costo de cons / energía 0.54 kW-h X $ 40.00 / 1kW-h = $ 21.60
  • ACTIVIDAD Nº 62 181:Propósito: Qué el alumno(a) reconozca y valore las aportaciones de la aplicación de ladiferencia de potencial, intensidad de corriente y resistencia eléctrica en el consumo deenergía del hogar.1.- Un foco de 100 W se conecta a una diferencia de potencial de 120 V. determine: a).- la resistenciadel filamento, b).- la intensidad de la corriente eléctrica que circula por él, c).- la energía que consumeel foco durante una hora 30 minutos en kW-h, d).- el costo de la energía consumida, si un kW-h =$40.00.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- Un aparato eléctrico conectado a una fuente de 110 V absorbe 4 A. Hallar a).- la potencia eléctrica,b).- la energía eléctrica consumida en Joules, c).- la energía en kW-h, si el aparato funciona 3 horas.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 182:3.- DETERMINAR: a).- La potencia eléctrica desarrollada por un calentador eléctrico que se conecta auna diferencia de potencial de 120 V y por su resistencia circula una corriente de 8 A, b).- ¿Quéenergía eléctrica consume en kW-h al estar encendido 15 minutos? c).- ¿Cuál es el costo de la energíaeléctrica consumida por el calentador al considerar a $ 40.00 el kW-h?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 183: EFECTO JOULES Cuando circula corriente eléctrica en un conductor, parte de la energía cinética de los electronesse transforma en calor y eleva la temperatura de este con lo cual se origina el fenómeno que recibe elnombre de efecto Joule. El enunciado de de la ley de Joule es el siguiente: “El calor que produce una corriente eléctricaal circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de lacorriente, a la resistencia y al tiempo qué dura circulando la corriente” Matemáticamente se expresade la siguiente manera:Q = 0.24 . I2 . R . tAl observar la expresión matemática anterior encontramos que I2.R es la potencia eléctricamultiplicada por el tiempo, lo cual proporciona la energía consumida, es decir, T = P.t = I2 . R . t .Esta cantidad de energía eléctrica consumida en Joules se transforma en calor, por ello la constante de0.24 representa la equivalencia siguiente: 1 Joules de trabajo = 0.24 calorías de energía térmica Existen varios aparatos y dispositivos eléctricos que producen calor como consecuenciadel efecto Joules; por ejemplo: las Planchas, radiadores, tostadores, calentadores o parrillas eléctricas,etc. Estudia con atención el siguiente ejemplo:Por la resistencia de 30 Ω de una plancha eléctrica circula una corriente de 4 A al estar conectada auna diferencia de potencial de 120 V. ¿Qué cantidad de calor produce en 5 minutos?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓNR = 30 Ω Q = 0.24 . I2 . R . t Q =( 0.24) ( 4 A)2 (30 Ω) (300 seg)I=4A RESULTADOV = 120 V Q = 34 560 caloríast = 5 min = 300 seg
  • ACTIVIDAD Nº 63 184:Propósito: Qué el alumno analice y contraste las ideas y experimentos que permitieron eldescubrimiento de la corriente eléctrica y su transformación en calor.1.- Por el embobinado de un cautín eléctrico circula 5 A al estar conectado a una diferenciade potencial de 110 V. ¿Qué calor genera en un minuto?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- Un tostador eléctrico de pan tiene una resistencia de 20 Ω y se conecta durante 2 minutos a unadiferencia de potencial de 110 V ¿Qué cantidad de calor produce?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- ¿En cuanto tiempo desprende un aparato eléctrico 68214 calorías si su intensidad de corriente es de14.5 A y ofrece una resistencia de 18Ω?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO4.- Calcula la resistencia que debe tener un tostador de pan que desprende 22032 calorías, cuando suintensidad de corriente es de 9.3 A, al transcurrir 30 minutos.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • ¡Y SE HIZO LA LUZ! 185: Una de las ramas más antiguas de la Física es la óptica, ciencia encargada del estudio de la luz yde los fenómenos luminosos, que comienza cuando el hombre trata de explicar el fenómeno de lavisión considerando una facultad anímica que le permite relacionarse con el mundo exterior.En la antigüedad sólo se interpretaba a la luz como lo opuesto a la oscuridad. Mas adelante, losfilósofos griegos se percataron de la existencia de algo que relacionaba la distancia entre nuestros ojos,las cosas vistas y la fuente que las iluminaba.Pitágoras señalaba en su teoría: la luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todasdirecciones, choca contra los objetos y rebota de ellos, cuando ésta penetra en nuestros ojos, produce lasensación de ver el objeto desde el cual rebotó. Epicuro de Samos, otro filósofo griego, señalaba; la luzes emitida por los cuerpos en formas de rayos, éstos al entrar al ojo estimulan el sentido de la vista.A fines del siglo XVII existían dos teorías que trataban de explicar la naturaleza de la luz. Una era lateoría Corpuscular de Isaac Newton (1642- 1726) que indica que la luz está compuesta por diminutaspartículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección depropagación de estas partículas recibe el nombre de rayos luminosos.La teoría de Newton se fundamenta en los puntos siguientes:  Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad.  Reflexión. Se sabe que la luz se refleja al chocar contra un espejo. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto, la reflexión cumple las leyes del choque elástico.  Refracción: el hecho de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando la dirección de propagación, tiene difícil explicación con la teoría corpuscular. sin embargo, Newton supuso que la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción ejercía una atracción sobre las partículas luminosas, aumentando así la componente normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanecía invariable.
  • 186:La otra teoría era la de del Holandés Christiaan Huygens, (1629-1695) quien postuló que la luz sepropaga mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminosos, y que para ello necesitaba unmedio material de gran elasticidad, impalpable, que todo lo llena, incluyendo el vacio, puesto que laluz también se propaga en él. A este medio se le llamo éter.El frente de onda es perpendicular a las direcciones de propagación. La teoría ondulatoria explicaperfectamente los fenómenos luminosos mediante una construcción geométrica llamada principio deHuygens, también indica que la luz se propaga con mayor velocidad en los medios menos densos.Se define el frente de onda como la superficie envolvente a donde llega la onda en un momento dado.Puede tener diferentes formas: en las ondas planas que se propagan por la superficie del agua será unalínea recta, en las circulares, que fácilmente podemos crear en la superficie del agua, será unacircunferencia y en las sonoras (como las que se producen en una explosión) será una esfera.En 1865 el físico escocés James Clerk Maxwell propuso que la luz está formada por ondaselectromagnéticas como las de radio y radar, entre otras; esto permite su propagación, aun en el vacio,a una velocidad de 300 000 km/seg.Actualmente se considera que la luz tiene una naturaleza dual, porque algunas veces se comporta comoonda y en otras como partícula. En conclusión, la luz es una energía radiante transportada a través defotones y transmitida por un campo ondulatorio, por ello se requiere la teoría corpuscular para analizarla interacción de la luz con la materia.La luz se propaga en línea recta a una velocidad de 300 000 km/s en el vacio. Una demostraciónexperimental de este principio es el hecho de que los cuerpos produzcan sombras bien definidas.Un cuerpo opaco es aquel no permite el paso de la luz a través de él, por tanto si recibe rayosluminosos proyectará una sombra definida. Un cuerpo trasparente permite el paso de los rayosluminosos, por lo que se ve con claridad cualquier objeto colocado al otro lado de él, un cuerpotranslúcido deja pasar la luz pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidasclaramente a través de ellos.La fotometría es al parte de la óptica cuyo objetivo es determinar las intensidades de las fuentesluminosas y las iluminaciones de las superficies.
  • 187:A los cuerpos productores de luz, como el sol, una hoguera o un cerillo encendido, se les nombracuerpos luminosos o fuentes de luz, a los cuerpos que reciben rayos luminosos, como es el caso de latierra, un árbol, el techo de una casa o un árbol, etc., se les denomina cuerpos iluminados.La intensidad de luz es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso. Para cuantificarla intensidad luminosa de una fuente de luz, se utiliza en el sistema internacional SI la unidad llamadaCandela (cd) y en el sistema cegesimal CGS se utiliza la bujía decimal (bd).El flujo luminosos es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en al unidad de tiempo unasuperficie normal (perpendicular) a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen(lu).La iluminación es la cantidad de luz que reciben las superficies de los cuerpos. Su unidad de medida esel lux (lx). Un lux es la iluminación producida por una candela o una bujía decimal sobre unasuperficie de 1 m2 que se encuentra a un metro de distancia.1 lux = 1 cd / m2 = 1 bd / m2 Por tanto un foco de 40 Watt equivale a 44 candelas o bujías decimales. La ley de la iluminación o leyinversa del cuadrado, es una consecuencia de propagación en línea recta de la luz. Por ejemplo: alcolocar un foco de 40 watt a una distancia de un metro de la superficie, se produce una ciertailuminación sobre ella. Si después elevamos el foco a una distancia de 2 metros, observaremos que lailuminación de la superficie se ha reducido a la cuarta parte de la anterior y así sucesivamente. Portanto, podemos enunciar dicha ley en los siguientes términos. “La iluminación E que recibe unasuperficie es directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa I, e inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia d que existe entre la fuente y la superficie”Matemáticamente se expresa así E = I / d2 E = iluminación expresada en lux (lx) I = intensidad de la fuente en candelas (cd) d = distancia entre la fuente y la superficie en (m)
  • 188: Estudia con atención el siguiente ejemplo:¿Cuál es la iluminación medida en lux que produce un foco de 60 watt sobre una mesa hallada a 2 mde distancia?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOE =? E = I / d2 E = 66 cd / 4 m2 E = 16.5 lxP = 60 W Conversión de unidadesd=2m 60 W X 1.1 cd / 1 W = 66 cdd2 = 4 m2 ACTIVIDAD Nº 64Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del pensamiento matemático y;además, que utilicen la aplicación de los conocimientos adquiridos en la ley de lailuminación.1.- Calcular la iluminación que produce una lámpara eléctrica de 300 cd a una distancia de 2.5 metrosDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO2.- La iluminación que produce una lámpara de alumbrado publico es de 3.8 lux a una distancia de12 m ¿Cuál es la intensidad luminosa de la lámpara?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO3.- Calcular la distancia a la que debe colocarse una lámpara eléctrica de 200 cd para que produzcasobre una mesa una iluminación de 50 luxDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • 189:4.- Calcular en watts la intensidad luminosa de un foco que produce una iluminación de 36.6 lux a unadistancia de 1.5 mDATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO5.- ¿A que distancia debe colocarse una lámpara eléctrica de 1000 W para que produzca sobre unasuperficie una iluminación de 100 lux?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO6.- Determine la iluminación producida por una lámpara eléctrica de 550 cd a una distancia de 5 m.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO LEYES DE LA REFLEXIÓN DE LA LUZ Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, ésta se refleja total o parcialmente en todasdirecciones. Si la superficie es lisa como un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en una soladirección. Toda superficie que refleja los rayos de luz recibe el nombre de espejo. Por ejemplo el aguade una alberca o un lago, o los espejos de cristal que pueden ser planos o esféricos.Al rayo de luz que llega al espejo se le nombra incidente y al rayo rechazado por él se le nombrareflejado.Existen dos leyes de la reflexión propuestas por Descartes y son:  El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano.  El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.La luz puede ser reflejada de dos formas, según las cualidades del material sobre el que incide: una esla reflexión especular y la otra es la reflexión difusa.La reflexión especular acontece cuando la superficie reflejante es lisa y la mayor parte de la luz esreflejada.La reflexión difusa acontece cuando la superficie reflectora es áspera
  • 190: Entre más grande es la diferencia de densidad entre los distintos medios que un rayo de luz atraviesa, más grande es la deviación que este experimenta. Cuando estamos frente a un espejo plano nuestra imagen esderecha porque conserva la misma posición; es virtual porque seve como si estuviéramos dentro del espejo (la imagen es real porque se recibe en una pantalla) y es simétrica porqueaparentemente está a la misma distancia de la del espejo. Tambiénsi movemos el brazo derecho, en nuestra imagen parece quemovimos el izquierdo, ello se debe a propiedad que tienen losespejos planos y cuyo nombre es inversión lateral. Se forman espejos planos angulares cuando se unen dos espejos planos por uno de sus lados formando un cierto ángulo. Al colocar un objeto en medio de ellos se observarán un número N de imágenes, éste dependerá de la medida del ángulo. Para calcular el número de imágenes que se producirán en dos espejos planos angulares se usa la siguiente fórmula N = 360° ― 1 θ
  • 191: ACTIVIDAD Nº 65Propósito: Qué el alumno(a) como las ondas electromagnéticas, en particular la luz, sereflejan y cambian de velocidad al viajar por medios distintos.Completa correctamente las siguientes preguntas:1. - Resuelve con las siglas RD o RE si la reflexión es difusa o especular respectivamente, en lassiguientes superficies:Vidrio ___________________________ Celofán ______________________________Plástico opaco ______________________ Madera ______________________________Yeso _____________________________ Mica ________________________________Resina ____________________________ Plástico transparente ___________________2.- Enuncia la ley de la Reflexión de la luz. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.- Si la superficie sobre la que incide un rayo luminoso es curva, ?Se cumple la ley de la reflexión?Explica tu respuesta: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.- ¿Cuántas imágenes se observaran de un objeto al ser colocado en medios dos espejos planos queforman un ángulo de 60 °?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
  • LEYES DE LA REFRACCIÓN DE LA LUZ 192: La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan ala superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Si éstos incidenperpendicularmente a la superficie de separación de las sustancias, no se refractan. La causa queorigina la refracción de la luz es el cambio en la velocidad de los rayos luminosos al penetrar a unmedio de diferente densidad. Los rayos oblicuos que llegan a la superficie de separación entre dosmedios se llaman incidentes y los que se desvían al pasar por ésta se les nombran refractados.La desviación sufrida por un rayo luminoso dependerá del medio al cual pasa. A mayor densidad elrayo se acerca a la normal y si el medio tiene una menor densidad, se aleja de ella. LEYES DE LA REFRACCIÓN: Primera ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran siempre en el mismo plano. Segunda ley: Para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, tienen un valor constante que recibe el nombre de índice de refracción n Matemáticamente se expresa así n = sen i /sen rLa segunda ley se conoce también como la ley de Snell, por ser el astrónomo y matemático holandésWillebrord Snell (1591-1626), quien la descubrió.La velocidad de la luz en el vacio es de 300 000 km/s, mientras que en el aire es de 299 030 km/s y enel agua es de 225 000 km/s. la relación entre las velocidades de la luz en el vacio y en un medio, recibeel nombre de índice de refracción.
  • LAS LENTES Y SUS CARATERÍSTICAS 193: Las lentes son cuerpos trasparentes limitados por dos superficies esféricas o por una esférica yuna plana. Las lentes se emplean a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes de larefracción; para su estudio se dividen en convergentes y divergentes.LENTES CONVERGENTES: son aquellas cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia losbordes razón por la cual su centro es más grueso que sus orillas. Tienen la propiedad de desviar losrayos hacia el eje y hacerlos converger en un punto llamado foco.Las lentes convergentes se utilizan para obtener imágenes reales de los objetos, tal es el caso de lascámaras fotográficas o proyectores de cine; como parte de los sistemas amplificadores de imágenesóptica en los microscopios o bien para corregir defectos visuales de las personas hipermétropes encuyo caso el ojo se caracteriza porque los rayos paralelos al eje forman su foco detrás de la retina. Laspersonas hipermétropes que no usan lentes, al leer se alejan el libro.LENTES DIVERGENTES: El espesor disminuye de los bordes hacia el centro, por lo que losextremos son más gruesos y desvían los rayos hacia el exterior, alejándolos del eje óptico de la lente.Las lentes divergentes se utilizan para corregir la miopía, enfermedad caracterizada por una curvaturaexcesiva del cristalino, así, las imágenes se forman delante de la retina. Las personas miopes que nousan lentes tienen que acercarse mucho un libro al leer.
  • CLASIFICACIÓN DE LAS LENTES 194:Una lente es un cuerpo transparente que está limitado por dos superficies esféricas o por una plana yotra esférica.De acuerdo con su forma las lentes se dividen en convergentes y divergentes. En el siguiente esquemase clasifican las lentes por figura y nombre.En el siguiente esquema se señalan los distintos elementos a considerar en el análisis de las lentesconvergentes y la producción de imágenes en ella. S R EC = es el centro óptico, punto central de la lenteF = es el foco principal u objetoF = es el foco principal o imagen Los puntos F y F son simétricos y equidistantes del centro de lalenteE = es el eje principal. Recta perpendicular a la lente que pasa por el centro óptico.S = es el eje secundario. Recta oblicua a la lente que pasa por el centro ópticoR = es el rayo o rayos de luz que inciden sobre la lente.
  • 195:En las lentes convergentes, cualquier rayo luminoso que pase en forma paralela a su eje fundamental,al refractarse circulará por el foco principal.Estudia los siguientes casos: Caso: 1.- El objeto se encuentra en el foco, no se forma imagen Caso: 2.- El objeto está al doble de la distancia focal, 2f, la imagen es real, invertida y del mismo tamaño que el objeto Caso: 3.- El objeto se encuentra entre el foco y la lente, la imagen es; virtual, derecha, más grande que el objeto del mismo lado de la lente donde se encuentra el objeto. En una lente divergente, todo rayo paralelo al eje fundamental, al refractarse se separa como si procediera de un foco principal.
  • 196: RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICALa teoría electromagnética unifica los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Esta teoría,desarrollada por James Clerk Maxwell, se fundamenta en cuatro leyes, que son:  Cargas distintas, se atraen; cargas de iguales, se repelen (ley de Coulomb)  No hay polos magnéticos aislados.  La corriente eléctrica crea campos magnéticos.  Los campos magnéticos cambiantes pueden dar origen a una corriente eléctrica.Maxwell integró en ecuaciones matemáticas estas cuatro leyes, en una sola teoría que predice que laluz, las ondas de radio y la radiación térmica (calor) son manifestaciones de un mismo tipo, todas sonondas o radiaciones electromagnéticas.La teoría predice la existencia de un campo electromagnético que se propaga en forma de ondastransversales y perpendiculares entre sí.Como se vio al estudiar el movimiento ondulatorio, en la propagación de una onda no hay transportede materia, sólo de energía. En el caso del sonido y otros tipos de movimiento ondulatorio material, laenergía transportada es mecánica. Las ondas electromagnéticas transportan energía radiante y supropagación es la radiación electromagnética.Todas las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz en el vacio, que es de3 X108 m/s.El espectro electromagnético es el conjunto de todas las ondas electromagnéticas conocidas. Para suestudio, el espectro electromagnético se divide en diferentes regiones, ondas de radio, microondas,infrarrojas, luz visible, ultravioletas, rayos X y rayos gamma.
  • 197:Cada región del espectro se caracteriza por un rango de longitud de onda, λ y de frecuencia.LAS ONDAS DE RADIO: se producen cuando se hacen oscilar a los electrones a miles de veces porsegundo en las antenas metálicas de las estaciones de radio. Las ondas de radio tienen longitudes deonda de 10 a 30 000 m, las estrellas, el sol y el polvo cósmico son fuentes de radio, es decir, emitenenergía en esta longitud de onda.LA LUZ VISIBLE: corresponde a una parte muy importante del espectro electromagnético y estáconstituida por los colores. A cada color le corresponde una frecuencia y una longitud de ondadeterminadas y por lo tanto, una energía. Todos los cuerpos luminosos se caracterizan por emitirenergía en el rango visible del espectro electromagnético, aunque pueden emitir en otras longitudes deonda, lo que los hace luminosos y visibles a nuestros ojos es precisamente que emiten luz visible. Elespectro visible incluye el conjunto de colores del arco iris: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul,violeta e índigo. En el espectro visible la longitud de onda λ, se mide en nanómetros nm, (10―9m).Las cosas tienen color debido a la forma en la que la luz interactúa con los átomos. Para que la luz seareflejada, primero debe ser absorbida y luego remitida. La luz que sale puede tener la misma longitudde onda que la que fue absorbida o ser de λ, distinta, el color de los objetos corresponde al color(longitud de onda) de la luz que reflejan.
  • 198:RADIACIÓN INFRARROJA: Ala radiación infrarroja le corresponde longitudes de onda más largasy frecuencias más bajas que el espectro visible., su rango de frecuencia esta: 10 11 ― 1014 Hz, rango delongitud λ 10―7― 10―3m. Los cuerpos calientes emiten radiaciones infrarrojas, la piel tienedetectores de calor que corresponden a las longitudes mayores a 780nm.RADIACIÓN ULTRAVIOLETA (UV): El intervalo de frecuencia y de longitud λ para estaradiación es de un rango de frecuencias 1014 ― 1017 Hz, y el rango de longitud 10―10 ― 10―7 m. Elsol es una fuente de radiación ultravioleta. Esta radiación es absorbida en gran parte por la capa deozono ( O3) en la atmosfera.La piel reacciona a la radiación ultravioleta de λ = 390 nm o menores, pigmentándose.El bronceado de la pie es resultado de la luz UV y no de la visible o IR.
  • 199: ACTIVIDAD Nº 66Propósito: Qué el alumno(a) relacione las propiedades de las ondas electromagnéticas conla energía que transportan.Contesta correctamente las siguientes preguntas con ayuda de tu libro de texto, enciclopedia o internet.1.- Define la radiación electromagnética: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.- ¿Qué tipo de energía transporta loas ondas electromagnéticas? _______________________________________________________________________________________________________________3.- ¿En donde se propaga las ondas electromagnéticas? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.- Define el espectro electromagnético: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5.- La longitud de onda del espectro visible se mide en ______________________________________6.- ¿Por qué los objetos tienen color? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7.- ¿Cuál es la longitud del color verde? __________________________________________________8.- ¿Cuál es el rango de frecuencia y de longitud del IR: _______________________________________________________________________________________________________________________9.- ¿Cuál es el rango de frecuencia y longitud del UV: ________________________________________________________________________________________________________________________10.- ¿Cuáles son los colores del espectro visible?. ____________________________________________________________________________________________________________________________
  • 200: ACTIVIDAD Nº 67Propósito: Qué el alumno(a) relacione los diferentes conceptos del tema ¡y se hizo la luz!Relaciona la columna de la izquierda con la de la derecha y escribe en el paréntesis el númeroque corresponda: ( ) Velocidad de propagación de la luz en el vacio 1.- Ondas de radio( ) Tipo de lentes convergentes 2.- Ley de iluminación( ) visión incorrecta en la que la imagen se forma detrás del 3.- Lux Globo ocular. 4.- Refracción( ) Unidad de intensidad luminosa 5.- Reflexión( ) Unidad de iluminación 6.- Luz visible( ) Propagación de ondas de energía radiante. 7.- Ley de reflexión( ) Constituida por los colores del arco iris 8.- Candela( ) Tipo de lente divergente. 9.- Hertz( ) El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales 10.- Cristalino( ) Es directamente proporcional a la intensidad e inversamente 11.- Cuerpo ciliar Proporcional al cuadrado de la distancia. 12.- Hipermetropía( ) Medio en el que se propagan las ondas electromagnéticas 13.- Bicóncava( ) Cambio de dirección de la luz cuando pasa de un medio a otro, 14.- Biconvexa ambos de distinta densidad. 15.- Radiación infrarroja( ) Su rango de frecuencias está entre 1011 y 1014 Hz. 16.- 3 X 108 m/s( ) Si se relaja, el cristalino se aplana y se enfocan objetos lejanos. 17.- Retina( ) Enfoca los objetos en la retina. 18.- Radiación electromagnética( ) Unidad de frecuencia. 19.- Campo electromagnético( ) Se utiliza en los sistemas de comunicaciones. 20.- Miopía( ) Se especializan en la captación del color. 21.- Conos( ) Células de la retina que captan la intensidad luminosa. 22.- Bastones.
  • 201:
  • LA FÍSICA Y EL CONOCMIENTO DEL UNIVERSO 202: La Física es una de las ciencias naturales que más ha contribuido al desarrollo y bienestar delser humano, porque gracias a su estudio e investigación ha sido posible encontrar, en múltiples casos,una explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en nuestra vida diaria. La palabra Física proviene del vocablo griego physiké, cuyo significado es ―naturaleza‖. La Física es ante todo una, ciencia experimental, pues sus principios y leyes se fundamentan enla experiencia adquirida al reproducir intencionalmente muchos de los fenómenos naturales. La Física se define como la ciencia dedicada al estudio de la materia y la energía, y el modocomo éstas se relacionan. Por lo tanto podemos decir que es la ciencia que se encarga del estudio delos fenómenos naturales, en los cuales no hay cambios en la composición de la materia. Al estudiarla materia podemos llegar a conocer cuáles son las propiedades de las partículas fundamentales y comose agrupan dichas partículas para formar los cuerpos. De igual manera, al estudiar la energía podemosdeterminar cuáles son las posibles interacciones que llevan a cabo las partículas para originar átomos,moléculas o cuerpos mayores. En la actualidad no se piensa en materia sin pensar en energía, pues se encuentran íntimamenterelacionadas. La Física ha tenido un gran desarrollo gracias al esfuerzo de notables investigadores ycientíficos, quienes al inventar y perfeccionar instrumentos, aparatos y equipos han logrado que el serhumano agudice sus sentidos al detectar, observar y analizar muchos fenómenos y acontecimientospresentes en el Universo, mismos imposibles de estudiar sin su ayuda. Los telescopios, radiotelescopios, radares, microscopios electrónicos, aceleradores de partículasy computadoras, entre otros dispositivos, han permitido importantes aportaciones de la Física a otrasciencias, entre las cuales se encuentran la Medicina, la biología, la Química, la Astronomía, laGeografía, así como necesita de los cálculos Matemáticos y la Tecnología. La Física para su estudio, se divide en dos grandes grupos: física clásica y física moderna. Laprimera estudia todos aquellos fenómenos en los cuales la velocidad es muy pequeña comparada con lavelocidad de propagación de la luz: la segunda se encarga de aquellos fenómenos producidos por lavelocidad de la luz o con valores cercanos a ella. Pero ¿qué entendemos por velocidad muy pequeñacomparada con la velocidad de la luz? La velocidad de la luz en el vacío es de 300 000 km/s, estoquiere decir que si un rayo de luz emitido por una fuente luminosa viajara alrededor de la tierra, cuyacircunferencia es equivalente a una longitud de 40 000 kilómetros, el rayo de luz sería capaz de dar7 vueltas y media alrededor de ella en un segundo. Comparando a la velocidad de la luz con la de unautomóvil de carreras que alcanza velocidades en línea recta de aproximadamente 320 km/s o un aviónque vuele a 1000 km/h, podemos comprender fácilmente que estas velocidades, para nosotros altas, enrealidad son muy pequeñas al compararlas con la de la luz, en general, las velocidades alcanzadas porlas motocicletas, automóviles y aviones aunque sean muy veloces, siempre resultaran mínimas alcompararlas con la de la luz.
  • 203: La física moderna, por su parte, estudia los fenómenos producidos por las partículasmicroscópicas como son: los átomos, las moléculas, los núcleos atómicos y las partículas atómicas, enlos que además sus velocidades son tan grandes que tienen valores iguales o cercanos a la velocidadde la luz. Desde fines del siglo XIX el estudio de la física ha tenido un notable desarrollo, mismo que hasido posible gracias al empleo de aparatos y técnicas experimentales cada vez más perfeccionadas.Además, se han hecho grandes descubrimientos acerca del átomo, de su núcleo y de las radiacionesproducidas por las partículas atómicas. En 1905 Albert Einstein publicó varios trabajos, entre ellos estaban uno referente al efectofotoeléctrico; esto consiste en la transformación de energía luminosa a energía eléctrica cuando unrayo de luz de determinada frecuencia incide sobre una placa metálica arrancándole electrones, portanto, se genera una corriente eléctrica. Ubicó un trabajo referente a la teoría especial de la Relatividad, misma que su trascendencia yaplicaciones constituyen uno de los fundamentos más importantes de la física moderna. La física es una ciencia natural que estudia los fenómenos en los cuales intervienen la materia yla energía. La física se divide tradicionalmente en varias partes qué corresponden a las propiedadesgenerales de los cuerpos; como veremos a continuación en el siguiente cuadro. Estadística MECÁNICA Relativista Cuántica MODERNA CUÁNTICA Atómica Nuclear Estática MECÁNICA Cinemática TERMODINÁMICA Dinámica MAGNETISMO CLÁSICA MECÁNICA ÓPTICA ELECTRICIDAD ACÚSTICA MODERNA CUÁNTICA
  • 204: DEFINICIONES SOBRE LA DIVISIÓN DE LA FÍSICA CLÁSICA: Mecánica: Rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos. Termodinámica: Parte de la física que estudia la medida de la temperatura, el calor y sus efectos. Magnetismo: Parte de la física que estudia la atracción y repulsión de los cuerpos. Estudia las propiedades de los imanes Óptica: Estudia las distintas clases de radiaciones, luz visible, rayos X, rayos ultravioleta, infrarrojos y radioondas. Estudia las propiedades de la luz y los cuerpos luminosos. Electricidad: Es la parte de física que estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos y las relaciones entre ellos. Acústica: Estudia los fenómenos producidos por los sonidos ESTRUCTURA DEL UNIVERSO El Sistema Solar es una de las materias más estudiadas en la historia de la humanidad. Desde tiempos muy antiguos, el hombre ha manifestado preocupación e interés por conocer su medio, y el Universo no está exento de esa curiosidad y afán de investigación. Ya en el siglo III A.C. , Aristarco de Samos presentaba la teoría heliocéntrica del origen del Sistema Solar, la que perduró hasta el siglo II, cuando Tolomeo propondría su celebre Teoría Geocéntrica, la que sostenía que la tierra era el centro del Universo. Debieron pasar un par de siglos, para que en el XVI, Nicolás Copérnico propusiera nuevamente la teoría heliocéntrica, la que esta vez sea aceptada universalmente. Desde entonces, ha habido un gran interés por conocer el sistema solar, investigaciones de las que desprenden grandes teorías, desde la Ley de la Gravitación Universal de Newton hasta cálculos que indican que habrían más de cien mil millones de estrellas en la Vía Láctea, galaxia a la cual pertenece nuestro sistema solar. El sistema solar ¿Dónde está ubicado? Pertenecemos a la Vía Láctea y nuestro Sistema Solar se halla ubicado en uno de los extremos de dicha galaxia. ¿A qué distancia estamos del centro de dicha galaxia? Aproximadamente a unos 33,000 años luz (o lo que es lo mismo a un 31 x 106 Km, bueno si no lo entiendes está a 31000,000 de kilómetros). Como sabemos los cuerpos celestes por lo general giran en un movimiento de rotación respecto a un centro determinado, para nuestro sistema solar, el centro será el centro de la Vía Láctea y nuestro sol demora 230 millones de años terrestres en dar una vuelta completa a este centro. ¿Quiénes lo componen? Nuestro Sistema está compuesto por una gran estrella la cual le proporciona el calor necesario para la existencia de vida a nuestro planeta, dicha estrella es El Sol (por ello el nombre de Sistema Solar), asimismo existen planetas (8), algunos con sus respectivos satélites así como un cinturón de asteroides ubicado entre Marte y Júpiter.
  • 205:En orden de proximidad al Sol, los cuatro primeros planetas (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) sondenominados los planetas interiores debido a que están ubicados entre el Sol y el cinturón deasteroides, dicho cinturón de asteroides está conformado por cuerpos de entre 1,5 a 750 kilómetros dediámetro. Los planetas exteriores son Júpiter Saturno, Urano, Neptuno Planetas interioresLos planetas de nuestro Sistema Solar pueden dividirse en dos grupos bien definidos. Los planetasinteriores también denominados pequeños, rocosos, terrestres o telúricos (esto quiere decir: de lafamilia de la tierra). Pertenecen a este grupo: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Las característicasgenerales son similares. Tamaños más o menos pequeños formados básicamente por rocas y ademássalvo Mercurio todos están rodeados de una atmósfera que tiene poco hidrógeno y helio. En generaltienen pocos -o ningún- satélite natural: Mercurio y Venus no tienen ninguno, la tierra tiene la Luna yMarte tiene dos que son: Fobos y Deimos. Planetas gigantesPertenecen a este grupo Júpiter y Saturno los que tienen un tamaño varias veces superior a la Tierra, elprimero 12 veces y el segundo 10 veces.Planetas ExterioresPertenecen a esta clasificación Urano, NeptunoASTEROIDESLos Asteroides, denominados también "planetitas", son pedazos de rocas que orbitan alrededor del Sol,entre Marte y Júpiter en un amplio cinturón llamado justamente "Cinturón de Asteroides". Existenotros Asteroides que siguen órbitas distintas. Hasta el momento se han identificado a más de 5000millones de Asteroides. Se piensa que los dos satélites de Marte: Fobos y Deimos son Asteroides quequedaron atrapados por la fuerza de gravedad del planeta. Otros Asteroides como el Gaspra, Ida yDactyl fueron fotografiados por la nave espacial Galileo en su viaje a Júpiter. El tamaño varía desde975 Kms. Ceres, 525 Kms. Vesta.EL SOLEl Sol es una estrella compuesta por más de 70 elementos distintos, entre los cuales podemosmencionar al Hidrógeno (81,76%), Helio (18,17%), Oxígeno, Hierro, Magnesio, entre otros que llegana representar el 0,07% restante. Es un cuerpo gaseoso aunque algunos la consideran dentrodel estado de plasma debido a la alta temperatura a la que se encuentra (en la superficie la temperaturallega a los 6,050º C y en el centro se calcula que puede llegar a los 5000,000º C). Está a 150 millonesde kilómetros de la Tierra, su diámetro es aproximadamente de 1´400,000 kilómetros y posee unamasa equivalente a 332,000 veces el de la tierra.
  • 206:¿Qué tiempo de vida tiene el sol?Puesto que aproximadamente cada segundo el sol pierde 4´000,000 de toneladas de materia en formade radiación, se estima que el sol llegará a agotar la totalidad del hidrógeno en 5´000,000 de años.¿Cuánto dura "un día" en el sol?La rotación solar dura el equivalente a 26 días 19 horas y 12 minutos terrestres. Es decir, 24 horas delsol equivalen a 643 horas y 12 minutos de la tierra.Igual que otras estrellas, el Sol es una enorme bola de gas en revolución. En su núcleo tienen lugarreacciones nucleares que liberan energía. El Sol es la única estrella que está relativamente cercapara poder ser estudiada en detalle. Las características de su superficie como las manchas solares y lasprotuberancias, pueden observarse desde la Tierra. En su núcleo, el Sol convierte hidrógeno en helio arazón de 600 toneladas por segundo, lo que significa que el astro pierde cuatro millones de toneladasde su masa cada segundo. Este astro NUNCA DEBE SER OBSERVADO DIRECTAMENTE, inclusoa través de gafas de sol, película fotográfica o cristal ahumado hay riesgo de dañarse los ojos. A travésde equipos especiales es posible ver en el Sol manchas oscuras que son zonas del Sol más frías y queson fruto de la actividad solar.Una mancha solar completamente desarrollada, consiste en una oscura sombra rodeada de penumbramás clara. La penumbra tiene una estructura filamentosa. Las grandes manchas solares pueden tenerdiámetros mayores que el de la Tierra (diámetro de la Tierra en comparación con la mancha solar dela fotografía representado por el anillo azul que esta a la derecha de la misma).Las protuberancias solares son enormes chorros de gas caliente expulsados desde la superficie del Soly que se extienden a muchos miles de kilómetros. Las mayores llamaradas pueden durar varios meses.El campo magnético del Sol desvía algunas protuberancias que forman así un gigantesco arco.MERCURIOMercurio es uno de los planetas más pequeños de nuestro sistema solar, prácticamentecarece de atmósfera. Si la pudiéramos ver de cerca veríamos un panorama parecido alde la Luna, una superficie bombardeada constantemente por meteoritos.Posee una alta densidad (5,43 g/cm3), su temperatura varía dependiendo de que esté ono expuesta al sol pasando de 430º C de día a -180º C de noche, es el planeta que mayorvariación de temperatura posee, esto debido a su proximidad al sol. La gravedad en lasuperficie de éste planeta es de 0,377 veces el de la tierra, es decir, que allánuestro peso sería menor que el de aquí en la tierra.Su distancia media al sol es de 57´910,000 kilómetros, su rotación es bastante lenta llegando a durar undía en Mercurio el equivalente a 58,66 días terrestres. Asimismo el año en Mercurio dura en términosterrestres 87,96 días (poco menos de tres meses terrestres). No posee satélites.
  • 207:VENUSEste planeta se encuentra a 108 200 000 kilómetros y posee una atmósferacompuesta mayormente de dióxido de carbono (97%), nitrógeno (3% aprox.)además de oxígeno, vapor de agua, monóxido de carbono, cloruro y fluoruro dehidrógeno, entre otros elementos. Está compuesto principalmente por hierro,oxígeno, nitrógeno, entre otros elementos.A Venus lo podemos ver claramente en el cielo durante los atardeceres o alamanecer debido a que es el planeta que más cerca de la tierra logra pasar, cada19 meses logra hacerlo.Al parecer posee cadenas montañosas y gran actividad volcánica. Su temperatura media en superficiees de 480º C, su densidad llega a ser de 5,24 g/cm3, su gravedad es de 0,902 veces la de la tierra.El día en Venus dura, en términos terrestres, 243,01 días en movimiento contrario al de nuestro planeta(retrógrado) y un año en Venus equivale a 224,7 días terrestres, es decir, que un día en Venus es máslargo que su año. No posee satélites conocidos.LA TIERRANuestro planeta posee una aceleración de la gravedad igual a 9,78 m/s2, sumasa es de 5,7 x1024 se encuentra ubicado a una distancia al sol de 149 600000 kilómetros. La atmósfera está compuesta por diversos elementos los cualesson Nitrógeno (77%), Oxígeno (21%) y otros elementos que llegan arepresentar el 2% restante. Como todos sabemos, nuestro planeta demoraaproximadamente 24 horas en girar sobre su propio eje (para ser más exactos lohace en 23,93 horas), mientras que tarda 365,256 días en gira en movimientotraslacional respecto del sol.Como sabemos, éstos parámetros son harto conocidos, sin embargo lo que no es muy conocido aplenitud son los problemas por los que atraviesa nuestro planeta, el hábitat tal como lo conocemos estásufriendo trastornos constantes, a medida que pasa el tiempo los hábitos y las características de nuestroplaneta y de sus habitantes cambian, es así como en la actualidad tenemos problemas desobrepoblación, la reducción de la cantidad de ozono en nuestros polos, la desaparición deespecies animales, etc. Satélites conocidosNuestro planeta posee un satélite natural: La Luna, la cual fue explorada por las misiones Apolo -Saturno entre 1967 y 1970, hasta la fecha no ha habido misiones tripuladas no estadounidenses quehayan logrado llegar a posarse en la superficie lunar.MARTEMarte, más conocido como "el planeta rojo" está ubicado a una distanciapromedio al sol de 227 900 000 kilómetros, su masa es de 6,241 x1023. Lacomposición de su atmósfera ha sido por años motivo de controversia asícomo la posibilidad de vida en éste planeta, pero luego del aterrizajedel explorador Mars Pathfinder se ha logrado determinar su composiciónatmosférica la cual contiene: Dióxido de carbono (95,32%), Nitrógeno (2,7%),y otros elementos que completan con un 1,8% la composición de la atmósferamarciana.La temperatura superficial varía entre -140º C y 20º C, un día en Marte equivale a 1 día 37 minutos26,4 segundos terrestres, el año en Marte dura 686,98 días terrestres (más largo que el nuestro), en elúltimo año la NASA ha logrado enviar con éxito al Mars Pathfinder, un explorador electrónico
  • 208:controlado de manera remota desde la Tierra, el cual ha logrado realizar diversos análisis tanto de lacomposición atmosférica como de la composición del planeta, así mismo ha sido el primer objetoterrestre en lograr posarse sobre suelo marciano brindándonos imágenes espectaculares de la superficiedel planeta rojo.Satélites conocidos:Marte posee dos satélites: Phobos y Deimos descubiertos ambos en 1877 por el astrónomonorteamericano Asaph Hall.JÚPITERJúpiter es el planeta más grande del sistema solar, en ella podrían caber masde mil tierras. Su masa alcanza los 1,9 x1027 kilogramos, se encuentra a 778330 000 kilómetros de distancia promedio al Sol, posee una gran velocidad derotación pues un día en Júpiter alcanza a durar 9 horas 50 minutos y 24segundos, así mismo el año en Júpiter alcanza a durar 11,86 años terrestres. Esesencialmente líquido y su gravedad llega a ser 2,64 veces la terrestre, suatmósfera está compuesta por dos únicos elementos Hidrógeno (90%) y Helio(10%).Júpiter posee un sistema de anillos bastante tenue el cual es muy difícil de observar y que fuedescubierto por la sonda espacial Voyager. Júpiter se caracteriza por la Gran Mancha Roja que seencuentra en su atmósfera y que gira en sentido antihorario, en los últimos años éste planeta ha estadoen la mira de muchos telescopios debido a la colisión del cometa Shoemaker-Levy en 1997.Satélites conocidos:Júpiter posee 16 satélites: Metis, Adrastea, Amalthea, Thebe, Io, Europa, Ganimedes, Calisto, Leda,Himalia, Lysithea, Elara, Ananke, Carme, Pasiphae y Sinope. Tanto Io, Europa, Ganimedes y Calistofueron descubiertas por Galileo Galilei en 1610.SATURNOSaturno es el planeta en el sistema solar que se caracteriza por sus anillos, el estudio de dichos anillosha sido punto de partida para diversas hipótesis las cuales en la actualidad aún no logran serdemostradas en su totalidad. Este planeta es el segundo más grande en el sistema solar y el menosdenso (su densidad promedio es menor que la del agua) y demora 10 horas y 39 minutos en girar sobresu propio eje, así mismo el año en Saturno equivale a 29 años y medio terrestres. Como podemosapreciar, sus días son más cortos, eso nos da una idea de la elevada velocidad a la que gira lo cualprovoca el achatamiento de los polos en dicho cuerpo celeste.Este planeta posee una masa de 5,688 x1026 kilogramos, la gravedad en lasuperficie llega a ser 1,19 veces la terrestre y su atmósfera está compuesta aligual que Júpiter por Hidrógeno y Helio, pero en distintas proporciones (97%y 3% respectivamente). Se encuentra a una distancia media del sol de 1 429400 000 kilómetros.Satélites conocidos:Saturno posee 18 satélites naturales: Pan, Atlas, Prometeo, Pandora,Epimeteo, Jano, Mimas, Encelado, Tetis, Telesto, Calipso, Dione, Helena,Rhea, Titán, Hiperion, Japeto y Febe. La que destaca más es Titán ya que se presume que posee altascantidades de nitrógeno en su atmósfera por lo que se cree que pueda albergar algún tipo de vida.Urano
  • 209:Si bien Urano es más grande en tamaño que Neptuno, su masa no lo es, esto debido a su densidad. Adiferencia de la mayoría de planetas de nuestro Sistema Solar posee un eje de rotación bastanteinclinado llegando incluso a tener a los polos prácticamente en el plano de la eclíptica y al igual queVenus posee una rotación retrógrada. Su órbita le otorga otra peculiaridad, ésta es casi circular.La coloración verdosa característica de este planeta es debido a la presencia del metano en la atmósferala cual está compuesta por los siguientes elementos: Hidrógeno (90% aprox.), Helio (10% aprox.) yMetano (<1%). La gravedad en su superficie es de 0,93 veces la de la Tierra. Sus elementosconstituyentes los podemos resumir en Oxígeno, nitrógeno, carbono, silicio, hierro, agua, metano,amoniaco, hidrógeno y helio. Un día en Urano dura 17 horas y 12 minutos terrestres mientras que suaño dura 84,01 años terrestres.Satélites conocidos:Urano posee 17 satélites conocidos: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdémona, Julieta, Portia,Rosalind, Belinda, Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberón, Urano XVI y Urano XVII. Estosúltimos fueron descubiertos en los últimos años.NEPTUNOEn éste planeta (al igual que en Urano) también hay presencia de Metano en laatmósfera lo que provoca una coloración verdosa ya que la luz roja es absorbida. Lassondas Voyager lograron encontrar satélites adicionales a los ya vistos desde losradio y telescopios terrestres. La composición atmosférica es la siguiente: Hidrógeno,helio, metano, amoniaco y argón.Posee una rotación más rápida que la terrestre llegando a durar el día en Neptuno el equivalente a 16horas y 6 minutos, mientras que el año dura el equivalente a 164,80 años terrestres. Este planeta seencuentra ubicado a una distancia media del Sol de 4 496 670 000 kilómetros, su gravedad superficialequivale a 1,22 veces la terrestre. Este planeta está compuesto por: oxígeno, nitrógeno, silicio, hierro,hidrógeno y carbono.Satélites conocidos:Neptuno posee 8 satélites: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larissa, Proteo, Tritón y Nereida.¿Un nuevo vecino estelar?A principios de junio de 1998, un equipo de científicos asombró a los astrónomos aldar a conocer una hermosa fotografía. En ella aparecen dos estrellas muy lejanas ala Tierra, que emiten gran cantidad de luz, y de las cuales "surge" un larguísimofilamento de luz. Al final de este filamento apareció un pequeño punto luminoso,nunca antes visto.De inmediato, el equipo elaboró una hipótesis: se trataría de un planeta, el primerofuera del Sistema Solar que ha sido registrado por un instrumento humano. No todos los científicosestán de acuerdo con esta idea, y las explicaciones son muy diversas. Todavía no existen datos quepuedan confirmar alguna teoría por sobre otras.En el Universo existen millones de estrellas. Si sólo algunas de ellas tuviesen, como nuestro Sol, unsistema planetario orbitando a su alrededor, no sería difícil que allá afuera hubiese cientos de planetasen algún lugar del vasto espacio estelar. Al menos, eso es lo que piensan los científicos.Pero el caso es que, aunque cada año se fotografían decenas de rincones del cosmos, nunca se hafotografiado a un planeta fuera del Sistema Solar. Nunca... hasta ahora.
  • 210:7. ¿Cómo pueden descubrirse otros planetas fuera del sistema solar?Los griegos descubrieron a los planetas del Sistema Solar, al darse cuenta de que algunas "estrellas"parecían dar vueltas por el espacio, sin ninguna relación con el resto de las otras estrellas (con"rutas" altamente predecibles). Unos milenios más tarde, a principios del Renacimiento, NicolásCopérnico descubrió que los planetas (incluyendo a la Tierra) orbitaban alrededor del Sol. A lo largode los años, los astrónomos descubrieron los nueve planetas de nuestro sistema, finalizando en 1930con el descubrimiento del frío Plutón.Pero no existían informes creíbles sobre planetas orbitando otras estrellas. ¿Tal vez porque no existíanotros planetas? ¿O tal vez porque los planetas son muy difíciles de ver, inmersos como están en laluminosidad de las estrellas (que son hasta mil millones de veces más brillantes)?Los astrónomos han propuesto dos métodos "indirectos", y uno posiblemente directo, para encontrarplanetas:Desviaciones en el movimiento de la estrella (astrometría). Esta técnica requiere mediciones muyacertadas, ya que el menor error podría derivar en conclusiones falsas. Pero, como puede ser aplicada afotografías antiguas, permite a los astrónomos examinar registros de antigua data que pueden revelarcambios en las órbitas.Cuando un planeta orbita alrededor de una estrella, en realidad ambos objetos orbitan alrededor delcentro de todo el sistema planetario. Como las estrellas tienen más masa que los planetas, los planetasregistran el mayor movimiento. Pero con instrumentos muy sensibles se pueden detectar losmovimientos de las estrellas.Aunque sólo el planeta parece estar moviéndose, ambos astros orbitan alrededor de un punto llamadocentro de masa, representado por la X. En este sistema de un planeta, la estrella y el planeta estánsiempre a los lados opuestos del centro de masa. Si las mediciones demuestran unmovimiento periódico en la estrella, se tiene una prueba indirecta de que algo está orbitando alrededorde ella.Corrimiento Doppler. Cuando estamos cerca de la línea férrea y pasa un tren muy rápido,la percepción de su sonido cambia: cuando llega a una cierta distancia de nosotros, lo escuchamos muyfuertemente, luego, casi con brusquedad, disminuye. Si escuchas los sonidos cerca de una autopista dealta velocidad, verás que sucede lo mismo. Esta es una demostración del llamado efecto Doppler. Igualcosa sucede con la luz: cuando un objeto se aproxima, la frecuencia de su luz aumenta y cambia haciael azul. Al retroceder el objeto sucede lo contrario, y la luz cambia hacia el rojo. Un movimiento másrápido produce más cambios hacia ambos extremos. Los astrónomos utilizan esta alteración delas ondas luminosas para detectar el movimiento relativo de los objetos en el cielo. Miden la luz conun instrumento llamado espectroscopio.Si un planeta está continuamente alejando y acercando a una estrella de nosotros, la luz de esa estrelladebería cambiar periódicamente hacia el rojo y hacia el azul. Estos cambios periódicos señalan lapresencia de compañeros de órbita.Sombras en la luz estelar. Si un planeta gigante orbita entre la Tierra y una estrella, crearáregularmente "eclipses" parciales que señalarán su presencia. Pero para observar este movimiento, elastrónomo deberá tener mucha suerte, ya que sólo es posible hacerlo si la Tierra está en el plano orbitaldel planeta en cuestión; es decir, si el plano que forma su órbita está al mismo nivel del de la Tierra.De otro modo, no podríamos ver ninguna sombra. (Eso sucede con la Luna: como su plano de órbita esmás inclinado que el de la Tierra, sólo cuando ellos coinciden pueden ver los eclipses. Si ambos planosfueran siempre coincidentes, veríamos eclipses una vez al mes).
  • 211: ConclusiónEl universo ha cambiado literalmente de aspecto a partir de la segunda mitad de este siglo.Hasta la década de los cincuenta, todo lo que sabíamos del espacio llegaba a través de la informacióncontenida en la luz de los astros, y por lo tanto, solo de observaciones con microscopios.Asomándose a lo que los astrónomos llaman "Ventana óptica" de nuestra atmósfera, ese corredor através del cual pasan las radiaciones visibles del espacio electromagnético, ya era posible obtener unpanorama grandioso y desconcertante.Hoy parece haberse establecido el momento en que nació el universo. Una gigantesca explosión,llamada "Big Bang", hace 15 mil millones de años, se expande hacia todas direcciones, dejando a supaso masas de estrellas y gases... y en una de esas masas, una galaxia llamada Vía Láctea, se encuentranuestro Sistema Solar.No es mucho lo que se puede concluir de una investigación del sistema solar, salvo que es tangrandioso, que su indagación ha logrado permanecer en la historia, avanzando junto a la historia del ahumanidad.Y tal investigación continuará avanzado, descubriendo nuevos planetas, conociendo en terrenos los yadescubiertos, buscando formas de vida en nuestro sistema y resto del universo. ACTIVIDAD N° 68 Con la finalidad que el alumno (a) describa algunas de las características de los cuerpos quecomponen el universo; realiza la siguiente INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA. Consulta en tu libro detexto, enciclopedia o internet y contesta lo siguiente:1.- ¿Cómo está constituido el sistema solar?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.- ¿Cuáles son las características principales del sol? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.- ¿Cuáles son las principales características del planeta Tierra? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • 212:4.- Explica qué son los:a).- Asteroides: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Meteoroides: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- Meteoros: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- Meteoritos: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________6.- Describe qué es una galaxia: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7.- Describe qué es un cúmulo galáctico: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________8.- Describe las principales características de la vía Láctea: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________9.- ¿Qué son las manchas solares? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________10.- ¿En qué consiste la teoría del Big Bang?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  • TEMAS IMPORTANTES DE ESTUDIO PARA LA FÍSICA MÁQUINAS SIMPLES 213: El hombre ha buscado constantemente cómo realizar un trabajo de una manera más cómoda yque le permita ejercer una fuerza mayor que la que podría aplicar sólo con sus músculos. Para ello, haconstruido desde herramientas sencillas llamadas máquinas simples, hasta máquinas complejas, cuyofuncionamiento parte del principio en el cual se basa las máquinas simples. Las máquinas simples son aquellas que transmiten la fuerza directamente, tal es el caso de lapalanca, el plano inclinado, la polea y el torno. El tornillo y la cuña se consideran a veces máquinassimples, pero en realidad son aplicaciones del plano inclinado. En las máquinas complejas, latransmisión se efectúa mediante mecanismos combinados en un sistema formado por un númeromayor o menor de máquinas simples. Es importante señalar que una máquina simple o compleja, norealiza un menor trabajo, sólo lo hace más fácil. Sin embargo, la mayoría proporciona una ventajamecánica, misma que se presenta cuando el peso levantado es mayor que la fuerza aplicada; en estecaso, se dice que la máquina es un multiplicador de fuerzas. Una máquina simple o compleja no tienefuente de energía propia, por ello, es necesario suministrarle trabajo para que lo pueda dar al levantarcuerpos, acuñar monedas o estampar sellos con un troquel fabricado con un bloque de acero grabado,prensar algodón, laminar materiales, etc. En virtud de la importancia que tienen las máquinas simples por su aplicación en nuestra vidacotidiana, revisemos cada una de ellas. EL PLANO INCLINADO El plano inclinado es una rampa de cierta longitud, es decir, una superficie plana con un ángulomucho menor de 90° que forma con la horizontal, sus elementos son los siguientes:R = resistencia (peso del cuerpo)F = fuerzal = longitud del plano Ch = altura del plano l F h R A B
  • 214: Como la resistencia es una fuerza vertical y descendente, entonces el trabajo necesario parallevar el cuerpo del punto A al C debe ser igual al trabajo necesario para llevar al mismo cuerpo delpunto B al C, por lo tanto: Trabajo de A a C = Trabajo de B a CPor lo tanto su fórmula es: F . l = R . h Un plano inclinado se utiliza cuando se requiere subir cajas, muebles, refrigeradores, animales,barriles u otros cuerpos a un camión de carga o a cierta altura de una casa o construcción, pues siempreserá más fácil subir un cuerpo por un plano inclinado en lugar de levantarlo verticalmente. ACTIVIDAD Nº 68PROPÓSITO: Comprobar que cuando subimos un objeto por un plano inclinado, su peso sedescompone en dos fuerzas; una es perpendicular al plano y la otra paralela. Esta última es la quese debe vencer para poder subir el objeto.Resuelve los siguientes ejercicios.a).- ¿Qué fuerza se requiere aplicar para subir un cuerpo de 80 kgf hasta una altura de 3m a través deun plano inclinado de 8m de longitud?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEb).- Se quiere subir un cuerpo de 150 kgf hasta una altura de 5m usando un plano inclinado. ¿Cuáldebe ser la longitud del plano si la fuerza para subirlo es de 70 kgf?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEc).- Si se tiene un plano inclinado con una longitud de 10m y una altura de 6m. ¿Cuál es la resistenciamáxima que se puede vencer con una fuerza de 90 kgf?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJE
  • 215:d).- Se quiere subir un barril de 120kgf a una altura de 2m utilizando una rampa de 6m. ¿Cuál es lafuerza necesaria?.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEe).- Se dispone de una fuerza de 50 kgf para subir un cuerpo de 200 kgf a una altura de 10m a travésde un plano inclinado. ¿Cuál debe ser la longitud de la rampa?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEf).- Se tiene un plano inclinado de 9m de longitud y 3m de altura. ¿Cuál es la máxima resistencia quese puede vencer con una fuerza de 120kgf?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEg).- Se quiere subir un cuerpo de 100kgf hasta una altura de 8m. ¿Cuál debe ser la longitud del planopara que la fuerza aplicada sea la cuarta parte de la resistencia?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJE LAS PALANCAS Una palanca consiste normalmente en una barra o varilla rígida, ya sea de madera o de metal,que se hace girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de apoyo. Cuando se requierelevantar un cuerpo pesado, se le coloca en el extremo más corto, a efecto de reducir su brazo depalanca, mientras que la fuerza aplicada, se colocará a la mayor distancia posible del punto de apoyo ofulcro, de tal manera que su brazo de palanca sea el mayor y la fuerza necesaria que se debe aplicarpara levantar el cuerpo sea del menor valor posible.
  • 216: La palanca es otra máquina simple cuyos elementos son los siguientes:R = resistencia o carga FF = fuerza aplicadaa = brazo de palanca de la resistenciab = brazo de palanca de la fuerza bA = apoyo o fulcro a a A R Su funcionamiento se basa en el concepto de “momento de una fuerza“ el cual se define como elproducto de la fuerza por su brazo de palanca. El equilibrio de la palanca se logra haciendo que el“momento” de la resistencia y el de la fuerza sean iguales: Por lo tanto su condición de equilibrio ofórmula es F . b = R . a De acuerdo a la posición que tenga el apoyo o fulcro respecto de la resistencia y la fuerza, laspalancas pueden ser de tres tipos:a).- 1er Género o ínter apoyadas.- Son aquellas en que el apoyo está entre la resistencia y la fuerza.Por ejemplo: las tijeras, el subibaja, la balanza.b).- 2do Género o ínter resistentes.- Son aquellas en que la resistencia se encuentra entre el apoyo y lafuerza. Por ejemplo: la carretilla y el exprimidor de limón.c).- 3 er Género o ínter potentes.- Son aquellas cuando la fuerza se encuentra entre el apoyo y laresistencia. Por ejemplo: las pinzas para tomar el pan, el cascanueces.
  • ACTIVIDAD Nº 69 217:PROPÓSITO: Qué el alumno comprenda e identifique la eficiencia de las palancas mediante laresolución de problemas.Resuelve los siguientes problemas.a).- Se quiere levantar un objeto de 200 kgf con una palanca de 1er género cuya longitud es de 3m. Siel apoyo se encuentra a 0.8m del objeto. ¿Cuál debe ser la fuerza que se aplique en el otro extremo?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEb).- Una carga de cemento de 150 kg de masa está colocada sobre una carretilla a 42cm de la rueda. Sila fuerza motriz se aplica en los mangos de la carretilla a 1.5m de la rueda, calcula el valor de esafuerza motriz.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEc).- El brazo de potencia de una palanca es cuatro veces más largo que el brazo de resistencia. ¿Quéfuerza motriz necesita aplicar para poder levantar con esa palanca una caja de 200 kg?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEd).- ¿Qué fuerza habrás de aplicar para mover una roca que tiene un peso de 120 N utilizando unabarra de 2.15m si se apoya en una piedra a 20 cm de uno de los extremos de la barra?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJE
  • LAS POLEAS Y POLIPASTOS 218: Una polea es una máquina simple y está constituida por un disco acanalado que gira alrededor deun eje fijo, por medio de una cuerda, banda o cadena que pasa por el canal del disco.Las poleas pueden ser de dos tipos: fijas o móvilesa).- polea fija.- Una polea fija, no ofrece ninguna ventaja mecánica toda vez que la fuerza aplicada esigual al valor del peso levantado, sin embargo, nos facilita el trabajo, ya que es más fácil subir el pesojalando hacia abajo la cuerda que si lo tuviéramos que cargar para elevarlo a una cierta altura. Los elementos de esta polea son: R = resistencia o carga F = fuerza aplicada r r r = radio de la polea A = punto de apoyo La condición de equilibrio o fórmula es: F.r=R.r Como puede observarse, para que la igualdad sea verdadera es necesario que R = F lo cual significa que no hay economía en fuerza y por F lo tanto, esta polea sólo nos sirve para cambiar la dirección de la fuerza que es necesario apli- car para vencer la resistencia. R
  • 219:b).- polea móvil.- En este tipo de polea el punto de apoyo no está en el centro como en la fija, si no enuno de sus extremos y además, la resistencia está en el centro, esto significa que los brazos de palancade la fuerza y la resistencia son diferentes y por tanto, si se obtiene una ventaja mecánica, ya que lafuerza aplicada es igual a la mitad del valor del peso levantado, toda vez que el peso es soportado porambos segmentos de la cuerda. El valor de la fuerza aplicada será igual a dividir el valor de la cargalevantada entre el número de segmentos de cuerda que sostienen la carga que se quiere mover,exceptuando el segmento de cuerda sobre el que se aplica la fuerza. Por tanto la condición deequilibrio es R . r = F . 2r Despejando a F y simplificando tenemos que: F = R /2 Esta fórmula nos indica que en toda polea móvil La fuerza que debe aplicarse siempre es la mitad de la resistencia. r r F RPolipasto: Es la combinación de poleas fijas y móviles y permite levantar objetos con mayorfacilidad.
  • 220: ACTIVIDAD Nº 70PROPÓSITO: Qué el alumno compruebe que las poleas son máquinas simples que tienen la ventajade disminuir la fuerza que se aplica.Resuelve los siguientes problemas:a).- Se quiere levantar una carga de 200 kgf con una polea móvil, ¿cuál es la fuerza que debe aplicarse?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOb).- Se dispone de una polea móvil y fuerza de 35 kgf, ¿cuál es la máxima resistencia que es posiblevencer?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOc).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a una polea fija para levantar una carga de 50 kgf?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADOd).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a una polea móvil para levantar la misma carga del problema anterior?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO EL TORNILLO El tornillo es una máquina simple que consiste en un cilindro, generalmente metálico, con unresaltado en forma helicoidal llamado ―rosca‖. Su contraparte es la tuerca, en la cual juega el tornilloentrando o saliendo, al girar en un sentido determinado. Los elementos del tornillo son:F = fuerza aplicadar = radioR = Resistenciah = ―paso del tornillo‖ longitud de la roscaNota: El paso del tornillo es la distancia entre dos filos consecutivos. El tornillo avanza un paso porcada vuelta que da.
  • 221: Analicemos ahora el trabajo realizado por la fuerza y la resistencia:En primer lugar, de acuerdo al principio de conservación de la energía. Trabajo de la resistencia =trabajo de la fuerza.El trabajo de la resistencia al dar una vuelta completa el tornillo será T = R . hEl trabajo de la fuerza al dar una vuelta completa el tornillo será T = F . PerímetroPero el perímetro es igual a 2 ¶ r, por lo tanto T = F . 2 ¶ rComo el trabajo de la fuerza y la resistencia deben ser iguales, obtenemos la condición de equilibrio deun tornillo o fórmula. R . h = F . 2 ¶ r radio Fuerza Aplicada Paso del tornillo resistencia ACTIVIDAD Nº 71PROPÓSITO: Comprobar que el tornillo es una de las máquinas simples de máxima ganancia enfuerza, pues con poca se puede vencer una gran resistencia.Resuelve los siguientes ejercicios:a).- El paso de un tornillo es de 0.015m y se quiere vencer una resistencia de 2000 kgf ¿qué fuerzadebe aplicarse si el radio máximo disponible es de 0.1 m?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEb).- El paso de un tornillo es de 0.01 m y se le aplica una fuerza motriz de 40 kgf con un radio de0.15 m ¿cuál es la resistencia que puede vencer?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJE
  • 222:c).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a un tornillo con un radio máximo de 0.14m, para vencer unaresistencia de 5000 kgf si el paso del tornillo es de 0.013 m?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEd).- El paso de un tornillo es de 0.008 m ¿qué resistencia puede vencerse con una fuerza de 30 kgfaplicada con un radio de 0.05m?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJE EL TORNO El torno es una máquina simple que se utiliza para levantar cuerpos pesados o para sacar agua deun pozo, consta de un cilindro unido a una manivela; cuando se le da vuelta a la manivela, el cilindrotambién lo hace. El torno es una máquina multiplicadora de fuerzas, toda vez que la fuerza aplicada esmenor al peso levantado y como es un ejemplo de palanca, también se cumple la condición deequilibrio. La fuerza aplicada ala manivela por el radio de la manivela = peso levantado o carga por elradio del cilindro. Por lo tanto: la fórmula es F . r = C . r’
  • 223: ACTIVIDAD Nº 72Resuelve los siguientes ejercicios:a).- Se levanta una cubeta con agua cuyo peso de 20 kgf, por medio de un torno, cuyo radio de lamanivela es de 30cm y el radio del cilindro es de 10cm. Determina la fuerza que debe aplicarse paralevantar la cubeta.DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEb).- Se levanta el vidrio de una venta de automóvil, cuyo radio de la manivela es de 20cm aplicándoleuna fuerza de 30 N, y el radio del cilindro mide 3cm.¿cuál es la máxima carga o peso del vidrio que sepuede levantar?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEc).- Se tiene un torno con las siguientes especificaciones, el radio del cilindro mide 4.5 cm, y puedelevantar un peso de 875 kgf, aplicándole una fuerza de 45 kgf, ¿cuánto debe medir el radio de lamanivela para tal efecto?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJEd).- Un albañil utiliza un torno para poder levantar unas cubetas con arena y piedra, si el radio de lamanivela mide 35 cm y el radio del cilindro mide 15 cm ¿qué tanta fuerza debe de aplicar para poderlevantar la cubeta que pesa 50 kgf?DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO DESPEJE
  • CONVERSIÓN O TRANSFORMACIÓN DE UNIDADES 224:El sistema Internacional de Unidades se diseño recientemente, con la idea de establecer patrones demedida únicos en todo el mundo. Sin embargo, el uso tradicional de otros sistemas y la necesidad decomunicación, nos obliga a estudiar el modo de convertir o transformar unidades. Por nuestra cercanía geográfica y nuestras relaciones comerciales y culturales con E.U., esnecesario conocer su sistema de unidades de medida y sus equivalencias con el Sistema Internacional. Unidades más comunes del sistema inglés (usado en E.U.) Longitud (medidas lineales) Unidad Equivalencia Unidad Equivalencia 1 Pulgada (in) = 0.0254 m 1m = 39.37 pulgadas (in) 1 pie (ft) = 0.3048 m 1m = 3.2808 pies (ft) 1 yarda (yd) = 0.9144 m 1m = 1.0936 yardas (yd) 1 milla (mi) = 1609.35 m 1m = 0.0006214 milla (mi) Superficie (medidas superficiales) 1 pulgada 2 = 0.000645 m2 1 m2 = 1550 pulgadas2 1 pie 2 = 0.0929 m2 1 m2 = 10.7636 pie2 2 2 2 1 yarda = 0.8361 m 1m = 1.196 yarda2 1 milla2 = 2590007.423 m2 1 m2 = 0.0000003861 milla2 Cúbicas (medidas cúbicas) 1 pulgada 3 = 0.00001639 m3 1 m3 = 61012.81 pulgadas 3 1 pie 3 = 0.028317 m3 1 m3 = 35.3145 pie 3 1 yarda 3 = 0.7645 m3 1 m3 = 1.308 yarda 3 3 1 milla = 4168228445 m3 1 m3 = 0.000000000023994 mi 3 (Medidas de peso) 1 onza = 0.028349 kg 1 kg = 35.2736 onzas 1 libra = 0.45359 kg 1 kg = 2.2046 libras 1 quintal = 45.359 kg 1 kg = 0.0220463 quintal 1 tonelada = 1000 kg 1 kg = 0.001 tonelada (Medidas de capacidad) 1 galón = 3.7854 litros 1 litro = 0.264172874 galón 1 onza = 0.0295 litros 1 litro = 33.89330508 onzas (Medidas de tiempo) 60 segundos = 1 minuto 60 minutos = 1 hora 24 horas = 1 día 7 días = 1 semana 52 semanas = 1 Año 365 días = 1 Año 12 meses = 1 Año 1 lustro = 5 Años 2 lustros = 1 década 10 décadas = 1 siglo 100 años = 1 siglo 1000 millones = 1 Eón Hay varios métodos para convertir unidades ya se dentro del mismo sistema o de un sistema aotro. El método que te sugiero a continuación te permitirá hacer cualquier tipo de conversión y lohemos llamado MÉTODO DEL FACTOR DE CONVERSIÓN.Ejemplos resueltos:
  • 225: Convertir 545 cm a decímetros.1.- Buscamos una equivalencia entre las unidades dadas y las deseadas. 10cm = 1dm 545 cm 1 dm 10 cm2.- Multiplicamos la cantidad dada, por un factor de conversión que formamos con la equivalencia,cuidando que las unidades dadas queden cruzadas.3.- Se hacen operaciones siguiendo las reglas de la multiplicación de fracciones: 545 cm 1 dm = (545) ( 1 ) = 545 = 54.5 dm 10 cm 10 10 centímetros entre centímetros se cancelan y nos quedan las unidades deseadas. Convertir 35 libras a kilogramos 1.- Equivalencia 1 libra = 0.4535 kg 2.- 35 lb 0.4535 kg = 15.8725 kg 1 lb  En algunas ocasiones por cuestiones prácticas es necesario redondear el resultado de una medición. Tomemos el resultado del ejemplo anterior. 15.8725 kg redondeando hasta milésimas 15.873 kg redondeando hasta centésimas 15.87 kg redondeando hasta décimas 15.9 kg redondeando hasta enteros 16 kg.En caso de que se requiera transformar dos unidades de medida, como sucede cuando se desea conocera cuántos hm/h equivale una velocidad expresada en m/s, el procedimiento es igual al anterior, sóloque se usarán dos factores de conversión. Veamos el ejemplo: Un corredor profesional de los 100 metros planos, alcanza una velocidad de 10 m/s. ¿A cuántos km/h equivalen? Paso 1.- 10 m/s Paso 2.- 10 m/s ( )( ) Paso 3.- 1 km = 1000 m y 1 h = 3600 s Paso 4.- 10 m/s ( 1 km )( 3600 s ) = 36 km/h 1000 m 1hEn múltiples ocasiones, te encontrarás con la necesidad de transformar unidades que no son lineales,como es el caso del tiempo, la longitud, la masa, etc., sino cuadráticas como el área o la superficie; obien, cúbicas como es el caso del volumen. El método para trasformar es el mismo, lo único que senecesita conocer es el factor de conversión. Observa el siguiente ejemplo:
  • 226:Una cisterna tiene una capacidad de 8 m3, ¿a cuántos pies3 equivalen?(1 m)3 = (3.28 pies)31 m3 = 35.287 pies38 m3 = ( 35.287 pies3) = 282.296 pies3 1 m3 ACTIVIDAD Nº 73 REALIZA LAS SIGUIENTES CONVERSIONES DE UNIDADES:a).- 35 pulgadas a metros b).- 18 pies a metrosc).- 162 yardas a metros d).- 6.5 millas a metrose).- 8 galones a litros f).- 35 onzas a gramosg).- 2.3 hr a segundos h).- 1800 segundos a horasi).- 20 libras a kg j).- 40 litros a galones
  • ACTIVIDAD Nº 74 227: Efectúa las siguientes transformaciones:1.-Un motociclista lleva una velocidad de 20 m/s, ¿a cuántos km/h equivalen?2.- Una varilla tiene un diámetro de ¾ de pulgada, ¿a cuántos cm equivalen?3.- La velocidad de la tierra en su movimiento de traslación alrededor del sol, es de 30km/s ¿A cuántos km/h equivalen?4.-Por una tubería fluyen 25 pies3/h, ¿a cuántos m3/s equivalen?5.- Un terreno tiene una superficie o área de 250 m2, ¿a cuántos pies2 equivale?
  • NOTACIÓN CIENTÍFICA 228: En algunas ciencias como la Física, la Química, la Biología, la Astronomía, etc., es necesarioescribir cantidades muy grandes o muy pequeñas, para esto se ha creado un pequeño sistema llamado:Notación Científica. En la notación científica se usan potencias de base diez como 102, 103, 104, 105, 109, etc., en estesistema el exponente puede ser negativo: 10—1, 10—2, 10—4 ,10—6, etc.Al multiplicar un número por una potencia de base diez lo que estamos haciendo es mover el puntotantas cifras como indique el exponente, si es positivo a la derecha, si es negativo a la derecha, si esnegativo a la izquierda.1.0342 X 103 = 1034.223.50421 X 104 = 235042.12846.32 X 10—3 = 2.8463214387.6 X 10—4 = 1.43876 Si al recorrer el punto ya sea a la derecha o la izquierda, no hubiera cifras entonces seagregan ceros.2.45 X 105 = 24500039.9 X 10—5 = .000369 *Recuerda que si un número es entero se considera el punto a la derecha de todas sus cifras. 837 aquí está el punto aunque no se escriba 838 ¿Sabías que un siglo tiene 3 153 600 000 segundos y que un protón mide 0.000 000 000 000 001 m? ACTIVIDAD Nº 75 PROPÓSITO: Propiciar que los alumnos desarrollen sus habilidades del pensamiento. Las siguientes cantidades están en notación científica. Escribe la cantidad que representan. a).- 3.8 X 10 –4 = b).- 6.7 X 10 6 = c).- 0.53 X 10 4 = d).- 0.83 x 10 –7 = e).- 4.5 X 10 15 = f).- 9.38 X 10 8 = g).- 6. 93 X 10 –11 = h).- 149 X 10 –5 = i).- 3 X 10 10 =
  • 229: En los siguientes incisos escribe la potencia de base diez que hace que la igualdad sea verdadera. a) 6.8 X__________ = 6800 b) 9.6 X_________ _= 960 c) 0.57 X _________= .00057 d) 4.2 X__________ = .00000042 e) 3.6 X__________ = 360000000000 f) 85 X__________ = 8500000 g) 93 X__________ = .00000000093 h) 187 X_________ = 1.870000 i) 1.745 X_______ = 1745 j) 143 X ________ = 1.43 Escribe en notación científica las siguientes cantidades:a).- Distancia de la tierra al Sol: 150 000 000 km = _________________________________________b).-Espesor de una hoja de papel: 0.0001 m =______________________________________________c).-Temperatura del sol en la superficie: 4 800°C = ________________________________________d).- Para el planeta Marte, su año dura: 16 488 h = _________________________________________e).- Una mosca bate sus alas una vez en: 0.001 s = _________________________________________f).- Radio de la tierra: 6 371 500 m =____________________________________________________g).- Distancia de la tierra a la luna: 380 000 km = _________________________________________h).- Velocidad de la luz: 300 000 km/s = _________________________________________________i).- Diámetro del átomo de hidrógeno: 0.000 000 1 mm = ____________________________________j).- Masa de un automóvil compacto: 1 600 000 g = ________________________________________
  • 230: MULTIPLICACIÓN DE POTENCIAS DE BASE DIEZPROPÓSITO: Recordar y agilizar la multiplicación de cantidades exponenciales. Para efectuar esta operación, basta con sumar algebraicamente los exponentes, yrealizar la operación aritméticamente.Ejemplos: (2X104) (3X102) = 6X104+2=6 = 6X106 (6X10—3) ( 5X4—4) = 30X10-3+(-4) = 30X10--7 (4X105) (5X10—2) = 20X105+(-2) = 20X103 DIVISIÓN DE POTENCIAS DE BASE DIEZPROPÓSITO: Recordar y agilizar la división de cantidades exponenciales. Para efectuar esta operación, basta con restar algebraicamente los exponentes, yrealizar la operación aritméticamenteEjemplos: 25 X 10—2 = 5 X 10—6 5 X 104 45 X 10 -8 = 3 X 10-5 15 X 10 -3 12 X 10 6 = 2 X 102 6 X 10 4 SUMA Y RESTA DE POTENCIAS DE BASE DIEZPara efectuar estas dos operaciones, los exponentes deben ser iguales. En caso contrariotenemos que igualarlos, ya sea para aumentar uno o disminuir el otro. Ejemplos: 2 X 103 + 3 X 103 = 5 X 103 15 X 10-4 - 12 X 10-4 = 3 X 10-4 9.5 X 104 + 3 X 105 = ¡Así no puede sumarse!En este caso debemos igualar sus exponentes. Para ello, aumentamos el menor odisminuimos el mayor y el resultado será el mismo.Si aumentamos el menor, tenemos que: 9.5 X 104 = 0.95 X 105 donde 0.95 X 105 + 3 X 105 = 3.95 X 105Si disminuimos el mayor, tenemos que: 3 X 105 = 30 X 104 donde 9.5 X 104 + 30 X 104 = 39.5 X 104Como sabemos en la notación científica es recomendable utilizar un sólo número entero
  • ACTIVIDAD Nº 76 231: Realiza las siguientes operaciones con potencias de base diez, para que valores la aplicación dela notación científica, ya que sería laborioso trabajar con tantos ceros. a).- ( 3 X 102) (4 X 103) = b).- ( 7 X 105) ( 5 X 102) = c).- ( 3 X 10-5) ( 8 X 106) = d).- ( 2 X 10-3) ( 9 X 10-5) = e).- 4 X 10 –2 = f).- 3 X 10 4 = 2 X 10 –4 6 X 10 –2 g).- 6 X 10-3 + 7 X 10-3 = h).- 9 X 104 + 15 X 104 = i).- 5 X 102 + 0.5 X 103 = j).- 3 X 10-5 – 2 X 10-5 = k).- 20 X 106 – 18 X 106 = l).- 4.5 X 108 – 2.5 X 107 =
  • DESPEJE DE INCÓGNITAS EN UNA ECUACIÓN O FÓRMULA 232: Una ecuación es una igualdad que tiene términos conocidos que son los números y términosdesconocidos que son las literales llamadas incógnitas. Una ecuación consta de dos miembros o términos. Ejemplo: 4ª + 5 = a-9 1er miembro 2do miembroLas fórmulas son casos especiales de las ecuaciones literales. A veces es necesario despejar cualquier literal deuna ecuación o fórmula y como son igualdades se aplican las mismas reglas. Se llaman operaciones inversas, a la suma y la resta, a la multiplicación y la división, a lapotenciación y la radicación.1.- Cuando en una igualdad un número o literal está sumando en uno de sus miembros, se pasa al otro miembrocon la operación inversa es decir restando. Ejemplo: Despejar ―b‖ en la siguiente ecuación. a+b=c Solución: como ―a‖ esta sumando en el primer miembro, se pasa restando al segundo miembro b=c–a2.- Cuando en una igualdad un número o literal está restando en uno de sus miembros, se pasa al otro miembrocon la operación inversa, es decir sumando. Ejemplo: Despejar ―Vf‖ de la siguiente fórmula. vf - vi = a . t Solución: como ―Vf‖ está restando en el primer miembro, se pasa al segundo miembro sumando. vf = a . t + vi3.- Cuando en una igualdad un número o literal está multiplicando en uno de sus miembros, se pasa al otromiembro con la operación inversa, es decir dividiendo. Ejemplo: Despejar ―t‖ de la siguiente fórmula. v=a.t Solución: Se aplica primero la propiedad simétrica de la igualdad y tenemos que, a.t=v Como ―a‖ está multiplicando en el primer miembro se pasa dividiendo al segundo miembro. t=v/a4.- Cuando en una igualdad un número o literal está dividiendo en uno de sus miembros, se pasa al otromiembro con la operación inversa, es decir multiplicando. Ejemplo: Despejar ―d‖ de la siguiente fórmula. v=d/t Solución: Se pasa ―t‖ multiplicando al primer miembro. v.t = d Se aplica la propiedad simétrica de la igualdad y se obtiene. d=v.t
  • 233:5.- Cuando en una igualdad un número o literal está elevado al cuadrado en uno de sus miembros, se pasa alotro miembro con la operación inversa, es decir con raíz cuadrada Ejemplo: Despejar ―t‖ de la siguientefórmula. d = a . t2 El ―2‖ se pasa multiplicando porque está dividiendo 2 2.d = a.t2 Se aplica la propiedad simétrica de la igualdad a.t2 = 2.d ―a‖ se pasa dividiendo porque está multiplicando t2 = 2.d Como la potenciación y la radicación son operaciones inversas a para quitar el exponente ―2‖ se saca raíz cuadrada al 2° miembro t = √2.d la fórmula ya esta despejada a6.- Si en una igualdad un número o literal tiene raíz cuadrada en uno de sus miembros pasa al otro miembroelevado al cuadrado. Ejemplo: despejar ―d‖ de la siguiente ecuación. V = √2.g.d Se quita el radical en el segundo miembro elevando al cuadrado el primer miembro V2 = 2.g.d Se aplica la propiedad simétrica de la igualdad 2.g.d = V2 Como ―2.g‖ está multiplicando en el primer miembro se pasa al segundo miembro dividiendo. d = V2 2.g la fórmula ya está despejada.
  • 234: BIBLIOGRAFÍAAUXILIAR DIDÁCTICO FÍSICA 2 GABRIEL SÁNCHEZ GONZÁLEZ EDIMES, NEZA. EDO DE MÉXICO.ABC DE FÍSICA 2 ÁLVARO RINCÓN ARCE ALONSO ROCHA LEÓN EDITORIAL HERRERO S.A. MEXICO D.F.FÍSICA 1 BEATRIZ ALVARENGA ALVARES ANTONIO MÁXIMO RIBEIRO DA LUZ FRANCISCO PANIAGUA BOCANEGRA HARLA OXFORD UNIVERSITY PRESS.FÍSICA BÁSICA 1 ALICIA ZARZOSA PÉREZ ENRIQUE BUZO CÓRDOVA NUTESA. MÉXICO D.F.LA MAGIA DE LA FÍSICA 2 ROSALÍA ALLIER CRUZ ARIEL CASTILLO BRAVO LILIA FUSE MOTEKI EMMA MORENO BARRERA EPSA, S.A de C.V. MÉXICO, D.F.FÍSICA GENERAL HÉCTOR PÉREZ MONTIEL EDITORIAL, PATRIA MÉXICO, D.F.FÍSICA CUADERNO DE TRABAJO 2 HÉCTOR PÉREZ MONTIEL EDITORIAL, PATRIA MÉXICO, D.F.FÍSICA CUADERNO DE TRABAJO 3 HÉCTOR PÉREZ MONTIEL EDITORIAL, PATRIA MÉXICO, D.F.FÍSICA 2 CUADERNO DE EJERCICIOS JUAN CARLOS TORRES ARTURO QUERO MOTA LAROUSSE, MÉXICO D.F.PROBLEMAS DE FÍSICA 1 ESPERANZA CISNEROS MONTES DE OCA EDITORIAL INTERAMERICANA DE ASESORIA Y SERVICIOS, S.A. de C.V. REYNOSA TAMPS.