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  • como lo descargo para mis clases?
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    驴LAS MAGNITUDES ESCALARES SON LAS QUE INDICAN ESPACIO/TIEMPO COMO LA RAPIDES, EN TANTO LAS MAGNITUDES VECTORIALES SON LAS QUE INDICAN ESPACIO/TIEMPO+ DIRECCION, COMO LA VELOCIDAD?
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  • Interesantisima obra....Felicidades
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     PRACTICAS DE FISICA PRACTICAS DE FISICA Document Transcript

    • 1: 2010EL XYZ DE F脥SICA (CIENCIAS II) PROFR. RAM脫N 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 participaci贸n activa en la construcci贸n 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 est谩 obra se busca estimular al alumno(a) para que participe en diversasactividades colectivas y desarrollen su capacidad de an谩lisis.Las actividades han sido dise帽adas con la idea de que el alumno(a) adquiera a trav茅s de una brevelectura o fuente de informaci贸n aplique las t茅cnicas de la lecto-escritura y desarrollar una visi贸n de laF铆sica que le permita ubicar la construcci贸n del conocimiento cient铆fico como proceso cultural. Elloimplica avanzar en la comprensi贸n de que los conceptos que estudian son el resultado de un procesohist贸rico, cultural y social en el que las ideas y las teor铆as se han transformado, cambio que responde ala necesidad constante de explicaciones cada vez m谩s detalladas y precisas de los fen贸menos f铆sicos.De esta manera, el cuaderno de actividades contribuye a los prop贸sitos del programa de Ciencias II, esdecir, demandar la propuesta en la pr谩ctica de habilidades y actitudes, que contribuyen al desarrollo deuna formaci贸n cient铆fica b谩sica y su relaci贸n con las dem谩s asignaturas.Las actividades a lo largo del cuaderno comprenden experimentos, cuestionarios, ejercicios, resoluci贸nde problemas, laberintos, sopa de letras, construcci贸n y an谩lisis de gr谩ficos. Cuenta con instruccionesclaras para que pueda realizarse individual y colectivamente, dentro y fuera del aula. De est谩 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, adem谩s de haber recurrido a la informaci贸n bibliogr谩fica, hequerido dejar constancia de mis conocimientos y experiencias obtenidas durante muchos a帽os deimpartir est谩 materia.Con la participaci贸n del maestro(a), alumnos(as) y padres de familia es indiscutible que el procesoense帽anza-aprendizaje, se facilite, mediante el uso adecuado de este recurso did谩ctico, 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 F铆sica y las ecuaciones m谩s utilizadas durante elciclo escolar y a su ves el proceso de c贸mo ir despejando las ecuaciones.Espero que este material resulte 煤til e interesante, de tal manera que con los conocimientos,experiencias y orientaci贸n del(a) profesor(a) y la buena disposici贸n de los padres de familia en estarpendientes del avance en competencias y trabajo colaborativo se logre que el curso sea todo un 茅xito. PROFESOR: RAM脫N EDUARDO FRANCO. LIC. EN EDUCACI脫N, ESPECIALIDAD EN CIENCIAS NATURALES.
    • 4:
    • LA PERCEPCI脫N DEL MOVIMIENTO 5: Todo el Universo se encuentra en constante movimiento. Los cuerpos presentanmovimientos r谩pidos, lentos, peri贸dicos y azarosos. La tierra describe un movimiento de rotaci贸ngirando sobre su propio eje, al mismo tiempo describe un movimiento de traslaci贸n alrededor delSol. La luna gira alrededor de la tierra, los electrones alrededor del n煤cleo at贸mico. As铆, a nuestroalrededor siempre observaremos algo en movimiento: ni帽os corriendo y saltando, nubesdesplaz谩ndose por el cielo, p谩jaros volando, 谩rboles balance谩ndose a uno y otro lado por un fuerteviento. Todo es movimiento. La Mec谩nica es la rama de la f铆sica encargada de estudiar losmovimientos y estados de los cuerpos. Se divide en dos partes: 1.- Cinem谩tica, estudia lasdiferentes clases de movimiento de los cuerpos sin atender las causas que lo producen.2.- Din谩mica, estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos.Un cuerpo tiene movimiento cuando cambia su posici贸n a medida que transcurre el tiempo.Para lo cual es necesario que entiendas los siguientes conceptos:MOVIMIENTO: Es el cambio de posici贸n de un cuerpo en el espacio.TRAYECTORIA: Es la l铆nea que describe en el espacio un cuerpo en movimiento.DESPLAZAMIENTO: Es la distancia en l铆nea recta entre dos posiciones de un cuerpo que se mueve. Trayectoria DesplazamientoEl movimiento se clasifica seg煤n su trayectoria en: RECTIL脥NEO, cuando la trayectoria es unarecta; CURVIL脥NEO, cuando la trayectoria es una curva.El movimiento tambi茅n 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 seg煤n 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 tambi茅n semueve.* En realidad el sistema de referencia absoluto no existe, porque todo se encuentra en constantemovimiento
    • ACTIVIDAD N掳 1 6:Con el prop贸sito que desarrolles tu habilidad locomotora, sigue la trayectoria para encontrar eldesplazamiento de cada uno de los laberintos.
    • 7: RECUERDA QUE:飥 Un cuerpo tiene movimiento cuando realiza un cambio de lugar en funci贸n del tiempo.飥 El estudio de la cinem谩tica posibilita conocer y predecir en qu茅 lugar se encontrar谩 un cuerpo, qu茅 velocidad tendr谩 al cabo de cierto tiempo, o bien, en qu茅 lapso de tiempo llegar谩 a su destino.飥 El sistema de referencia puede ser absoluto si considera un sistema fijo de referencia, o relativo si considera m贸vil al sistema de referencia. En realidad, el sistema de referencia absoluto no existe, pero resulta 煤til considerar los movimientos que se producen sobre la superficie de la Tierra, suponiendo que estuviera fija.飥 El movimiento rectil铆neo es el m谩s sencillo de todos y es el que realiza cualquier cuerpo que se mueva en una trayectoria recta.飥 Una magnitud escalar es aquella que queda perfectamente definida con solo indicar su cantidad expresada en n煤meros y la unidad de medida, se requiere indicar claramente la direcci贸n y el sentido en que act煤an. Por ejemplo, el desplazamiento, la fuerza, la velocidad, la aceleraci贸n, etc.飥 Cualquier magnitud vectorial puede ser representada gr谩ficamente por medio de una flecha llamada vector, la cual es un segmento de recta dirigido.飥 Cuando se gr谩fica en un sistema de coordenadas cartesianas o rectangulares los datos de la posici贸n de un cuerpo en funci贸n del tiempo que utiliza para realizarlo, al unir los puntos, la recta o curva obtenida representa la velocidad del cuerpo.飥 La velocidad de un cuerpo la podemos determinar con la siguiente expresi贸n matem谩tica: velocidad = distancia recorrida/tiempo transcurrido飥 Cuando un m贸vil sigue una trayectoria recta en la cual recorre distancias iguales en tiempos iguales, efect煤a un movimiento rectil铆neo uniforme.飥 La velocidad media de un m贸vil se determina con la siguiente expresi贸n matem谩tica: velocidad media = distancia total recorrida/tiempo total transcurrido. ACTIVIDAD N潞 2 Re煤nete con tu equipo de trabajo y realicen el siguiente trabajo: 1.- 驴C贸mo explicas lo que se entiende por movimiento de un cuerpo?__________________________ ___________________________________________________________________________________ 2.- 驴En qu茅 casos se dice que un cuerpo sigue movimientos rectil铆neos y cuando uno curvil铆neo? Rectil铆neo__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Curvil铆neo__________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 3.- 驴Cu谩l es la importancia del estudio de la cinem谩tica?____________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________
    • 8:4.- 驴Da un ejemplo pr谩ctico en donde se utilice un sistema de referencia absoluto, para describir elmovimiento de uncuerpo.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5.- 驴Cu谩l es la diferencia entre distancia y desplazamiento?Distancia______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Desplazamiento_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________6.- 驴Cu谩l es la diferencia entre rapidez y velocidad de un m贸vil?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, despu茅s camina 3 m al norte y finalmente 2 m al oeste. Determinen:驴Cu谩l fue la distancia total que recorri贸? Y 驴Cu谩l fue su desplazamiento? Norte Oeste Este Sur Distancia total___________________________________________________________ Desplazamiento total_____________________________________________________
    • UTILIZACI脫N DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES DE LA F脥SICA 9: LA LONGITUD Las longitudes una magnitud de los cuerpos y una dimensi贸n del espacio. Se mide calculandola distancia en l铆nea recta entre dos puntos. a b La longitud es una magnitud que puede expresarse de diferentes modos:a).- Como separaci贸n o proximidad entre dos cuerpos: lb).- Como altura de un cuerpo: hc).- Como profundidad: 潞 pd).- Como las tres dimensiones de un cuerpo; largo, ancho y espesorLa unidad fundamental para medir longitudes es metro su s铆mbolo es 鈥昺鈥 para medir longitudes sehan dise帽ado diferentes aparatos como son:a).- Micr贸metro: Aparato para medir espesores o di谩metros hasta cent茅simas de mil铆metros.b).- Tornillo microm茅trico: Instrumento utilizado en los microscopios y anteojos para medirdistancias muy peque帽as.c).- Calibrador vernier o pie de Rey: Instrumento utilizado por los mec谩nicos para medir espesores,di谩metros interiores, exteriores y profundidades; en piezas como tornillos, barras, tubos esferas, etc.d).- Flex贸metro: Es una cinta met谩lica graduada com煤nmente utilizada en el hogar, carpinter铆a,herrer铆a, construcci贸n, etc.
    • ACTIVIDAD N潞 3 10: Contesta correctamente las siguientes cuestiones:a).- 驴Qu茅 es la longitud?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Escribe tres modos de expresar la longitud:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- 驴Cu谩l es la unidad fundamental para medir la longitud?__________________________________d).- 驴Cu谩l es el s铆mbolo para representar la unidad de longitud? _______________________________e).- Escribe el nombre de tres instrumentos para medir longitudes._______________________________________________________________________________________________________________Realiza las siguientes mediciones de longitud: Re煤nete con otros compa帽eros y consigan unaregla o Flex贸metro para hacer su actividad. LONGITUD NOMBRE DEL NOMBRE DEL NOMBRE DEL MEDIDA EN (cm) COMPA脩ERO 1 COMPA脩ERO 2 COMPA脩ERO 3 Altura del alumno Largo del zapato Anchura de su cuarta Longitud alcanzada al dar un paso normal Altura m谩xima del sal贸n de clases Altura de la puerta Largo o ancho de la ventana
    • 11: LA MASA La masa es una magnitud f铆sica 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, as铆 un astronauta tendr谩 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:驴Puede tener m谩s masa un cuerpo peque帽o que uno grande?Busquemos una respuesta experimental para esta pregunta. Lo que podemos hacer es lo siguiente:a).- conseguir cuerpos de diferente tama帽o pero del mismo material y comparar sus masas usando unabalanza.b).- Conseguir cuerpos de diferente tama帽o 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 om谩s cuerpos. Tambi茅n podemos utilizarla para hacer medici贸n, para lo cual necesitamos elegir unaunidad. La unidad fundamental para medir la masa es el gramo su s铆mbolo es 鈥昰鈥 pero como el gramo esuna unidad muy peque帽a, el SISTEMA INTERNACIONAL toma como unida el kilogramo 鈥昁g鈥. Para grandes cantidades de masa se utiliza otra unidad llamada tonelada equivalente a 1000 Kg
    • ACTIVIDAD N潞 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 mil茅sima 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 pl谩stico Trozo de plastilina Esfera de unicel Objeto de aluminio Objeto de bronce Trozo de tela ACTIVIDAD N潞 5 Contesta correctamente las siguientes cuestiones:a).- 驴Qu茅 es la masa? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- 驴Cu谩l es el nombre y s铆mbolo de la unidad fundamental para medir la masa? _________________ _______________________________________________________________________________c).- 驴Qu茅 unidad utiliza el Sistema Internacional para medir la masa?_____________________________________________________________________________________________________________d).- 驴Qu茅 unidad se usa para medir grandes cantidades de masa?_______________________________ _______________________________________________________________________________e).- 驴Para qu茅 sirve una balanza?________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________f).- 驴Qu茅 tendr谩 m谩s materia 100g de algod贸n o 100g de arena?_______________________________ _______________________________________________________________________________g).- 驴Qu茅 cuerpo tendr谩 m谩s masa 80g de unicel o 30 g plastilina? _____________________________ _______________________________________________________________________________h).- 驴Tendr谩n la misma masa dos calabazas que ocupan el mismo volumen, cuando a una se le havaciado toda la pulpa? Explica, porqu茅___________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________i).- Si tienes dos cajas iguales; una llena de tuercas met谩licas y otra de esferas de unicel. 驴Cu谩l podr谩smover m谩s f谩cil? Explica porque________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________j).- Escribe una conclusi贸n sobre esta actividad. ___________________________________________
    • EL TIEMPO 13: El tiempo es una magnitud f铆sica fundamental. El tiempo es un concepto dif铆cil de definir.Todos hablamos de 茅l, lo usamos, lo medimos, y hasta nuestra existencia esta marcada por el tiempo. Entonces entendemos que el tiempo es la duraci贸n de un fen贸meno o el transcurrir entre unhecho y otro.POR EJEMPLO: 飦 La duraci贸n de una canci贸n 飦 La duraci贸n de una clase 飦 La duraci贸n de un ciclo escolar 飦 La duraci贸n de una vuelta de la tierra sobre su eje 飦 La duraci贸n de una vuelta de la tierra sobre el Sol 飦 El transcurrir entre el rel谩mpago y el trueno 飦 El transcurrir entre el nacimiento de Cristo y el descubrimiento de Am茅rica 飦 El transcurrir entre salir de mi casa y llegar a la escuela 飦 El transcurrir entre nacer y morir Despu茅s de entender qu茅 es el tiempo, la siguiente pregunta es 驴C贸mo medir el tiempo? A lolargo de la historia el ser humano ha inventado una gran cantidad de m茅todos e instrumentos paramedir esta magnitud. Pero hay una unidad de medida que a perdurado por siempre, el d铆a, de 茅sta se derivan otrasunidades superiores, la semana, el mes, el a帽o, el lustro, la d茅cada, el siglo, el milenio, etc. el d铆a sedivide en horas, 茅stas en minutos y 茅stos en segundos. Las equivalencias son las siguientes: 1 d铆a = 24 horas, 1hora = 60 minutos, 1 minuto = 60segundos: por lo tanto 1 d铆a = 24hr = 1440min = 86400seg En F铆sica la unidad fundamental de tiempo es el segundo, su s铆mbolo es 鈥渟鈥, se mide conmayor precisi贸n con un instrumento llamado cron贸metro, los hay mec谩nicos y electr贸nicos demanera convencional se utiliza el reloj. ACTIVIDAD N掳6Determine en minutos y en segundos, los tiempos promedio que transcurre en los eventos se帽alados. Evento Realizado Tiempo del evento en Tiempo del evento en minutos (min) segundos (s) Descanso entre clase y clase Duraci贸n de una clase Duraci贸n que tarda un profesor en llegar a clase Duraci贸n para ir al ba帽o Jornada diaria en la escuela
    • 14: Contesta correctamente las siguientes preguntas:a).- 驴Qu茅 es el tiempo?________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________b).- 驴Cu谩les son los dos modos de entender el tiempo?_______________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________c).- Escribe dos ejemplos de tiempo, como duraci贸n de un fen贸meno: __________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________d).- 驴Cu谩l es la unidad fundamental y s铆mbolo para medir el tiempo?___________________________ _______________________________________________________________________________e).- Si las personas debemos dormir como m铆nimo 8 hrs. al d铆a 驴Cu谩ntos minutos estamosdespiertos?_________________________________________________________________________ EL 脕REA Y EL VOLUMEN El 谩rea se obtiene mediante la multiplicaci贸n de diferentes longitudes, como el largo y elancho. El 谩rea puede calcular la medida de una habitaci贸n, una cancha de f煤tbol, un terreno, unaparcela o un patio. La idea de 谩rea o superficie la tomamos de la observaci贸n de una de las caras de un cuerpo Las superficies pueden ser planas o curvas y pueden tener forma geom茅trica definida ototalmente irregular. La necesidad de medir superficies surgi贸 desde la antig眉edad, pues para poder cobrar losimpuestos a los campesinos era necesario saber la extensi贸n de la tierra que hab铆an trabajado; de estaactividad surgen los ge贸metras (medidores de las tierras). En la actualidad la necesidad de medir superficies abarca una buena parte de nuestro quehacercotidiano, por ejemplo: 飪 El papel tapiz para una pared nos lo venden en metros cuadrados 飪 Los vidrios de una ventana se compran en m2 o cm2 飪 Un alba帽il cobra su trabajo: muros, loza, piso, aplanados, etc. por m2 飪 El impuesto predial se cobra por m2 de construcci贸n o bald铆o. 飪 La impermeabilizaci贸n de techos se cobra por m2 La unidad fundamental para medir superficies o 谩reas es el 鈥昺etro cuadrado鈥 (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 鈥暶ea鈥 se simboliza 鈥昦鈥 Y eqequivalente a 100 m2, aunque lo m谩s com煤n es un m煤ltiplo de Est谩 est谩 conocido como: 1000 mm 10 dm hect谩rea = 100 谩reas Hec 1 ha 1 ha = 100 a = 10 000 m2 1m Por supuesto que para medir superficies procuraremos que tengan figuras geom茅tricas definidas y as铆 poder aplicar las f贸rmulas 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 = 露 r2 2 2 EL VOLUMEN El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. Este espacio puede ser geom茅tricamente definido o totalmente irregular. Espacio geom茅tricamente definido Espacio geom茅tricamente irregular飪 En el caso de los cuerpos s贸lidos el volumen y la forma se conservan sin importar el recipiente que los contiene.飪 En los l铆quidos el volumen se conserva pero la forma depende del recipiente que los contiene.飪 Los gases no tienen volumen ni formas propias, ambos dependen del recipiente que los contiene. La unidad fundamental para la medici贸n de vol煤menes es el metro c煤bico y su s铆mbolo es (m3) 1 m3 = 1000 dm3 = 1 000 000 cm3 = 1 000 000 000 mm3 Convencionalmente el volumen suele medirse en 鈥昹itros鈥 1 litro = 1 dm3, por lo tanto 1cm3 = 1 mililitro (1 ml).
    • 16: 1000 mm 100 cm La medici贸n del volumen de cuerpos con espacio geom茅tricamente definido se hace aplicando f贸rmulas matem谩ticas. 1m 10 dmV = (Ab)(h) V= (Ab)(h) V= 露.r2.h V= 露.r2.h V=4露.r3 3 3 3El volumen de cuerpos con espacio geom茅tricamente irregular se mide 鈥昿or desplazamiento de unl铆quido鈥
    • ACTIVIDAD N掳7 17: Prop贸sito: Qu茅 el alumno aprenda a establecer 谩reas y vol煤menes en cuerpos geom茅tricos.EJERCICIOS:1.- Para determinar el 谩rea o superficie de un cuadrado o de un rect谩ngulo, se multiplica lado por lado,es decir A= l2; calcula el valor del 谩rea o superficie que se solicita.a).- 驴Cu谩l es el valor de su 谩rea o superficie de una cancha de b谩squetbol? has el dibujo de la figurageom茅trica.b).- Mide la figura de madera y espec铆fica 驴cu谩l es su volumen? has el dibujoc).- 驴Cu谩l 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).- 驴De d贸nde tomamos la idea de superficie o 谩rea?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- 驴Cu谩les son las dos formas que puede tener una superficie?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- 驴Cu谩ndo surge la necesidad de medir superficies?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- 驴Cu谩l es la unidad fundamental para medir la superficie?___________________________________________________________________________________________________________________e).- 驴Qu茅 es el volumen?________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 18: f).- 驴C贸mo puede ser geom茅tricamente el volumen de un cuerpo?______________________________ __________________________________________________________________________________ g).- 驴Qu茅 pasa con el volumen y la forma de los s贸lidos?_____________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ h).- 驴Qu茅 pasa con el volumen y la forma de los l铆quidos?____________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ i).- 驴Qu茅 pasa con el volumen y la forma de los gases?_______________________________________ __________________________________________________________________________________ _____________ _____________________________________________________________________ j).- 驴C贸mo se llama el m茅todo 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 as铆 adquirimos la idea de lo grande y lo peque帽o. POR EJEMPLO: Una monta帽a es grande porque es muchas veces nuestro tama帽o. Una pluma es peque帽a porque nosotros somos muchas veces su tama帽o. Despu茅s hemos buscado hacer comparaciones fuera de nosotros, es decir, establecer una relaci贸n de comparaci贸n entre la misma cualidad de los cuerpos. POR EJEMPLO:飦 Comparamos los tiempos en que suceden dos fen贸menos, el receso y una hora clase飦 Comparamos la longitud de dos canchas, una de f煤tbol y otra de b谩squetbol飦 Comparamos el volumen de dos cuerpos, un refresco maxilitro y un paupau飦 Comparamos la superficie de dos cuerpos, el pizarr贸n y un cuaderno En f铆sica suelen compararse las magnitudes o dimensiones de dos cuerpos o fen贸menos. Estas comparaciones se hacen matem谩ticamente a trav茅s de una divisi贸n. OBSERVA. A B Para comparar estas dos tablas, vemos cu谩ntas veces cabe la B en la A. Observamos que cabe 3 veces B en A por lo tanto, la comparaci贸n 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 N潞 8 19:Escribe las dos maneras de expresar las comparaciones indicadas en cada inciso tambi茅n su expresi贸nmatem谩tica. Compara las alturas 1.- ______________________________________________________ ______________________________________________________ h1 2.- ______________________________________________________a).- h2 ______________________________________________________ V1 Compara los vol煤menes 1.- _____________________________________________________ V2 _____________________________________________________ 2.- _____________________________________________________b).- _____________________________________________________ MEDICIONES Y PATRONES Desde tiempos muy remotos el hombre ha tenido la necesidad de medir, es decir, saber cu谩l esla magnitud de un objeto compar谩ndolo con otros de la misma especie que le sirva de base o patr贸n,pero el problema ha sido encontrar el patr贸n de medida. Por ejemplo, se habl贸 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 pa铆ses grandes y ricos establecieron nuevas medidaspropias para demostrar su poder铆o y autonom铆a, dando como resultado un serio obst谩culo 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 ejerc铆a elImperio Romano y al deseo de unificar las unidades empleadas, se utiliz贸 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 anarqu铆a en las unidades de medida. En 1795 se implanta el sistema M茅tricoDecimal como resultado de la Convenci贸n 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 di谩metro externo o interno), la masa,el tiempo, el volumen, el 谩rea, 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 patr贸n de medida.Unidad de medida: Recibe el nombre de unidad de medida o patr贸n 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 medici贸n es una comparaci贸n entre dos porciones de una misma magnitud, una de lascuales se toma como patr贸n.
    • 20: a).- Cuando decimos que la escuela est谩 a 6 cuadras de mi casa, estamos comparando dos longitudes, la distancia de la casa a la escuela y la longitud de una cuadra 茅sta 煤ltima es el patr贸n.飦 El patr贸n cabe 6 veces en la distancia de la casa a al escuela. El valor 鈥6鈥 es la medida. CASA ESCUELA LONGITUD DE UNA CUADRA飦 Cuando decimos que la dosis de alg煤n medicamento es de 4 cucharadas al d铆a, estamos comparando dos vol煤menes; el que debe ingerir por d铆a al paciente y el de una cucharada. El patr贸n es el volumen de una cucharada y cabe 4 veces en la dosis del paciente. El valor鈥4鈥 es la medida. Estos son s贸lo algunos ejemplos de la forma arbitraria en que elegimos patrones para hacer mediciones. Otros patrones que frecuentemente usamos son: pasos, gotas, cuartas, pu帽os, brazos, pies, tazas, pizcas, cuando cuente hasta, etc. Como estos patrones no son iguales para todos, no pueden ser utilizados en el mundo cient铆fico; pues es f谩cil 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 f铆sica se han creado patrones universales que sirven como unidad de medida de las magnitudes. SISTEMA M脡TRICO DECIMAL El primer sistema de unidades bien definido que hubo en el mundo fue el Sistema M茅trico Decimal, implantado en 1795 como resultado de la Convenci贸n Mundial de Ciencia celebrada en Par铆s, Francia. Este sistema tiene una divisi贸n decimal y sus unidades fundamentales son: el metro, kilogramo-peso y el litro. Adem谩s, para definir las unidades fundamentales utiliza datos de car谩cter general como las dimensiones de la tierra y la densidad del agua. A fin de encontrar una unidad patr贸n para medir longitudes se dividi贸 un meridiano terrestre en 40 millones de partes iguales y se le llam贸 metro a la longitud de cada parte. Por tanto, definieron al metro como la cuarenta millon茅sima parte del meridiano terrestre. Una vez establecido el metro como unidad de longitud sirvi贸 de base para todas las dem谩s unidades que constituyeron al Sistema M茅trico Decimal, derivado de la palabra metr贸n que quiere decir medida. Una ventaja importante del Sistema M茅trico fue su divisi贸n decimal, ya que mediante el uso de prefijos como deci, centi o mili, algunos de los subm煤ltiplos de la unidad, podemos referirnos a dec铆metro, como la d茅cima parte del metro,(0.1m);a cent铆metro, como la cent茅sima parte(0.01m); y a mil铆metro, como la mil茅sima 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 m煤ltiplos de la unidad, podemos mencionar al Dec谩metro, Hect贸metro o kil贸metro como equivalentes a 10, 100 贸 1000 metros, respectivamente.
    • 21: SISTEMA CEGESIMAL 贸 CGS En 1881, como resultado del gran desarrollo de la ciencia y por supuesto de la f铆sica, se adoptaen el Congreso Internacional de los Electricistas realizado en Paris, Francia, un sistema llamadoabsoluto: el Sistema Cegesimal o CGS propuesto por el f铆sico alem谩n Karl Gauss. En dicho sistema lasmagnitudes fundamentales y las unidades propuestas para las mismas son: para longitud el cent铆metro,para la masa el gramo y para el tiempo el segundo. En ese entonces ya se observaba la diferenciaci贸nentre los conceptos de masa y peso de un cuerpo, porque se ten铆a claro que el peso era el resultado dela fuerza de atracci贸n 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, B茅lgica, elingeniero italiano Giovanni Giorgi propone y logra que se acepte su sistema, tambi茅n llamadoabsoluto, pues como magnitud fundamental se habla de la masa y no del peso de los cuerpos. Estesistema recibe el nombre de MKS, cuyas in铆ciales 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 cient铆fico se buscaba uniformidad en un solo sistema de unidadesque resultara pr谩ctico, claro y acorde con los avances de la ciencia, 1960 cient铆ficos y t茅cnicos 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 el茅ctricaal ampere(A),para intensidad luminosa la candela (cd) y para cantidad de sustancia al mol (mol).LA DEFINICION DEL METRO PATRON: La definici贸n actual del metro patr贸n corresponde a 1 650 763.73 veces la longitud de la ondaluminosa emitida por el 谩tomo de cript贸n de masa at贸mica 86, durante el salto de un electr贸n entre losniveles 2p10 y 5d5 y a lo largo de una descarga el茅ctrica. Esta nueva definici贸n m谩s precisa del metropatr贸n elimin贸 a al anterior que equival铆a a la cuarenta millon茅sima parte del meridiano terrestre y queen realidad tenia una diferencia de 0.023% del valor de la barra correspondiente al metro patr贸n.驴Pero que es el metro patr贸n? Para la longitud se cre贸 un patr贸n llamado metro que es la distanciaentre dos trozos paralelos, grabados cerca de los extremos de una barra met谩lica, fabricada con unaaleaci贸n de 90% de platino y 10% de iridio. Est谩 se encuentra en S茅vres, Par铆s.LA DEFINICION DEL KILOGRAMO PATRON: Primero se defini贸 como la masa de un dec铆metro c煤bico de agua pura en su m谩xima densidad(4潞C). Su definici贸n actual es la siguiente: un kilogramo patr贸n equivale a la masa de un cilindro hechode platino e iridio, el cu谩l se conserva como modelo en la oficina Internacional de pesas y medidaslocalizada en S茅vres, Par铆s, Francia
    • 22:LA DEFINICION DEL SEGUNDO PATRON: Se defini贸 como la 1/86400 parte del d铆a solar medio y como la 1/31 566 962 parte del primera帽o tr贸pico del siglo pasado(1900).Actualmente se define como la duraci贸n de 9 192 631 770 ciclos dela radiaci贸n de cierta transici贸n del electr贸n en el 谩tomo de cesio de masa at贸mica 133. El empleo del SI como 煤nico sistema que el hombre acepta a nivel cient铆fico y comercial en todoel mundo, representa no s贸lo el avance de la ciencia, sino tambi茅n la posibilidad de emplear unlenguaje especifico para expresar cada magnitud f铆sica en una unidad de medida basada endefiniciones precisas respecto a fen贸menos y situaciones naturales. Esperemos que en poco tiempo, con el progreso de la ciencia y de la humanidad, el 煤nico sistemautilizado por sus m煤ltiples ventajas sea el Sistema Internacional de Unidades (SI). Actualmente, a煤n seutiliza, sobre todo en Estados Unidos, el Sistema Ingl茅s (pie, libra y segundo) y el Sistema CGS;Adem谩s de los llamados Sistemas Gravitacionales, T茅cnicos o de Ingenier铆a, que en lugar de masa serefieren al peso como unidad fundamental ACTIVIDAD N潞 9En base en la lectura de mediciones y patrones contesta correctamente las siguientes preguntas:a).- 驴Qu茅 es una magnitud?____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________b).- 驴Qu茅 es una medici贸n?____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________c).- 驴Qu茅 es un patr贸n en una medici贸n?_________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________d).- 驴Qu茅 es medir?__________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________e).- Escribe 3 patrones arbitrarios para medir longitudes:____________________________________________ ______________________________________________________________________________________f).- Escribe 3 patrones arbitrarios para medir masa:_________________________________________________ ______________________________________________________________________________________g).- 驴Porqu茅 raz贸n en f铆sica se crearon patrones universales?_________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________h).- 驴Cu谩l fue el primer sistema de unidades que hubo en el mundo y en qu茅 a帽o se estableci贸?______________i).- 驴Qu茅 significa la palabra metr贸n?____________________________________________________________j).- 驴Cu谩les son las unidades que manifiesta el sistema CGS, adoptado en el Congreso Internacional de losElectricistas?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- Bajo qu茅 condiciones se establece el Sistema Internacional de Unidades y en qu茅 a帽o?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________l).- De qu茅 esta hecho el metro patr贸n que se encuentra en S茅vres, Par铆s, Francia?___________________________________________________________________________________________________________________m).-驴C贸mo se define el kilogramo en relaci贸n al agua?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 23:n).- 驴Qu茅 es el kilogramo patr贸n?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________帽).- 驴C贸mo se define el segundo patr贸n?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ UNIDADES FUNDAMENTALES Y PREFIJOS En f铆sica se ha llegado a la conclusi贸n de que las unidades de cualquier magnitudpueden expresarse en funci贸n 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 s铆mbolos de las unidades, se han instituido lasreglas que se indican a continuaci贸n.1.- Todas las unidades se anotan con min煤scula.2.- Existe un s铆mbolo para cada unidad.3.- Solamente se escribe con may煤scula los nombres de las unidades que provienen deun nombre propio. Sistema Internacional de medidas unidad Magnitud Nombre S铆mbolo 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. M脷LTIPLOS S脷BMULTIPLOS dec谩metro (dam) dec铆metro (dm) hect贸metro (hm) cent铆metro (cm) kil贸metro (km) mil铆metro (mm) meg谩metro (Mm) micr贸metro (碌m) gig谩metro (Gm) nan贸metro (nm) ter谩metro (Tm) pic贸metro (pm) pet谩metro (Pm) METRO femt贸metro (fm) ex谩metro (Em) att贸metro (am) zet谩metro (Zm) zept贸metro (zm) yott谩metro (Ym) yoct贸metro (ym) decagramo (dag) decigramo (dg) hectogramo (hg) cent铆gramo (cg) kilogramo (kg) miligramo (mg) meg谩gramo (Mg) microgramo (碌g) gig谩gramo (Gg) nan贸gramo (ng) ter谩gramo (Tg) GRAMO pic贸gramo (pg) pet谩gramo (Pg) femt贸gramo (fg) ex谩gramo (Eg) att贸gramo (ag) zet谩gramo (Zg) zept贸gramo (zg) yott谩gramo (Yg) yoct贸gramo (yg) minuto (min) decisegundo (ds) hora (hr) cent铆segundo (cs) d铆a milisegundo (ms) mes microsegundo (碌s) a帽o SEGUNDO nan贸segundo (ns) lustro pic贸 segundo (ps) d茅cada femt贸segundo (fs) siglo att贸segundo (as) milenio zept贸segundo (zs) E贸n yoct贸segundo (ys)Observa que en el caso del tiempo los m煤ltiplos no corresponden a los prefijos; a煤n siguen us谩ndose unidades tradicionales.
    • 26: ACTIVIDAD N潞 10 Contesta correctamente las siguientes cuestiones.a).- Escribe las 7 magnitudes fundamentales:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Escribe las 7 unidades fundamentales:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- 驴C贸mo se llama el sistema formado por las 7 magnitudes fundamentales?______________________________________________________________________________________________________d).- 驴Qu茅 es un prefijo?_______________________________________________________________e).- 驴Cu谩l prefijo significa un mill贸n?____________________________________________________f).- 驴Cu谩l prefijo significa una millon茅sima parte?__________________________________________g).- 驴Qu茅 es un miligramo (mg)?________________________________________________________h).- 驴Qu茅 es un cent铆segundo (cs)?_______________________________________________________i).- 驴Qu茅 es un micr贸metro (碌m)?_______________________________________________________j).- 驴Qu茅 es un decigramo (dm)?________________________________________________________k).-驴Qu茅 es un dec谩metro (dam)?_______________________________________________________l).- 驴Qu茅 es un Meg谩metro (Mm)?_______________________________________________________m.-驴Cu谩ntos miligramos forman un gramo?_______________________________________________n.-驴Cu谩ntos microsegundos forman un segundo?___________________________________________帽.-驴Cu谩ntos segundos hay en una hora?___________________________________________________o.-驴Cu谩ntos metros hay en un hect贸metro?________________________________________________p.-驴Cu谩ntos gramos hay en un meg谩gramo?_______________________________________________ 飩
    • LA VELOCIDAD 27: La velocidad y la rapidez generalmente se usan como sin贸nimos, no obstante que la rapidez esuna cantidad escalar que 煤nicamente indica la magnitud de la velocidad; y la velocidad es unamagnitud vectorial, pues para quedar bien definida requiere que se se帽ale, adem谩s de su magnitud, sudirecci贸n y sentido. Cuando un m贸vil sigue una trayectoria en l铆nea recta, recorriendo distanciasiguales en cada unidad de tiempo, su rapidez y velocidad permanecen constantes; en cambio, si en unatrayectoria curva el m贸vil logra conservar una rapidez constante, por ejemplo 50km/h, su velocidad vacambiando, aunque su magnitud, o rapidez, no var铆a, pero su sentido si va modific谩ndose. Enconclusi贸n, cuando en f铆sica se habla de velocidad, no se refiere s贸lo a la rapidez con que se mueve uncuerpo, si no tambi茅n en qu茅 direcci贸n lo hace. La direcci贸n de la velocidad de un cuerpo m贸vil queda determinada por la direcci贸n en la cualse efect煤a 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 l铆nea 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 m谩ximo su velocidad hasta llegar a lameta, despu茅s la va disminuyendo hasta detenerse totalmente.La velocidad es la relaci贸n entre el espacio recorrido por un cuerpo y el tiempo empleado enrecorrerlo. Se expresa mediante la relaci贸nV = d/t V = velocidad d = distancia t = tiempoLas unidades de velocidad son derivadas o compuestas por unidades de longitud entre unidades detiempo.cm鈦剆 ; m鈦剆 ; km鈦刪; km鈦剆; pies鈦剆; yardas鈦剆; etc.Si la velocidad es constante entonces el cuerpo recorre distancias iguales en tiempos iguales, es decir,el movimiento es uniforme.Cuando la velocidad var铆a, 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 dif铆cil que un cuerpo se mueva con velocidad constante. Por ejemplo siviajamos de la casa a la escuela en bicicleta, el tr谩fico, las condiciones del camino, etc., impedir谩n 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 f贸rmula dada, es posible resolver algunos problemas sencillos de c谩lculo de la velocidad media,para lo cual debemos observar que en dicha f贸rmula 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 驴cu谩l es su velocidad media?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd = 320 km v=d鈦則 v = 320 km 鈦 8h v = 40km 鈦 ht=8hv=?b).- QUE NOS PIDAN LA DISTANCIA.Un auto conserva una velocidad media de 80 km/h 驴Qu茅 distancia recorrer谩 en 4.5 h?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 驴en cu谩nto tiempo escucharemos un sonido producidoa un kil贸metro de nosotros?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOv = 340 m/s v=d/t t = 1000 m t = 2.95 st=? 340 m/sd = 1000 m DESPEJE t = d /v ACTIVIDAD N潞 11PROP脫SITO: Desarrollar en los alumnos la habilidad matem谩tica, mediante la resoluci贸n de losproblemas cotidianos.Resuelve los siguientes problemas de velocidad.a).- Un auto recorre 273 km en 3h.驴cu谩l es su velocidad media?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- Un avi贸n se desplaza con una velocidad media de 500km/h 驴qu茅 distancia recorrer谩 en 1.3h?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOc).- Un corredor mantiene una velocidad media de 5m/s 驴cu谩nto tiempo tardar谩 en recorrer 5000 m?exprese el resultado en minutos y en horas.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd).- La velocidad de la luz es de 300 000 km/s 驴qu茅 distancia recorrer谩 en medio minuto?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 29:e).- Una persona camina con una velocidad media de 1.6 m/s 驴cu谩nto tiempo tardar谩 en recorrer mediokil贸metro?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO El marat贸n en la Olimpiada de 1936, en un recorrido de 42 km y 194 metros, fue ganado por unf).-muchacho japon茅s que hizo un tiempo de 2hr 29min 19seg. 驴Cu谩l fue su velocidad media en km/h ym/s?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOg).-En un juego de golf una pelota viaja con una velocidad de 0.90 m/s si la pelota llega al hoyodespu茅s de 3.5 segundos de haber sido golpeada. 驴A qu茅 distancia se encontraba el hoyo?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOh).- Un cami贸n con una velocidad constante de 70 km/h 驴Qu茅 distancia habr谩 recorrido a los25 minutos?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOi).- En que tiempo llegar谩 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 30:j).- 驴Cu谩l ser谩 la velocidad media de un cami贸n que recorre 1100 km en 14 horas?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOk).- 驴Qu茅 distancia recorrer谩 un muchacho en una bicicleta en 15 minutos, si lleva una velocidad de 12m/s?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOl).- 驴En que tiempo un atleta recorre 45 km, si lleva una velocidad media de 5 m/s?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOm).- 驴Qu茅 distancia recorrer谩 la tierra en 30 minutos si su velocidad media es de 29.8 km/s?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOn).- 驴Cu谩l ser谩 la velocidad de un tren que recorre 560 km en 6.5 hr?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • MOVIMIENTO ONDULATORIO 31: RECUERDA QUE: EL SONIDO Y SU PROPAGACI脫N飥 La ac煤stica es la parte de la F铆sica que se encarga del estudio de los sonidos.飥 Las ondas mec谩nicas son ocasionadas por perturbaciones y para su propagaci贸n en forma de oscilaciones peri贸dicas, requieren de un medio material.飥 Las ondas electromagn茅ticas se originan por oscilaciones extremadamente r谩pidas de un campo electromagn茅tico y no necesitan de un medio material para su propagaci贸n, pues se difunden aun en el vac铆o, tal es el caso de las luminosas, calor铆ficas, y de radio entre otras.飥 Una onda mec谩nica representa la forma como se propaga una vibraci贸n o perturbaci贸n inicial, trasmitida de una mol茅cula o otra y as铆 sucesivamente en los medios el谩sticos. Al punto donde se genera la perturbaci贸n inicial se le llama foco o centro emisor de las ondas.飥 Los movimientos ondulatorios pueden ser longitudinales, si la part铆cula del medio material vibra paralelamente a la direcci贸n de propagaci贸n de la onda, como las que se producen cuando al tirar un resorte, 茅ste oscila de abajo hacia arriba. ser谩n transversales si las part铆culas del medio material vibran perpendicularmente a la direcci贸n de propagaci贸n de la onda, tal es el caso de las que se producen al arrojar una piedra en un estanque.飥 Las ondas tambi茅n se pueden clasificar en lineales si se propagan en una sola dimensi贸n, como las que se producen en una cuerda o en un resorte, superficiales, si se difunden en dos dimensiones, como las producidas en una l谩mina met谩lica o en la superficie de un l铆quido, tridimensionales, si se propagan en todas direcciones, como la luz, el calor y el sonido entre otras.飥 La longitud de onda es la distancia entre dos frentes de onda que est谩n en la misma fase.飥 La frecuencia de una onda es el n煤mero de ondas que est谩n en la misma fase.飥 El per铆odo es el tiempo que tarda en realizarse un ciclo de una onda.飥 La velocidad de propagaci贸n (V) de una onda es aquella con la cual se propaga un pulso a trav茅s de un medio. su expresi贸n matem谩tica es: V = 位 / 韦 贸 V =(位)(F)飥 La reflexi贸n de las ondas se presentan cuando 茅stas encuentran un obst谩culo que les impide propagarse, chocan con 茅l, cambian de sentido con una elongaci贸n contraria, sin modificar sus dem谩s caracter铆sticas.飥 La refracci贸n de las ondas se presentan cuando 茅stas pasan de un medio a otro de distinta densidad, lo que origina que cambien su velocidad de propagaci贸n y su longitud de onda, conservando constante su frecuencia.飥 La difracci贸n de las ondas se presentan cuando una onda encuentra un obst谩culo en su camino y lo rodea o contornea.飥 El sonido es el fen贸meno f铆sico que estimula al o铆do. En los seres humanos, se percibe cuando un cuerpo vibra a una frecuencia comprendida entre 15 y 20 000 ciclos/s.飥 Una onda sonora se propaga por el aire, est谩 constituida por una serie de compresiones y enrarecimientos sucesivos del aire, en la que cada mol茅cula individual transmite la energ铆a de la onda sonora a las mol茅culas que est谩n cerca de ella. Sin embargo, una vez que pasa la onda sonora, las mol茅culas recuperan m谩s su misma posici贸n.飥 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掳 12 32:Con el prop贸sito de que interpretes correctamente cu谩les son las caracter铆sticas del movimientoondulatorio, realiza la siguiente: INVESTIGACI脫N BIBLIOGR脕FICA.1.- Re煤nete con tu equipo de trabajo y respondan lo siguiente.a).- 驴Cu谩l es la diferencia fundamental entre una onda mec谩nica una ondaelectromagn茅tica?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Si se observa un resorte al cual se le da un tir贸n provoc谩ndole expansiones y compresiones.Explica por qu茅 raz贸n 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 qu茅 decimos quese forman ondas transversales en el agua.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- 驴C贸mo puedes explicar, por medio de un ejemplo, que en las ondas mec谩nicas la que se desplazao avanza es la onda y no las part铆culas del medio material?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 33: e).- Explica por medio de un ejemplo, como se pueden producir ondas superficiales.______________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ f).- Explica cu谩l es la caracter铆stica de la propagaci贸n de las ondas tridimensionales y da dos ejemplos de ellas: caracter铆sticas:______________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Ejemplo 1__________________________________________________________________________ Ejemplo 2__________________________________________________________________________ g).- En la siguiente figura se muestran las caracter铆sticas de las ondas transversales. Obs茅rvala y contesta que se entiende por: nodo 位 Longitud de onda__________________________________________________ _________________________________________________________________ Elongaci贸n飦 Frecuencia________________________________________________________飦讹伓 _________________________________________________________________飦 Per铆odo____________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________飦 Nodo______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________飦 Elongaci贸n__________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________飦 Amplitud de onda____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________飦 Cresta_____________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________飦 Valle______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________飦 Longitud de onda ____________________________________________________________________
    • 34:飦 Velocidad de propagaci贸n_____________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________飦 Frecuencia__________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Para que expliques correctamente qu茅 produce el sonido y como se trasmite, resuelve el siguiente: cuestionario. 1.- 驴Qu茅 es el sonido?_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 2.- 驴C贸mo se produce el sonido?________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 3.- 驴Cu谩ndo es infras贸nica una onda sonora?______________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 4.- 驴Cu谩ndo es ultras贸nica una onda sonora?______________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 5.-En al siguiente figura se muestra un timbre dentro de una campana de vac铆o. Explica por qu茅 al extraer el aire que est谩 dentro de la campana no se escuchar谩 la alarma del timbre, aunque se produzca un sonido muy intenso. ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ 6.- 驴Se trasmite el sonido en los s贸lidos, l铆quidos y gases?.___________________________________ En caso de respuesta afirmativa, explica con ejemplos c贸mo se puede demostrar que el sonido se trasmite en los diferentes estados de agregaci贸n de la materia. S贸lidos_____________________________________________________________________________ L铆quidos____________________________________________________________________________ Gaseosos___________________________________________________________________________
    • 35: 7.- Escribe cu谩l es la velocidad de propagaci贸n del sonido en los siguientes medios y a qu茅 temperatura se determina dicho valor: Aire:_______________________________________________________________________________ Agua:______________________________________________________________________________ Hierro:_____________________________________________________________________________ 8.- Observando y comparando los valores de la velocidad de propagaci贸n del sonido para diferentes medios, ordena de mayor a menor, en que estado de agregaci贸n se propaga m谩s r谩pido el sonido: El sonido se propaga m谩s r谩pido en el estado:_____________________________________________ Luego le sigue el estado:_______________________________________________________________ El estado donde se propaga a menor velocidad es el:________________________________________ La ac煤stica es la parte de la f铆sica que se encarga del estudio de los sonidos. Los fen贸menos ac煤sticos, consecuencia de algunos efectos auditivos provocados por el sonido son los siguientes:飦 Eco: se origina por la reflexi贸n continua de un sonido que produce su repetici贸n. Una aplicaci贸n del eco se tiene al medir la profundidad del mar, usando un aparato llamado sonar.飦 Resonancia: se presenta cuando la vibraci贸n de un cuerpo hace vibrar a otro con su frecuencia natural de vibraci贸n. El fen贸meno se aplica en las cajas de resonancia de algunos instrumentos para aumentar el sonido original.飦 Reverberaci贸n: se produce despu茅s de escuchar un sonido original, 茅ste persiste dentro de un lugar. Se reduce empleando cortinas o cubriendo las paredes con corcho o alfombra.飦 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 r谩pidamente conforme se acerca a nosotros, percibimos un mayor n煤mero de ondas por segundo y el sonido se aprecia m谩s agudo. Cuando la ambulancia se aleja de nosotros llega un n煤mero menor de ondas, es decir, la frecuencia es menor y, por lo tanto, el sonido es m谩s grave.飦 Intensidad: Se refiere a la cantidad de energ铆a que la onda sonora transmite y es num茅ricamente proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda. Cuando mayor sea la intensidad del sonido. M谩s fuerte lo o铆mos. Por intensidad los sonidos se dividen en fuertes y d茅biles. Y se mide en una unidad llamada decibeles (db).飦 Tono: permite la clasificaci贸n 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 peque帽a 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 viol铆n. Galileo Galilei fue el primero en notar esta relaci贸n entre frecuencia y tono.飦 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.飦 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 est茅 ligeramente fuera de tono con respecto al otro, que se hacen sonar simult谩neamente. Con ello, la intensidad del sonido sube y baja peri贸dicamente. Llamamos sonido a la sensaci贸n que percibimos cuando las vibraciones son regulares, captadas de una forma continua durante cierto intervalo de tiempo y esta sensaci贸n es agradable. ACTIVIDAD N潞 13 PROP脫SITO: medici贸n de la velocidad-tiempo en el MRU MATERIAL: 1 cron贸metro 1 Flex贸metro 驴Qui茅n alcanza la m谩xima velocidad media del grupo?飪 Formar equipos de 8 participantes, uno de los cuales ser谩 el cronometrista (medidor del tiempo)飪 Marcar en el patio de la escuela una distancia de 400 m飪 Cada uno de los 8 participantes recorrer谩 la distancia y el cronometrista medir谩 y registrar谩 el tiempo de cada corredor飪 Todo el equipo participar谩 en el c谩lculo de las velocidades飪 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
    • 驴COMO ES EL MOVIMIENTO CUANDO LA VELOCIDAD CAMBIA? 37: Es la velocidad de un m贸vil en determinado instante. Hasta ahora hemos visto cuerpos que se mueven con velocidades constantes en el tiempo. Cuando viajamos en un autom贸vil, cuya velocidad va cambiando y observamos que en el veloc铆metro 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 m贸vil recorre distancias iguales en tiempos iguales. Movimiento Variado.- cuando el m贸vil va cambiando su velocidad a medida que transcurre el tiempo. Es decir experimenta una aceleraci贸n LA ACELERACI脫N Es el cambio de la velocidad en la unidad de tiempo. Si la velocidad aumenta, la aceleraci贸n es positiva. Si la velocidad disminuye, la aceleraci贸n es negativa. La aceleraci贸n es una magnitud vectorial, pues al igual que la velocidad tiene m贸dulo, direcci贸n, sentido y punto de aplicaci贸n. De acuerdo a la definici贸n de la aceleraci贸n su f贸rmula es la siguiente: a = vf – vi a = aceleraci贸n t vf = velocidad final vi = velocidad inicial t = tiempo las unidades de aceleraci贸n son unidades de velocidad entre unidades de tiempo. Unidades de velocidad m/s = m/s2 unidades de aceleraci贸n 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飩 驴Cu谩nto vale la aceleraci贸n e el intervalo A E? Incremento de velocidad de 0 m/s a 12 m/s, tiempo transcurrido 4 seg.
    • 38: Analizando: DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO vi = 0 a = vf – vi a = (12 – 0 ) m/s a = 3 m/s2 vf = 12 m/s t 4s t=4s a=?飩 驴Cu谩nto vale la aceleraci贸n 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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=?飩 Como podemos observar para cualquier intervalo del movimiento la aceleraci贸n es siempre 3 m/s 2 y por esto es un movimiento uniformente acelerado. En la f贸rmula de la aceleraci贸n intervienen cuatro variables, por lo tanto, hay cuatro tipos de problemas que nos pueden plantear: a).- qu茅 nos pidan la aceleraci贸n, lo cual ya qued贸 demostrado en los ejercicios anteriores. b).- qu茅 nos pidan la velocidad inicial: 鈥昒n auto mantiene durante 5 segundos una aceleraci贸n de 3 m/s2 si al cabo de este tiempo alcanza una velocidad de 40 m/s 驴cu谩l ser谩 la velocidad inicial? DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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).- qu茅 nos pidan velocidad final: 鈥昒n auto parte del reposo con una aceleraci贸n constante de 3 m/s2. 驴Cu谩l ser谩 su velocidad al transcurrir 6 segundos?鈥 DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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).- qu茅 nos pidan el tiempo: 鈥昒n avi贸n parte del reposo con una aceleraci贸n constante de 10 m/s2 驴en cu谩nto tiempo alcanzar谩 una velocidad de 80 m/s?鈥 DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 m贸vil parte con Si el m贸vil 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 N潞 14PROP脫SITO: desarrollar en el alumno la habilidad matem谩tica.Resuelve los siguientes problemas de movimiento uniformemente acelerado.NOTA: recordar que las cantidades se pueden sumar o restar algebraicamente s贸lo 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 驴cu谩l fue su aceleraci贸n?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- Un ciclista parte del reposo con una aceleraci贸n de 3 m/s2 驴qu茅 velocidad llevar谩 a los 10 seg?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 40:c).- Un motociclista parte del reposo con una aceleraci贸n constante de 5 m/s2 驴en cu谩nto tiempoalcanzar谩 una velocidad de 20 m/s?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd).- Un corredor parte del reposo y despu茅s de 8 segundos alcanza una velocidad de 32 m/s 驴cu谩l es suaceleraci贸n?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 aceleraci贸n en m/s2.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOf).- Un motociclista se desplaza hacia el Oeste de una poblaci贸n con una velocidad de 10m/s sincambiar de direcci贸n y aumenta su velocidad hasta 30 m/s en 2 segundos. Determina su aceleraci贸n enm/s y km/h.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOg).- 驴Cu谩l ser谩 la velocidad final de un m贸vil que tiene una velocidad inicial de 50 cm/s y experimentauna aceleraci贸n de 8 cm/s2 durante 5 segundos?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 41:h).- Un muchacho en una patineta baja por una pendiente, si parte del reposo y alcanza una aceleraci贸nde 2m/s2 en 6 segundos. 驴Cu谩l ser谩 su velocidad final?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOi).- Un ciclista arranca desde el reposo y mantiene una aceleraci贸n constante de 0.5 m/s2. Encontrar:* 驴En qu茅 tiempo recorrer谩 una distancia de 1.2 km?* 驴Qu茅 velocidad llevar谩 en ese tiempo?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOj).- Un autom贸vil que lleva una velocidad de 25 km/h aumenta su velocidad en 6 segundos. Si suaceleraci贸n es constante.* 驴Cu谩l ser谩 su aceleraci贸n?* 驴Qu茅 distancia recorri贸 en ese tiempo?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOk).- Un cami贸n que lleva una velocidad de 90 km/h al llegar a un sem谩foro aplica los frenos paradetenerse en 4 segundos. Encontrar:* Su aceleraci贸n* La distancia que recorri贸 para detenerse.* La velocidad que llevaba a los 3 segundos de aplicar los frenos.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 42: ACTIVIDAD N潞 15PROP脫SITO: que el alumno represente gr谩ficamente las variables del M.U.A. con ejemploscotidianos.Supongamos que realizas un viaje con tu familia en autom贸vil y decides observar y medir el cambiodel kilometraje del coche en su desplazamiento. Para ello, llevas contigo un cron贸metro. De est谩 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 escr铆belas 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 aceleraci贸n para cada tiempo y anota los datos en la siguiente tabla. aceleraci贸n 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 gr谩fica de la aceleraci贸n 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 m贸vil en cada intervalo._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ LAS APORTACIONES DE GALILEO: UNA FORMA DIFERENTE DE PENSAR Galileo Galilei, astr贸nomo, matem谩tico y f铆sico,AL GRAVEDAD al mundo un nuevo m茅todo ACELERACI脫N DEBIDA italiano, present贸cient铆fico m谩s digno de confianza 鈥旹l m茅todo Experimental鈥, con el que naci贸 una nueva era en laciencia. En ese tiempo el fil贸sofo griego Arist贸teles pensaba que los cuerpos pesados ca铆an m谩s aprisaque los ligeros. Galileo encontr贸 que esa teor铆a estaba equivocada. Se cuenta que en una ocasi贸n, que Galileo atrajo a una gran cantidad de gente a la torre inclinadade Pisa, donde 茅l hab铆a subido por la escalera de caracol hasta el campanario en la parte superior;desde ah铆 dej贸 caer dos cuerpos, uno grande y el otro peque帽o. Los cuerpos descendieron uno al lado del otro, golpeando juntos el suelo. Galileo comprob贸 quetodos los cuerpos grandes y peque帽os, en ausencia de fricci贸n del aire, caen a la tierra con la mismaaceleraci贸n. Los experimentos realizados en diferentes puntos de la tierra demuestran que la aceleraci贸ndebida a la gravedad no es la misma en todas partes, sino que hay peque帽as variaciones, pero son tanpeque帽as que no tienen ninguna consecuencia. El comit茅 internacional de pesas y medidas ha aceptado como patr贸n el valor de 9.80665 m/s2 贸32.174 pies/s2 Para fines pr谩cticos, utilizamos los siguientes valores de la aceleraci贸n de la gravedad: g = 9.81 m/s2 g = 981 cm/s2 g = 32 pies/s2
    • 44: Las ecuaciones matem谩ticas de ca铆da libre son las mismas del movimiento acelerado,sustituyendo 鈥渁鈥 por 鈥済鈥 y 鈥渄鈥 por 鈥渉鈥 Ecuaciones de ca铆da libre Ecuaciones de ca铆da 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 = 鈭 2 g . h h = vi . t + g . t2 h = g . t2 2 2 ACTIVIDAD N潞 16PROP脫SITO: qu茅 el alumno desarrolle habilidades para resolver problemas matem谩ticos.Resuelve los siguientes problemas de movimiento uniformente acelerado en ca铆da libre.a).- Si un cuerpo se deja caer libremente 驴cu谩l ser谩 su velocidad a los 3 segundos?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- Una piedra cae desde un puente 8 m encima del agua* 驴Cu谩nto tiempo est谩 la piedra en el aire?* 驴A que velocidad llega al agua?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 45:c).- Un costal de arena se deja caer desde un globo aerost谩tico, choca contra el suelo con una velocidadde 180 km/h. Calcular:* 驴A que altura estaba el globo?* 驴Cu谩nto tiempo tard贸 el saco en caer?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd).- A un trabajador que se encuentra sobre un edificio elevado se le caen unas pinzas. Si las pinzascaen al suelo en 6 seg.驴Desde qu茅 altura cayeron las pinzas?驴Con qu茅 velocidad chocan las pinzas con el suelo?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 46:f).- Se deja caer una piedra desde una ventana de un edificio que se encuentra a 16 m con respecto alsuelo. Calcular:* 驴Qu茅 tiempo tardar谩 en caer al suelo?* 驴Con que velocidad llega al suelo?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADODATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 47: ACTIVIDAD N掳 17Con los siguientes conceptos forma un mapa conceptual.Variable, Rectil铆nea, Trayectoria, Movimiento, Tiempo, Factores, Rapidez, Distancia, Curvil铆nea,Movimientos Uniformes, d/t, Constante, MOVIMIENTO FACTORES DISTANCIA TIEMPO TRAYECTORIA d/t RECTIL脥NEA CURVIL脥NEA 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 o铆r de manera directa, pero lo percibimos como un cambio debido a la interacci贸n de las partes involucradas. La fuerza. La F铆sica que es una ciencia dedicada al estudio de los fen贸menos que se presentan en la naturaleza y se encarga de proponer modelos generales que intentan describir a los fen贸menos, nos permitir谩 dar la respuesta a los cambios en la naturaleza. La idea que tenemos de fuerza proviene, inicialmente, de nuestra experiencia diaria; as铆, sabemos que necesitamos de una fuerza para jalar o empujar un objeto, tambi茅n sabemos que algunas fuerzas se aplican mediante algunas herramientas. Sin embargo, en F铆sica es indispensable contar con una definici贸n m谩s precisa de fuerza. Para ello, vemos los efectos que tiene la aplicaci贸n de una fuerza. Al jugar futbol o voleibol, se aplica una fuerza al golpear el bal贸n para ponerlo en movimiento. Otras fuerzas se requieren para detenerlo o para que su movimiento cambie de direcci贸n 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 depender谩 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, as铆 como de presionar o producir deformaciones en ese cuerpo. Arist贸teles consideraba que la fuerza es la causa del movimiento, es decir, 煤nicamente mientras aplique fuerza se consigue movimiento. Esta idea aristot茅lica es err贸nea. 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 mec谩nica es la parte de la f铆sica que estudia el movimiento y se divide en dos ramas: la cinem谩tica que estudia el desplazamiento, la velocidad, la aceleraci贸n y el tiempo recorrido, es decir, analiza el movimiento sin importar las causas que lo producen; y la din谩mica que estudia las causas de reposo o movimiento de los cuerpos. RECUERDA QUE鈥︼仴 Siempre que interviene una fuerza, existe una interacci贸n entre dos cuerpos. existen fuerzas de contacto y fuerzas de acci贸n a distancia. ACTIVIDAD N掳 18 Con la finalidad de que puedas explicar qu茅 son las fuerzas; c贸mo se produce la fricci贸n y cuales son sus ventajas y desventajas, te invito a realizar la siguiente: INVESTIGACI脫N BIBLIOGR脕FICA. 1.- Consulta en tu libro de texto, en alguna enciclopedia o internet y contesta lo siguiente. a).- 驴Qu茅 es una fuerza?_______________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ b).- 驴Qu茅 es una fuerza de contacto?_____________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ c).- 驴Cu谩ndo act煤a una fuerza a distancia?________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
    • 50:d).- Cuando pateas una pelota explica si la fuerza es de contacto o a distancia y por qu茅:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- Explica si la fuerza es de contacto o a distancia cuando la Tierra ejerce una fuerza de atracci贸ngravitacional sobre las manzanas que se encuentran en las ramas de un 谩rbol y por qu茅:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ UNA EXPLICACION DEL CAMBIO: LA IDEA DE FUERZA Recuerda que las cantidades f铆sicas que s贸lo presentan una magnitud las llamamos cantidadesescalares o simplemente escalares, mientras que las cantidades f铆sicas que se determinan por medio demagnitud, direcci贸n y sentido las llamamos cantidades vectoriales o vectores. Las magnitudes f铆sicas se clasifican en dos grupos: VECTORES Y ESCALARES1.- MAGNITUDES VECTORIALES: Son aquellas que constan de cuatro elementos, m贸dulo, direcci贸n,sentido y punto de aplicaci贸n.* M贸dulo.- es la medida de la magnitud. (Es la intensidad o longitud del vector de acuerdo con unaescala convencional)* Direcci贸n.- est谩 determinada convencionalmente por el 谩ngulo de inclinaci贸n. (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 aplicaci贸n.- Es el punto donde la magnitud se aplica a un cuerpo. (Es el punto de origendel vector)
    • 51: Estas magnitudes se representan gr谩ficamente por una flecha llamada vector.Vector: es un segmento de recta con una punta de flecha que indica el sentidoEjemplo de algunas magnitudes f铆sicas que son vectoriales son: la velocidad, la fuerza, la aceleraci贸n,etc.Observa c贸mo se representa gr谩ficamente una magnitud vectorial.a).- Representar 30 km/h 飩 30掳 se elige primero una escala 10 km/h = 1 cmEnseguida se mide el 谩ngulo en un plano cartesiano y se marca tantas veces como sea necesario paracompletar el valor dado: N (+) los 谩ngulos 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 gr谩ficamente con un vector.Ejemplos de magnitudes escalares son: la longitud, la masa, el tiempo, la temperatura, etc. ACTIVIDAD N潞 19Representa gr谩ficamente las magnitudes dadas en cada inciso elige una escala adecuada.a).- 50 km/h 45掳 b).- 250 km/h 90掳c).- 1200 m/s 160掳 d).- 800 m/s 230掳
    • 52: e).- 570 km/s 270掳 f).- 320 pies/s 345掳 RESULTANTE DE UN SISTEMA VECTORIAL, METODOS GR脕FICOS Cuando dos o m谩s vectores tienen el mismo punto de aplicaci贸n se forma un SISTEMA VECTORIAL. Los sistemas vectoriales pueden ser de tres tipos: col铆neales, paralelos y concurrentes o angulares Sistema col铆neal de igual sentido Sistema col铆neal de sentido contrario Sistema paralelo de sentido contrario Sistema paralelo de igual Sistema paralelo de igual sentidosentido Sistema concurrente o angular
    • 53:Col铆neales.- los vectores tiene la misma l铆nea de acci贸n.Paralelos.- los vectores tienen l铆neas de acci贸n paralelasConcurrentes.- las l铆neas de acci贸n de los vectores forman 谩ngulos diferentes de 0掳 贸 180掳.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 s贸lo efecto provocado portodo el sistema, llamado RESULTANTE.M脡TODO GR脕FICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA COL脥NEAL 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. 驴cu谩l es la velocidad resultante? Escala 1cm = 1 km/ha) la barca se mueve hacia el este a 5 km/hb) la corriente tambi茅n 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 fuerzasM脡TODO GR脕FICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA COL脥NEAL SE SENTIDO CONTRARIO.Ejemplo: El profesor de educaci贸n f铆sica pone a competir, a dos grupos de j贸venes a ver quien tiene mayorfuerza sobre una cuerda. El primer grupo lo componen 5 ni帽os aplicando una fuerza de 50 kgf al Estey el segundo 3 ni帽os aplicando una fuerza de 30 kgf al Oeste 驴Cu谩l 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) 20kgfM脡TODO GR脕FICO: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 aplicaci贸n 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 l铆nea del mayor pero en sentido contrario.* Trazamos la diagonal que une los extremos de las longitudes trasportadas y el punto donde cruza con la l铆nea que une los puntos deaplicaci贸n de los vectores, ah铆 es el punto de aplicaci贸n de la resultante.* El valor de la resultante es la suma de los vectores, con el mismo sentido y direcci贸n. VR V1 V2
    • 54:M脡TODO GR脕FICO: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 aplicaci贸n de la resultante se deben de tomarlos siguientes puntos.* Transportamos la longitud del vector mayor sobre la l铆nea del menor.* Transportamos la longitud del vector menor sobre la l铆nea de acci贸n del mayor, pero en sentido contrario.* Trazamos una l铆nea que una los extremos de las longitudes transportadas y el punto de aplicaci贸n de la resultante ser谩 donde interceptea la prolongaci贸n de la recta que pasa por los puntos de aplicaci贸n de los vectores originales.* El valor de la resultante es la diferencia de los vectores y tendr谩 el mismo sentido y direcci贸n del vector mayor. V2 VR V1M脡TODO GR脕FICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.A).- M茅todo del tri谩ngulo. Se utiliza para sumar como m谩ximo 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 ser谩 medida de acuerdo con la escala utilizada.Ejemplo: 驴Cu谩l ser谩 la magnitud y direcci贸n del vector resultante de dos fuerzas cuya magnitud y direcci贸n es:5 N a 0掳 y 4 N a 90掳?a).- Se trazan los ejes cartesianos 鈥晉鈥 y 鈥晊鈥朾).- Se selecciona una escala 贸 se toma en cuenta la escala dada, 1 N = 1 cmc).- Se traza el primer vector a 0掳 y con una magnitud de 5 N = 5 cmd).- En el punto donde termina el primer vector, ah铆 se traza el segundo vector a 90掳 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 谩ngulo del vector resultante para obtener la direcci贸n y sentido. VR V2 V1
    • 55:M脡TODO GR脕FICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.A).- M茅todo del paralelogramo. Este m茅todo se utiliza cuando se quiere encontrar la resultante de dos fuerzas que forman un 谩ngulo.Ejemplo: Encontrar el vector resultante de dos fuerzas A y B que forman un 谩ngulo 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 l铆nea desde el punto de origen al punto donde concurren las fuerzas paralelas, siendo esta l铆neael vector resultante.d).- Se mide el vector resultante en base a la escala dada o seleccionada y se mide el 谩ngulo, con respecto al ejehorizontal positivo. V1 VR V2M脡TODO GR脕FICO:RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.A).- M茅todo del pol铆gono. Este m茅todo gr谩fico se utiliza para obtener el vector resultante cuando 3 贸 m谩s fuerzas act煤an sobre uncuerpo. Se trazan todos los vectores del sistema uno a continuaci贸n del otro. (Como en el m茅todo del tri谩ngulo) La resultante es el vector que une el origen con el fin del 煤ltimo vector. Se mide la longitud y se compara con la escala para determinar la magnitud. Se mide el 谩ngulo con respecto al eje horizontal positivo del 煤ltimo vector.Ejemplo: Calcular la resultante del sistema V1 = 40 kgf 0掳, V2 = 30 kgf 45掳, V3 = 70kgf 180掳 Escala 1 cm = 10kgf VR V3 V2 V1
    • ACTIVIDAD N潞 20 56:PROP脫SITO: que el alumno comprenda la forma como se presenta gr谩ficamente 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, direcci贸n y sentido del vectorresultante. Con el m茅todo del tri谩ngulo. 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 direcci贸n y sentido. Con elm茅todo del paralelogramo. Escala 10 km/h = .5 cm3.- Un hombre camina 30 m al Sur y despu茅s 50 m al Este. Calcular su desplazamiento resultante, sudirecci贸n y sentido. Con el m茅todo del tri谩ngulo. Escala 10m = .5 cm4.- Encontrar la fuerza resultante de dos fuerzas de 60 kgf y 80 kgf que est谩n a un 谩ngulo de 100掳, porel m茅todo del paralelogramo. Escala = 10 kgf = .5 cm5.- Encontrar la fuerza resultante, por el m茅todo del pol铆gono, de 3 fuerzas. a).- 50 N a 0掳 b).- 60 N a60掳 y c).- 100 N a 120掳 Escala 10 N = .5 cm
    • 57:6.- Calcular la resultante, direcci贸n y sentido del Sistema V1 = 120 kgf a 0掳, V2 = 70 kgf a 180掳identifica que tipo de sistema es: Escala 20 kgf = 1 cm7.- Calcular la resultante del sistema donde V1 y V2 est谩n separados cierta distancia. V1 = 200 N a90掳 y V2 = 100 N a 90掳 . Escala 50 N = 1 cm8.- Calcular la resultante del sistema donde V1 y V2 est谩n separados cierta distancia. V1 = 70 dinas 90掳y V2 = 30 dinas 270掳. Escala 10 dinas = 1 cm9.- Calcular la resultante, direcci贸n y sentido del siguiente sistema por el m茅todo del tri谩ngulo.V1 = 40m a 35掳 y V2 = 30m a 130掳. Escala 10m = 1cm10.- Calcular la resultante del siguiente sistema, direcci贸n y sentido donde V1 = 30 N a 30掳, V2 = 50 Na 270掳 y V3 = 80 N a 180掳. Escala 10 N = 1 cm
    • 驴CU脕LES SON LAS REGLAS DEL CAMBIO DE MOVIMIENTO? 58: TRES IDEAS FUNDAMENTALES SOBRE LAS En t茅rminos generales, todos los movimientos est谩n sometidos a las mismas reglas universales. Sin una fuerza resultante que actu茅 para desequilibrar al sistema de fuerzas que interact煤an en FUERZASlos cuerpos no hay aceleraci贸n y por lo tanto, tampoco habr谩 variaci贸n de la velocidad. Las leyes de Newton, se consideran de validez universal, es decir, se aplican incluso fuera denuestro planeta. Seg煤n su origen y caracter铆sticas, las fuerzas pueden clasificarse en cuatro grupos:Fuerzas gravitacionales: son las que est谩n presentes en el Universo, permiten a los planetas mantenersus orbitas y son las responsables de hacer que las cosas caigan. Est谩n en funci贸n de la masa. A mayormasa, mayor ser谩 la fuerza de atracci贸n que el cuerpo pueda ejercer sobre otros.Fuerzas electromagn茅ticas: su origen se debe a las cargas el茅ctricas. A deferencia de lasgravitacionales que siempre son de atracci贸n, las electromagn茅ticas pueden ser de atracci贸n y derepulsi贸n.Fuerzas nucleares: divididas a su vez en nucleares d茅biles y nucleares fuertes, ocupan el tercer ycuarto grupo. La fuerza nuclear d茅bil interviene en ciertas reacciones nucleares como la reactividad,mientras que las fuerzas nucleares fuertes se encargan de mantener cohesionados los n煤cleos de los谩tomos (manteniendo unidas sus part铆culas). LA MEDICI脫N DE LA FUERZA El peso de los cuerpos es una magnitud vectorial, su direcci贸n siempre vertical y su sentidodescendente. El peso es una fuerza con direcci贸n y sentido hacia el centro de la tierra. Campo gravitacional La tierra tiene un campo gravitacional de atracci贸n que es m谩s intenso mientras m谩s se acerca asu centro y conforme se aleja es m谩s d茅bil, hasta llegar a un punto donde la atracci贸n es casi cero.Es por esto que un cuerpo pesa m谩s a nivel del mar que en lo alto de una monta帽a. El peso se define como el producto de la aceleraci贸n de la gravedad por la masa del cuerpo.Por tanto su ecuaci贸n matem谩tica o f贸rmula es: p = m . gp = peso del cuerpo gravitacionalm = masa del cuerpog = aceleraci贸n de la gravedad Por tanto, si un cuerpo se encuentra fuera de un campo gravitacional su peso es cero. De la f贸rmula 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 num茅ricamente igual que la masa.Como la masa es una magnitud escalar y el peso es una magnitud vectorial, se utiliza la siguientenotaci贸n para distinguirlos. 10 Kg. = significa kilogramos masa 10 kgf = significa kilogramos fuerza o peso RELACI脫N ENTRE FUERZA, PESO Y MASAEl peso y la masa son dos conceptos distintos.Un ejemplo de la diferencia entre masa y peso ser铆a:Un cuerpo en el espacio libre, sin que sobre 茅l ejerciera ninguna fuerza de atracci贸n gravitacional, elcuerpo tendr铆a masa, pero no tendr铆a peso. Es el caso de los astronautas al viajar al espacio, fuera delos l铆mites 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 茅l.Ejemplo: Si una persona pesa 80 N quiere decir que la tierra ejerce sobre ella una fuerza de atracci贸nde 80 N, siendo el peso una fuerza, es una cantidad vectorial, que tiene la direcci贸n hacia el centro dela tierra. La fuerza en funci贸n de su efecto, podemos definirla como:Fuerza: Agente externo capaz de modificar la forma f铆sica de un cuerpo o variar su movimiento. La masa s贸lo tiene magnitud, por lo que es una cantidad escalar. El peso y la fuerza ambas tienen direcci贸n 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 com煤nmente 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 aceleraci贸n 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 relaci贸n de equivalencia entre kilogramo fuerza y Newton: 1 kgf = 9.81 N Otra unidad para medir fuerza es la dina, la cual se define as铆:Una dina es la fuerza aplicada a una masa de un gramo que le comunica una aceleraci贸n de1 cm/s2 a = 1 cm/s2 F = 1 dina m=1gUna dina es una unidad de fuerza muy peque帽a y por lo tanto poco usual. Comparada con el Newtones cien mil veces m谩s peque帽a. 1 N = 100 000 dinas ACTIVIDAD N潞 21
    • ACTIVIDAD N潞 21 61:Prop贸sito: Qu茅 el alumno desarrolle su capacidad visual y mentalEncuentra en la sopa de letras los siguientes conceptos: fuerza, sentido, direcci贸n, magnitud,kilogramo fuerza, newton, dina, peso, gravedad, fricci贸n, masa. a c m x r h s w t m f p l d b p 帽 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 帽 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 帽 s e n t i d o w r t y g h q r 帽 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 porqu茅 del movimiento delos cuerpos, se obtuvieron algunas conclusiones como las del fil贸sofo griego Arist贸teles (384-322a.C.), quien de acuerdo con lo que pod铆a observar se帽alaba que un cuerpo s贸lo se puede mover demanera constante si existe una fuerza actuando sobre 茅l. Aun en nuestros d铆as, para muchas personasesta afirmaci贸n es correcta, pues observan que un cuerpo cualquiera como es un sill贸n, 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 despu茅s que Galileo Galilei (1564-1642), con base en sus experimentos,concluyo lo qu茅 ahora sabemos, y es que la mesa se detiene porque existe una fuerza de fricci贸n entrela mesa y el piso que se opone a su movimiento sin embargo, si la fuerza de fricci贸n dejara de existir,al tenerse una superficie totalmente lisa y sin la resistencia del aire (fuerza viscosa), al darle unempuj贸n a la mesa, 茅sta continuar铆a de manera indefinida en movimiento a la velocidad constante.Galileo enunci贸 su principio de la inercia en los siguientes t茅rminos: En ausencia de la acci贸n defuerzas, un cuerpo en reposo continuar铆a en reposo y uno en movimiento se mover谩 en l铆nea recta avelocidad constante. El f铆sico ingl茅s Isaac Newton (1643-1727) aprovech贸 los estudios previos realizados por Galileoy enunci贸 su primera ley de la Mec谩nica o ley de la Inercia en los siguientes t茅rminos.1ra ley (ley de la inercia) 鈥昑odo cuerpo tiende a permanecer en estado de reposo o movimientouniforme a menos que una fuerza externa modifique dicho estado鈥.2da ley (ley de la fuerza y la aceleraci贸n) 鈥昹a aceleraci贸n que recibe un cuerpo es directamenteproporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a su masa鈥. a = f / m despejando f = m. aUn concepto importante que se deriva de esta ley, es que no puede haber aceleraci贸n sin fuerza.3ra ley (ley de la acci贸n y la reacci贸n) 鈥旳 toda fuerza de acci贸n se opone una reacci贸nexactamente igual pero de sentido contrario鈥.La f贸rmula de la 2da ley nos permite realizar c谩lculos f铆sicos en problemas donde se requiere saber laaceleraci贸n que produce una fuerza determinada o la fuerza necesaria para obtener una ciertaaceleraci贸n en un cuerpo.Ejemplos: 驴Cu谩l es la fuerza que se requiere para generar en un cuerpo de 20 kg masa, una aceleraci贸nde 3 m/s2?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOm = 20 kg f=m.a f = (20 kg) (3 m/s2) f = 60 Na = 16 m/s2f =?
    • ACTIVIDAD N潞 22 63:PROP脫SITO: Verificar experimentalmente qu茅 efectos produce en un sistema acelerado elmantener constante la masa cuando cambia la fuerza, y qu茅 sucede cuando la masa es la que var铆a.Resuelve los siguientes problemas de aplicaci贸n de las leyes de Newton.a).- Un ciclista y su bicicleta tienen una masa de 65 kg. 驴Qu茅 fuerza requiere para lograr unaaceleraci贸n de 3 m/s2?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- La m谩quina de un auto genera una fuerza motriz de 3000 N 驴cu谩l ser谩 la aceleraci贸n, si la masadel auto es de una tonelada?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOc).- A un cuerpo de 48 kg de masa se le aplica una fuerza motriz de 600 N 驴cu谩l ser谩 la aceleraci贸n?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOe).- 驴Qu茅 fuerza debe aplicarse a un cuerpo de 3 kg masa para imprimirle una aceleraci贸n de 5.3 m/s 2?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOf).- Un carro que pesa 500 kg est谩 en reposo sobre una carretera horizontal. 驴Cu谩l ser谩 la fuerzarequerida para imprimirle una aceleraci贸n de 50m/s2?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 64:g).- Un bulto pesa 80 kg 驴cu谩l ser谩 la fuerza necesaria para comunicarle una aceleraci贸n de 2.5m/s2?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOh).- 驴Qu茅 fuerza constante dar谩 a una masa de 150g, una aceleraci贸n de 5cm/s2 despreciando lafricci贸n?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOi).- Si despreciamos la fricci贸n, que fuerza constante en Newton dar谩 a una masa de 6 kg unaaceleraci贸n de 2.5m/s2DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOj).- Una masa de 5kg recibe una aceleraci贸n constante de 25 m/s2. Calcular la fuerza requerida en dinasy en Newton.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOk).- Una masa de 10 kg est谩 bajo la acci贸n de una fuerza de 10 000 dinas. Encontrar su aceleraci贸n.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • DEL MOVIMIENTO DE LOS OBJETOS EN LA TIERRA AL MOVIMIENTO DE LOS PLANETAS 65: A medida que el hombre primitivo desarroll贸 NEWTON LA APORTACION DE su inteligencia, sinti贸 la necesidad de explicarseel porqu茅 de las cosas que suced铆an a su alrededor y encontrar respuestas a las siguientes interrogantes:驴Por qu茅 el d铆a y la noche? 驴Por qu茅 el fr铆o y el calor? 驴Por qu茅 llueve? 驴Qu茅 son los truenos? 驴Qu茅 esel viento? 驴Por qu茅 vuelan los p谩jaros? 驴Qu茅 es la luna? 驴Qu茅 es el sol? 驴Por qu茅 tiembla? 驴Qu茅 sonlos eclipses? 驴Qu茅 son las estrellas? Estas y otras cuestiones eran un verdadero misterio antes que laF铆sica contribuyera, gracias a su estudio, a dar respuestas a las mismas. Sin embargo, no todo est谩resuelto, pues aun en nuestros d铆as no se tiene absoluta certeza sobre: 驴Qu茅 es la luz? 驴Existe vida enotros planetas? 驴Qu茅 somos? 驴De donde provenimos? 驴Ad贸nde vamos? Pero confiamos que con losavances de la F铆sica y de la ciencia en general alg煤n d铆a el ser humano podr谩 respondersatisfactoriamente a estas y otras preguntas. Para comprender el desarrollo de la F铆sica es necesario mencionar brevemente algo de suhistoria: La F铆sica tiene sus or铆genes con los antiguos griegos, quienes trataron de explicarse el origen delUniverso y el movimiento de los planetas.500 a帽os antes de la era cristiana, mientras Leucipo yDem贸crito pensaban que todas las cosas que nos rodean, es decir, la materia, estaban constituidas porpeque帽as part铆culas, otros explicaban que la materia estaba constituida por cuatro elementos b谩sicos:tierra, aire, fuego y agua. Hacia el a帽o 300 a.C. Aristarco ya consideraba el movimiento de la Tierra alrededor del sol; sinembargo, durante cientos de a帽os predomin贸 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 a帽o 1500 de nuestra era se desarroll贸 un gran inter茅s por la ciencia. Galileo Galilei,cient铆fico Italiano, lleg贸 a comprobar que la tierra giraba alrededor del sol, tal como sosten铆aCop茅rnico, astr贸nomo polaco. Adem谩s, Galileo construy贸 su propio telescopio y demostr贸 que lasestrellas estaban a distancias fabulosas y debido a ello la mayor铆a resultaba invisible al ojo humano.Tambi茅n descubri贸 manchas en el sol, las cuales, al desplazarse lentamente, demostraron el giro de茅ste sobre su propio eje. Sin embargo, en Roma, la santa inquisici贸n oblig贸 a Galileo a retractarse deestas afirmaciones, pues chocaban completamente con las ideas religiosas contenidas en las sagradasescrituras. Galileo pas贸 sus 煤ltimos d铆as en el retiro y muri贸 en 1642, a帽o del nacimiento de IsaacNewton. Newton, cient铆fico ingl茅s, describi贸 el movimiento de los cuerpos por medio de su ley de laGravitaci贸n Universal. Explic贸 que la fuerza de atracci贸n llamada gravedad, existe entre dos cuerposcualesquiera, ocasiona la ca铆da de las cosas al suelo y su permanencia sobre 茅l, 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 consider贸 que todas las cosas estaban formadas porpeque帽as part铆culas llamadas 谩tomos, su idea fue aceptada por otro cient铆ficos constituy茅ndose laTeor铆a At贸mica; consideraron tambi茅n que los 谩tomos se combinaban para formar mol茅culas.Posteriormente en 1896, Becquerel descubri贸 el desprendimiento de part铆culas m谩s peque帽as en los谩tomos del elemento uranio, por lo cual pens贸 qu茅 el 谩tomo no era la part铆cula m谩s peque帽a, sino queestaba constituido por otras part铆culas.
    • 66: Esto motiv贸 la realizaci贸n de m谩s experimentos at贸micos como los de Thompson, Rutherford yBohr, quienes concluyeron en describir al 谩tomo como un peque帽o Sistema Solar; As铆 como losplanetas giran alrededor del sol, en el 谩tomo los electrones de carga negativa giran alrededor deln煤cleo, el cual est谩 compuesto de protones con carga positiva y de neutrones sin carga el茅ctrica. El descubrimiento de la radiactividad abri贸 un nuevo campo para la F铆sica: el estudio de laconstituci贸n del 谩tomo. Aparecieron las teor铆as: Cu谩ntica de Planck, de la Relatividad de Einstein y dela Mec谩nica Ondulatoria de De Broglie. Actualmente el descubrimiento de nuevas part铆culas de vidamedia muy corta ha originado la F铆sica Nuclear, cuyo objetivo es descubrir totalmente la constituci贸ndel n煤cleo at贸mico. ACTIVIDAD N潞 23 1.- Sobre la base de la lectura anterior de tu auxiliar did谩ctico, contesta correctamente lassiguientes preguntas y subraya con marca textos cada una de las respuestas.a).- 驴De donde proviene la palabra F铆sica? __________________________________________________________________________________________________________________________________b).- 驴Por qu茅 la F铆sica es una ciencia experimental? ________________________________________ _______________________________________________________________________________c).- 驴C贸mo trataron los antiguos griegos de explicarse el origen del universo y el movimiento de losplanetas?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- 驴En qu茅 consisti贸 la teor铆a egoc茅ntrica?_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- 驴En qu茅 consiste la teor铆a helioc茅ntrica? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- 驴Qu茅 descubrimiento realiz贸 Galileo Galilei con su telescopio, y qu茅 implicaciones tuvo con lareligi贸n cat贸lica el hecho de se帽alar que la tierra gira alrededor del sol?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 67:__________________________________________________________________________________g).- 驴En qu茅 consiste la ley de la Gravitaci贸n Universal de Isaac Newton?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- 驴En qu茅 consiste la Teor铆a At贸mica de John Dalton? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________i).- 驴Cu谩les fueron las principales aportaciones de: Becquerel, Thompson, Rutherford y Bohr?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- 驴Qu茅 aporto Albert Einstein a la F铆sica moderna? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- 驴Cu谩les son las part铆culas que constituyen al 谩tomo y como es su carga el茅ctricarespectivamente?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • LA F脥SICA DENTRO DEL CAMPO DE LA CIENCIAS NATURALES 68: El ser humano en su af谩n 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 m谩s elaborados de la actividad del ser humano, pues a trav茅s 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 end铆a disfrutemos de un mejor nivel de vida, gracias a los aciertos y fracasos que tuvieron. Pero lahistoria continua y en nuestro pa铆s y en el mundo entero, existen investigadores dedicados a lograr quela ciencia siga avanzando para descubrir los secretos que a煤n encierra el universo, as铆 como lograr unmayor bienestar del ser humano, al aplicar la ciencia a la tecnolog铆a para mejorar nuestra salud,alimentaci贸n, educaci贸n, transportaci贸n, comunicaci贸n, confort y esparcimiento. Vale la pena reflexionar acerca de los peligros que representa un mal uso de la tecnolog铆aaplicada, toda vez que por negligencia o premeditaci贸n, se pueden causar serios da帽os al ser humano ola naturaleza en general, por destrucci贸n de bosques, fauna o contaminaci贸n del aire, tierra y agua. Los cambios que se producen en la naturaleza son estudiados por las ciencias naturales como laF铆sica, la Qu铆mica, la Biolog铆a, la Astronom铆a, la Geograf铆a f铆sica, 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 frotaci贸n es la causa y la generaci贸n de calor es el efecto,esto lo estudia la F铆sica, ya que es un fen贸meno natural en el cual no hay ning煤n cambio en laconstituci贸n de la materia. La qu铆mica, por su parte, estudiar谩 los fen贸menos en los cuales si hay uncambio en la constituci贸n de la materia, tal es el caso de encender un cerrillo y este se transforma enotra sustancia diferente. La biolog铆a se ocupa de estudiar a los seres vivos y los cambios que seproducen en ellos y en su habitad, mientras que la geograf铆a f铆sica nos permite comprender lanaturaleza del medio que nos rodea, apoy谩ndose en estudiar la forma de la tierra y la medici贸n de susuperficie. La astronom铆a es una de las ciencias m谩s antiguas, se le considera la madre de la F铆sica,por que los griegos fueron los primeros en observar las estrellas y el movimiento de los astros. Lasmatem谩ticas juegan un papel muy importante en el estudio de la F铆sica ya que puede cuantificar losfen贸menos naturales, a trav茅s de la aritm茅tica, trigonometr铆a y 谩lgebra. Y dar una explicaci贸n l贸gicadel acontecimiento.
    • ACTIVIDAD N潞 24 69: CUESTIONARIO: Anota una V en el par茅ntesis de la izquierda si el enunciado es verdadero o una F si es falso.1. ( ) La ciencia es una de las actividades m谩s 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 pa铆s y en el mundo entero, existen investigadores dedicados a lograr que la ciencia siga avanzando para descubrir los secretos que a煤n encierra el Universo, as铆 como lograr mayor bienestar para la humanidad.4. ( ) La ciencia nunca es usada para causar da帽o 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 F铆sica, la Qu铆mica, la Biolog铆a y la Geograf铆a f铆sica, 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 civilizaci贸n cuyo c煤mulo de informaci贸n y conocimiento la ha ido conformando.8.- ( ) Existe un solo m茅todo cient铆fico y es el que utilizan los investigadores nacionales y extranjeros. MODELOS DEL UNIVERSO CON BASE EN LAS TEOR脥AS DE ARIST脫TELES, PTOLOMEO, COP脡RNICO, GALILEO, KEPLER Y NEWTON Encontrar la respuesta correcta y verdadera a una gran pregunta, suele llevarse mucho tiempo. Hay fen贸menos que para encontrar una explicaci贸n los cient铆ficos han trabajado por muchos a帽os, algunas explicaciones se han podido obtener despu茅s de siglos de investigaci贸n. Por ejemplo: El movimiento de los Astros. 驴C贸mo se mueven los planetas y las estrellas? DESARROLLO HIST脫RICO DE LA EXPLICACI脫N. 1.- Arist贸teles: (384-322 a.C.) Fil贸sofo griego, fue el primero en explicar el movimiento de los cuerpos, consider贸 que todos los cuerpos, en la tierra ten铆an un movimiento natural en forma vertical ascendente o descendente seg煤n la proporci贸n en que estuvieran compuestos de aire, tierra, fuego y agua. Para los cuerpos celestes consider贸 que estaban formados de una sustancia que se llam贸 茅ter, la cual imprim铆a a los cuerpos un movimiento natural en forma circular y por tal raz贸n, se pod铆a observar desde la Tierra, que los astros, incluyendo al sol, aparecen por el oriente y se ocultan en el poniente. Esta explicaci贸n supon铆a que la tierra era el centro del universo y que todos los astros giraban alrededor de ella sobre esferas perfectamente circulares con un centro com煤n, la tierra. Esta teor铆a se le conoce como la teor铆a geoc茅ntrica 2.- Claudio Ptolomeo:(90-168 d. C.) Astr贸nomo, matem谩tico y ge贸grafo griego. Modific贸 la explicaci贸n de Arist贸teles al decir que los astros se desplazaban con un movimiento basado en epiciclos y deferentes trayectorias circulares. Ptolomeo sigue considerando que la tierra est谩 fija en el centro del Universo. 3.- Nicol谩s Cop茅rnico: (1473-1543) Astr贸nomo 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 茅poca pues le faltaron argumentos y t茅cnicas para demostrar su hip贸tesis, adem谩s de que contradec铆a totalmente al sistema de Arist贸teles y Ptolomeo al considerar a la tierra como un simple planeta m谩s, movi茅ndose como los otros alrededor del sol. Estas circunstancias hicieron que nadie se interesara por la obra de Cop茅rnico y a煤n m谩s, que llegara a ser
    • 70:calificada como un atentado contra las sagradas escrituras. A esta teor铆a se le llama teor铆ahelioc茅ntrica4.- Galileo Galilei: (1564-1642) Astr贸nomo y f铆sico italiano, comprob贸 el sistema heliost谩tico deCop茅rnico al utilizar por primera vez un aparato para la observaci贸n astron贸mica (el telescopio).Corrobor贸 que la tierra se mueve y que el sol est谩 fijo. Descubri贸 las leyes de la ca铆da de los cuerposcomprobando experimentalmente que los cuerpos m谩s pesados no caen m谩s r谩pido, como afirmabaArist贸teles, sino que todos los cuerpos caen con la misma aceleraci贸n. La m谩s importante aportaci贸nde Galileo es la creaci贸n del M茅todo experimental5.- Johannes Kepler:(1571-1630) F铆sico y astr贸nomo Alem谩n. Corrige el sistema de Cop茅rnico alconsiderar que las 贸rbitas de los planetas no son circulares sino el铆pticas (forma de elipse). Sus grandesestudios le permitieron formular tres leyes sobre el movimiento de los planetas, las cuales actualmentesirven de base a la astronom铆a.1ra ley de Kepler: Todos los planetas se mueven alrededor del sol siguiendo 贸rbitas el铆pticas, en lascuales el sol ocupa uno de los focos.2da ley de Kepler: El radio vector que enlaza al sol con un planeta recorre 谩reas iguales en tiemposiguales.3ra ley de Kepler: Los cuadrados de los per铆odos de revoluci贸n sideral de los planetas (t2) sonproporcionales a los cubos de sus distancias medias al sol (d3)Con sus leyes, Kepler explic贸 con precisi贸n la cinem谩tica del sistema planetario sin llegar a laexplicaci贸n din谩mica del mismo, es decir, cu谩les son las causas que lo originan, su contribuci贸n a laastronom铆a es digna de elogio si se considera que sus observaciones las realiz贸 cuando todav铆a no seinventaba el telescopio.6.- Isaac Newton: (1642-1727) F铆sico, astr贸nomo y matem谩tico de origen Ingl茅s. Explica la raz贸n porla cual la luna se mantiene girando alrededor de la tierra y los planetas alrededor del sol sin salirse desu 贸rbita, esta explicaci贸n recibe el nombre de la ley de la gravitaci贸n universal. Se considera v谩lidano s贸lo para la ca铆da de los cuerpos en la tierra.Newton concibi贸 la idea de que el sol tambi茅n ejerce alg煤n tipo de fuerza de atracci贸n 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 descubri贸 fue la ley de la Gravitaci贸n Universal que dice:鈥旸os cuerpos cualesquiera se atraen uno a otro directamente proporcional al producto de sus masas einversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa鈥朙a ecuaci贸n matem谩tica es F = 伪 m1 m2 d2Incluyendo la constante de proporcionalidad, la ecuaci贸n se convierte en: F = G m1 m2 d2F = fuerzam = masad = distancia entre part铆culasG = constante de la gravitaci贸n universal
    • 71:P.R. Heyl y P Chizanowski, en el National Bureu of Standard de los Estados Unidos, obtuvieron en 1942 elvalor de 鈥旼鈥 actualmente aceptado. Si la fuerza se da en Newton, la masa en kilogramos y la distancia en metrosel valor de 鈥旼鈥 es: G = 6.673 X 10—11 m3 / km . s2 ACTIVIDAD N潞 25PROP脫SITO: Qu茅 el alumno reflexione y analice la ley de la gravitaci贸n universal por medio de laresoluci贸n de problemas.a).- Encontrar la fuerza de atracci贸n 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 separaci贸n entre sus centros es de 3.9 X 108 mDATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- Dos esferas de metal con una masa de 5 kg cada una, est谩n colocadas a una distancia de suscentros de 1.2 m. Calcular la fuerza de atracci贸n entre ellas.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOc).- Con que fuerza atraer谩 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd).- Determina la masa de la tierra, utilizando la ecuaci贸n de la gravitaci贸n 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 72: FORMAS DE ENERG脥A En nuestra vida diaria, con frecuencia hablamos de trabajo y energ铆a, e incluso losrelacionamos al se帽alar la importancia de una buena alimentaci贸n y un descanso apropiado, a fin demantener la energ铆a necesaria para realizar nuestro trabajo. Tambi茅n decimos que para poder realizarun trabajo como cargar objetos pesados, debemos utilizar parte de la energ铆a de nuestro cuerpo. Laenerg铆a siempre ha estado estrechamente ligada con las actividades cotidianas del ser humano, toda vezque el hombre primitivo realizaba sus tareas utilizando primero la energ铆a de su cuerpo.Posteriormente, aprendi贸 a domesticar animales y a utilizar su energ铆a y aprendi贸 a usar la del vientopara la propulsi贸n de sus barcos de vela; as铆 como aprovechar la energ铆a de las corrientes del agua alconstruir en los r铆os, molinos de grano. A medida que la humanidad fue avanzando en el estudio de laciencia y su aplicaci贸n en la tecnolog铆a, se fueron descubriendo nuevas fuentes de energ铆a y c贸mo sepueden transformar en otros tipos de ella, de tal manera que hoy en d铆a, nuestras actividades lasrealizamos con mayor facilidad, mejorando nuestra calidad de vida. Con objeto de que reflexionesacerca de la enorme importancia que representa la energ铆a en nuestra vida diaria. Identifica cuales delos siguientes tipos de energ铆a que se han descubierto hasta ahora, y que utilizas con frecuencia. Energ铆a Qu铆mica: Se produce por la combusti贸n de carb贸n, madera petr贸leo, gas natural,gasolina y otros combustibles. Es la que posee las sustancias en forma de enlaces qu铆micos entre sus谩tomos. Las principales sustancias poseedoras de energ铆a qu铆mica son los combustibles. Energ铆a El茅ctrica: Se produce cuando a trav茅s de un material conductor se logra unmovimiento o flujo de electrones. Los mejores conductores de la electricidad son los metales. Lacorriente el茅ctrica genera luz, calor y magnetismo. Energ铆a calor铆fica: Es la que poseen todos los cuerpos, como resultado del movimiento internode sus mol茅culas. Un indicador de la intensidad del movimiento molecular es la temperatura. Energ铆a luminosa: Es la producida por ondas electromagn茅ticas que se caracterizan por supropagaci贸n en el vaci贸 a una velocidad de 300 000 km/s, tal es el caso de las ondas de radio,televisi贸n, los rayos gamma, rayos X, ultravioleta, infrarrojos o luminosos.
    • 73: Energ铆a E贸lica: 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. Energ铆a Hidr谩ulica: Se aprovecha cuando la corriente de agua mueve a un molino o la ca铆dade agua de una presa mueve una turbina. Para producir energ铆a el茅ctrica. Energ铆a Sonora: Es la energ铆a de las ondas sonoras, las cuales se producen por la vibraci贸n delos cuerpos, por ejemplo: la vibraci贸n de las cuerdas de una guitarra, del escape de un auto, lavibraci贸n del aire al chocar contra un cuerpo o pasar por alg煤n orificio como en el caso de unatrompeta, etc. Energ铆a Nuclear o At贸mica: Es la originada por la energ铆a que mantiene unidas a laspart铆culas en el n煤cleo de los 谩tomos, misma que es liberada en forma de energ铆a calor铆fica y radiantecuando se produce una reacci贸n de fusi贸n. Energ铆a Magn茅tica: Es la que tiene los cuerpos magnetizados; se manifiesta en el espacio quecircunda a dicho cuerpo; este espacio se llama campo magn茅tico. Energ铆a Mec谩nica: 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 cin茅tica.a).- Potencial: Es la energ铆a que tiene un cuerpo respecto de un plano inferior y se calcula con lasiguiente f贸rmula: Ep = m . g . hEp = energ铆a potencialm = masa del cuerpog = aceleraci贸n de la gravedadh = altura respecto del planob).- Energ铆a Cin茅tica: Es la que tiene todo cuerpo en movimiento. Se calcula mediante la siguientef贸rmula: Ec = 陆 mv2Ec = energ铆a cin茅ticam = masa del cuerpov = velocidad del cuerpo La definici贸n m谩s general de energ铆a es la siguiente: 鈥淭odo lo que existe en el universo es energ铆a鈥 Pero para los fines de estudio de la f铆sica se ha dado una definici贸n m谩s espec铆fica: 鈥旹nerg铆a es todo aquello capaz de producir trabajo鈥 Como la energ铆a esta en constante cambio, la ley de la conservaci贸n de la energ铆a dice:鈥渓a energ铆a existente en el universo es una cantidad constante pues no se crea ni se destruye,煤nicamente se transforma鈥 En general la energ铆a se mide en unidades llamadas 鈥昷oule鈥 aunque existen algunas otrasunidades como el 鈥昬rgio鈥 y la 鈥昪alor铆a鈥.
    • ACTIVIDAD N潞 26 74:PROP脫SITO: Identificar las formas de energ铆a que presentan los sistemas f铆sicos y sustransformaciones.Contesta correctamente las siguientes cuestiones.a).- 驴Cu谩l es la definici贸n m谩s general de energ铆a?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- 驴Cu谩l es la definici贸n m谩s pr谩ctica de energ铆a, para el estudio de la f铆sica?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- 驴Qu茅 es la energ铆a calor铆fica?_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energ铆a calor铆fica:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energ铆a qu铆mica:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energ铆a mec谩nica:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energ铆a luminosa:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- Escribe el nombre de dos materiales que sean buenos conductores de la electricidad:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________i).- 驴Qu茅 dice la ley de la conservaci贸n de la energ铆a?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- 驴En qu茅 unidades se mide generalmente la energ铆a?________________________________________________________________________________________________________________________
    • 75:2.- Recorta y pega de la planilla (formas de energ铆a) en cada recuadro el esquema de un aparato querealice la conversi贸n de energ铆a que se indica. Energ铆a el茅ctrica a Energ铆a Qu铆mica a Energ铆a El茅ctrica a mec谩nica calor铆fica Sonora Energ铆a Mec谩nica a Energ铆a Qu铆mica a Energ铆a El茅ctrica a El茅ctrica El茅ctrica Luminosa TRABAJO MEC脕NICO En nuestra vida diaria es muy com煤n escuchar comentarios como los siguientes: me cost贸 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 dise帽ar estevestido; esa obra de arte lleva mucho trabajo manual. Otros dicen: para triunfar en la vida, ya sea comoobrero, empleado, t茅cnico o profesional, se requiere, ante todo, hacer las cosas bien mediante untrabajo constante. Un cargador de bultos de cemento se帽ala: estoy fatigado, fue un verdadero trabajosubir en dos horas todos los bultos al cami贸n. Pero entonces, 驴qu茅 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 diversi贸n, pasatiempo, objeto de estudio o tema de inter茅s. Para la f铆sica, el trabajo s贸lo tiene unainterpretaci贸n y es la siguiente. El trabajo es una magnitud escalar producida s贸lo cuando una fuerza mueve un cuerpo en sumisma direcci贸n. Su valor se calcula multiplicando el valor de la fuerza aplicada en la mismadirecci贸n en que se efect煤a el movimiento del cuerpo, por el desplazamiento realizado por 茅ste. Si lafuerza causante del movimiento del cuerpo se encuentra totalmente en la misma direcci贸n en la que seefect煤a el desplazamiento, el trabajo se calcula con la siguiente expresi贸n matem谩tica. T=f.dT = trabajo mec谩nico en N . m = Joules ( J )f = fuerza aplicada en la direcci贸n 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, 茅ste 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 贸100 gf, a una altura de un metro, habr谩s 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 fricci贸n 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).- 驴Cu谩nto trabajo realiza?b).- 驴Si mantiene la maleta a la misma altura y camina horizontalmente sobre el piso 3 m, realizatrabajo?Soluci贸n: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 ning煤n trabajo, pues 茅ste se produce s贸lo cuando un cuerpo se mueve en la mismadirecci贸n en que act煤a la fuerza. En este caso el peso de la maleta est谩 dirigido verticalmente haciaabajo, la fuerza para sostenerlo act煤a verticalmente hacia arriba y como el desplazamiento eshorizontal, no existe una fuerza en la direcci贸n del desplazamiento. Por tanto, si la persona quiererealizar m谩s trabajo, s贸lo lo har谩 desde el punto de vista de la f铆sica si levanta m谩s la maleta.Interesante 驴verdad?
    • ACTIVIDAD N潞 27 77:PROP脫SITO: Desarrollar en el alumno las habilidades del pensamiento y razonamientomatem谩tico.Resuelve los siguientes ejercicios:1.- Una persona levanta una silla, cuyo peso es de 50 N, hasta una altura de 0.75 m 驴Cu谩nto trabajoefect煤a?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- Determina el trabajo realizado al desplazar un bloque 3 m sobre una superficie horizontal, si sedesprecia la fricci贸n y la fuerza aplicada es de 25 N.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- 驴Cu谩l ser谩 el peso de un cuerpo si al levantarlo a una altura de 1.5 m se ejecuta un trabajo de88.2 J?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Una persona desplaza un objeto 10 m con una fuerza de 60 N en el sentido del desplazamiento驴cu谩nto trabajo realiz贸?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- Una persona levanta un cuerpo de 40 kgf hasta una altura de 6 m 驴Cu谩nto trabajo realiz贸?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO6.- Un cuerpo de 120 kgf cae libremente desde 10 m de altura 驴cu谩nto trabajo mec谩nico habr谩desarrollado en el instante de chocar con el piso?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 驴cu谩l el trabajo mec谩nico desarrolladopor el motor que mueve al elevador?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO8.- Un viajero levanta su maleta de 196 N hasta una altura de 0.5 m. Calcula:a).- 驴Cu谩nto trabajo realiza?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- Si se queda parado durante 2 minutos sosteniendo la maleta a la misma altura, 驴cu谩nto vale eltrabajo?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- Si camina horizontalmente 5 m sin variar la altura de la maleta, 驴a cu谩nto equivale eltrabajo?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 79: LA ENERG脥A CIN脡TICA Y POTENCIALLa energ铆a mec谩nica puede ser de dos tipos: cin茅tica y potencial.a).- Energ铆a Potencial: Es la energ铆a que tiene un cuerpo respecto de un plano inferior y se calculamediante la siguiente f贸rmula Ep = m . g . hEp = energ铆a potencialm = masa del cuerpog = aceleraci贸n de la gravedadh = altura respecto del planob).- Energ铆a Cin茅tica: Es la que tiene todo cuerpo en movimiento. Se calcula mediante la siguientef贸rmula: Ec = 陆 mv2Ec = energ铆a cin茅ticam = masa del cuerpov = velocidad del cuerpo ACTIVIDAD N潞 28PROP脫SITO: Qu茅 el alumno resuelva ejercicios de aplicaci贸n relativos al movimiento haciendouso de las relaciones de transformaci贸n de energ铆a. Resuelve los siguientes problemas.a).- Un cuerpo de 35 kg masa se mueve con una velocidad de 20 m/s2 驴Cu谩l es su energ铆a cin茅tica?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- 驴Cu谩l es la energ铆a potencial de un cuerpo de 20 kg masa que se encuentra a 15m de alturarespecto del piso?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOc).- 驴Cu谩l ser谩 la energ铆a cin茅tica de un cuerpo de 50 kg masa en el instante en que su velocidad sea de18 m/s?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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. 驴Cu谩l es su energ铆a potencial respecto a la planta baja?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOe).- Un cuerpo de 30 kg masa es lanzado verticalmente y alcanza una altura m谩xima de 25m. 驴Cu谩lser谩 su energ铆a potencial en el instante de iniciar el descenso? Y 驴cu谩l ser谩 la energ铆a cin茅tica con laque fue lanzado?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOf).- Determine la energ铆a cin茅tica expresada en Joules que tendr谩 un autom贸vil cuya velocidad es de 80km/h y su masa es de 900 kg (recuerda transformar la velocidad de km/h a m/s).DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOg).- 驴Cu谩l es el valor de la masa de una patinadora cuya energ铆a cin茅tica es de 1920 J, cu谩ndo suvelocidad es de 8m/s?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 81: LA POTENCIA F铆sicamente 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 mec谩nicot = tiempo De la f贸rmula podemos deducir que las unidades de potencia ser谩n 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: kilogr谩metro = kgm segundo segEn las m谩quinas de combusti贸n y motores el茅ctricos suele utilizarse como unidad de potencia el 鈥昲orsepower鈥 o caballo de fuerza (Hp), cuya equivalencia en kilogr谩metros 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 escoc茅s, James Watt, inventor de la actual m谩quina de vapor, a la cual modifico yperfecciono. ACTIVIDAD N潞 29Prop贸sito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del pensamiento; adem谩s, que identifiquen laaplicaci贸n de los conocimientos adquiridos a problemas cotidianos.Resuelve los siguientes ejercicios.a).- 驴Cu谩l es la potencia de un auto para realizar un trabajo de 20 000 Joules que tarda 20 segundos?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- 驴En cu谩nto tiempo realizar谩 un trabajo de 300 kgf un motor de 鈥晆n caballo鈥 1 Hp?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 82:c).- 驴Cu谩nto trabajo habr谩 realizado un motor de 2 鈥昪aballos de fuerza鈥 en dos minutos defuncionamiento?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd).- Un motor realiza un trabajo de 30 000 Joules en 5 minutos 驴cu谩l es la potencia desarrollada?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOe).- 驴En cu谩nto tiempo consumir谩 100 000 Joules un foco de 100 watts?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOf).- 驴Cu谩nto trabajo es capaz de realizar un motor de 陆 鈥昪aballo de fuerza鈥 en 3 minutos defuncionamiento?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOg).- 驴Qu茅 potencia se requiere para subir un cuerpo de 60 kgf hasta una altura de 10m en 5 segundos?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • LAS INTERACCIONES EL脡CTRICAS Y MAGN脡TICAS 83: La palabra electricidad proviene del vocablo griego elektron, que significa 谩mbar. El 谩mbar es una resina f贸sil transparente de color amarillo producida en tiempos muy remotospor arboles que actualmente son carb贸n f贸sil. Los primeros fen贸menos el茅ctricos fueron descritos por el matem谩tico griego Tales de Mileto,quien vivi贸 aproximadamente en el a帽o 600 a.n. el se帽alaba que al frotar el 谩mbar con una piel de gatopod铆a atraer algunos cuerpos ligeros como part铆culas de polvo, cabello o paja. El f铆sico alem谩n Otto de Guerike 1602-1685, construyo la primera m谩quina el茅ctrica, cuyoprincipio de funcionamiento se basaba en el frotamiento de una bola de azufre que al girarla produc铆achispas el茅ctricas. El holand茅s Pieter Van Musschenbroek 1692-1761, descubri贸 la condensaci贸n el茅ctrica alutilizar la llamada botella de Leyden. El estadounidense Benjam铆n Franklin 1706-1790, propuso aplicar las propiedades de unconductor con cargas negativas en punta, los electrones se acumulaban en est谩 regi贸n y por repulsi贸nabandonaban dicho extremo. Estas propiedades antes descritas las utilizaba en la protecci贸n deedificios mediante la construcci贸n del pararrayos. El cient铆fico franc茅s Charles Coulomb 1736-1806, estudio las leyes de atracci贸n y repulsi贸nel茅ctricas. En 1777 invento la balanza de torsi贸n para medir la fuerza de atracci贸n o repulsi贸n pormedio del retorcimiento de una fibra fina y r铆gida a la vez. El f铆sico italiano Alessandro Volta 1745-1827, en 1775 invento el electr贸foro, est茅 dispositivogeneraba y almacenaba electricidad est谩tica. En 1800 explico por qu茅 se produce electricidad cuandodos cuerpos met谩licos diferentes se ponen en contacto con un l铆quido que serv铆a de conductor. Aplicosu descubriendo en la elaboraci贸n de la primer pila el茅ctrica del mundo. El f铆sico y qu铆mico ingl茅s Michael Faraday 1791-1869, descubri贸 como pod铆a emplearse unim谩n para generar una corriente el茅ctrica en una espiral de hierro. A partir del descubrimiento de lainducci贸n electromagn茅tica, Faraday logro inventar el generador el茅ctrico. El f铆sico alem谩n George Ohm 1789-1804, descubri贸 la resistencia el茅ctrica de un conductor yen 1827 estableci贸 la ley fundamental de las corrientes el茅ctricas. El f铆sico ingl茅s James Joule 1818-1889, estudio los fen贸menos producidos por las corrientesel茅ctricas y el calor desprendido en los circuitos el茅ctricos. Encontr贸 que el calor originado por unacorriente el茅ctrica al circular a trav茅s de un conductor es directamente proporcional ala resistencia, alcuadrado de la intensidad de la corriente y al tiempo que est谩 dure en pasar. El estadounidense Joseph Henry 1797-1878, constructor del primer electroim谩n. El ruso Heinrich Lenz 1804-1865, quien enuncio la ley relativa del sentido de la corrienteinducida. El escoc茅s James Maxwell 1831-1879, propuso la teor铆a electromagn茅tica de la luz y lasecuaciones generales del campo electromagn茅tico.
    • 84: El yugoslavo Nikola Tesla 1856-1943, inventor del motor asincr贸nico y estudioso de las corrientes polif谩sicas. El ingl茅s Joseph Thomson 1856-1940, investigo la estructura de la materia y de los electrones. En los 煤ltimos 100 a帽os el estudio de la electricidad ha evolucionado intensamente por que se ha encontrado sus ventajas sobre otras clases de energ铆a, se puede transportar con facilidad, de manera sencilla y a grandes distancias a trav茅s de l铆neas a茅reas no contaminantes. 驴C脫MO POR ACTO DE MAGIA? LOS EFECTOS DE LAS CARGAS EL脡CTRICAS. La materia, al igual que la antimateria, la radiaci贸n y otras formas de energ铆a conforman el Universo. Todo en el universo es materia, es decir, cualquier clase de cuerpo, se compone de 谩tomos y 茅stos de part铆culas elementales como los electrones, protones y neutrones. Los electrones y protones tienen una propiedad llamada carga el茅ctrica. Los neutrones son el茅ctricamente neutros por que carecen de carga. Los electrones poseen una carga negativa, mientras que los protones la tienen positiva. El 谩tomo esta constituido por un n煤cleo, en 茅l se encuentran los protones y neutrones, y a su alrededor giran los electrones. Un 谩tomo normal es neutro, ya que tiene el mismo n煤mero de protones o cargas positivas y de electrones o cargas negativas. Sin embargo, aun 谩tomo puede ganar electrones y quedar con carga negativa, o bien perderlos y adquiere carga positiva. La masa del prot贸n es casi dos mil veces mayor a la del electr贸n pero la magnitud de sus cargas el茅ctricas es la misma. Por tanto la carga de un electr贸n neutraliza la de un prot贸n. 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. B谩sicamente son tres las formas para lograr que la transferencia de carga se d茅, y los objetos queden cargados el茅ctricamente:飩 Carga por contacto: Este fen贸meno de electrizaci贸n 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, atraer谩 parte de los electrones de dicho cuerpo.飩 Carga por frotamiento: los cuerpos electrizados por frotamiento producen peque帽as chispas el茅ctricas, como sucede cuando despu茅s de caminar por una alfombra se toca un objeto met谩lico o a otra persona, o bien, al quitarse el su茅ter o un traje de lana. Si el cuarto es oscuro las chispas se ver谩n a dem谩s de o铆rse. estos fen贸menos se presentan en climas secos o cuando el aire est谩 seco, ya que las cargas electrost谩ticas se escapan si el aire est谩 h煤medo.飩 Carga por inducci贸n: Esta forma de electrizaci贸n se presenta cuando un cuerpo se carga el茅ctricamente al acercarse a otro ya electrizado. En una barra de pl谩stico 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 m谩s alejado del 谩tomo. As铆 pues, la capa superior del papel m谩spr贸xima a la barra cargada, tiene el lado positivo de los 谩tomos, mientras la superficie m谩s alejadatiene el lado negativo.Los materiales conductores de electricidad son aquellos que se electrizan en toda su superficieaunque s贸lo se froten un punto de la misma. En cambio, los materiales aislantes o malos conductoresde electricidad, tambi茅n llamados diel茅ctricos, s贸lo 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 lospl谩sticos, la porcelana, la seda, la mica, y el papel.Como conductores tenemos a los metales, soluciones de 谩cido, base y sales disueltas en agua, as铆como 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 carb贸n, germanio, y silicio contaminados con otros elementos ylos gases h煤medos. ACTIVIDAD N潞 30 Con la finalidad de que interpretes correctamente a qu茅 se debe la conductibilidad de losmateriales, realiza la siguiente: INVESTIGACI脫N BIBLIOGR脕FICA. 1.- Re煤nete con tus compa帽eros de equipo y consulten en su libro de texto, en algunaenciclopedia o internet y respondan lo siguiente:a).- 驴C贸mo est谩 constituida la materia?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Describe las caracter铆sticas principales de las siguientes part铆culas elementales: 飩 Prot贸n:___________________________________________________________________________________ 飩 Electr贸n:___________________________________________________________________________________ 飩 Neutr贸n:___________________________________________________________________________________c).- 驴Qu茅 se entiende por carga el茅ctrica? ________________________________________________
    • 86:d).- 驴porqu茅 algunos materiales son buenos conductores de la electricidad? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- 驴Por qu茅 algunos materiales son malos conductores de la electricidad o aislantes?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- Escribe cinco ejemplos de materiales que sean malos conductores de la electricidad_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- 驴Qu茅 es un semiconductor y para qu茅 se utiliza? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- En la siguiente figura se muestra un circuito el茅ctrico simple con el cual se puede detectar si unasustancia l铆quida conduce la electricidad. Explica c贸mo se hace dichaobservaci贸n:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________i).- 驴Qu茅 es un electrolito? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- 驴Qu茅 es la electr贸lisis? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- 驴Qu茅 aplicaciones pr谩cticas tiene la electr贸lisis? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 87: INTERACCI脫N ENTRE CARGAS EL脡CTRICAS. LA FUERZA EL脡CTRICA 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 cargael茅ctrica es el electr贸n, pero como es una unidad muy peque帽a se utiliza unidades pr谩cticas deacuerdo con el sistema de unidades empleado. En el sistema internacional (SI) se utiliza el Coulomb ( C ) y en el sistema CGS, la unidadelectrost谩tica 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 electr贸n = 鈥1.6 X 10鈥19 C1 prot贸n = 1.6 X 10鈥19 CPor tanto, si un cuerpo tuviera una carga negativa de un Coulomb, significar铆a 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 el茅ctrica muy grande, por lo cual es com煤n utilizar subm煤ltiplos,como: el milicoulomb (mC = 1 X 10鈥3 C) el microcoulomb (碌C = 1 X 10鈥6 C) el nanocoulomb(nC = 1 X 10鈥9 C).LEY DE COULOMB. El cient铆fico franc茅s Charles Coulomb estudio las leyes que rigen la atracci贸n y repulsi贸n de doscargas el茅ctricas puntuales en reposo. Los experimentos muestran que la fuerza el茅ctrica tienen lassiguientes propiedades. a) La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separaci贸n (d) entre dospart铆culas, medida a lo largo de la l铆nea recta que las une. b) La fuerza es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 de las part铆culas. c) La fuerza es de atracci贸n si las cargas son de signo opuesto y de repulsi贸n si las cargas son delmismo signo.A partir de estas observaciones podemos expresar la fuerza el茅ctrica entre las dos cargas como la leyde Coulomb:
    • 88:鈥 La fuerza el茅ctrica de atracci贸n o repulsi贸n entre dos cargas es directamente proporcional alproducto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa鈥滿atem谩ticamente se expresa as铆Donde 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 el茅ctrica 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 F脫RMULAF =?q1 = 2 mC = 2X10鈥3 Cq2 = 4 mC = 4X10鈥4Cd2 = (30 cm)2 = (鈻3m)2 = (鈻09m)2 =9X10鈥2m2 SUSTITUCI脫NK = 9 X 109 Nm2/C2 F = ( 9 X 109 Nm2/C2) (2X10鈥3 C) (4X10鈥4C) 9X10鈥2m2 RESULTADO F = 8 x 105 N 贸 800000 N
    • ACTIVIDAD N潞 31 89:Prop贸sito: Que el alumno relacione las fuerzas de repulsi贸n y de atracci贸n de cargas el茅ctricas conlos tipos de cargas existentes. 1.- Determinar la fuerza el茅ctrica entre dos cargas cuyos valores son q1 = 鈥3 microcoulomb,q2 = 4 microcoulomb, al estar separadas en el vacio por una distancia de 50 cm. DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO 2.- En un 谩tomo de hidrogeno, un electr贸n gira alrededor de un prot贸n en una orbita de radio iguala 5.3 X 10鈥11m. 驴Con qu茅 fuerza el茅ctrica se atraen el prot贸n y el electr贸n? DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO 3.- Un cuerpo de 3碌C est谩 separado 0.5 m de otro de 鈥5碌C. 驴Cu谩l es la fuerza de atracci贸n entreellos? DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Determina la fuerza el茅ctrica en newton entre dos cargas cuyos valores son q1 = 3nC yq2 = 5nC, si est谩n separadas en el aire a una distancia de 0.15 m DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • LOS EFECTOS DE LOS IMANES 90: Hace m谩s de 2000 a帽os, los griegos descubrieron en Magnesia, regi贸n del Asia menor, piedrasde un mineral que tenia la propiedad de atraer peque帽os trozos de fierro. Este mineral es un 贸xidoferroso-f茅rrico (Fe3O4), se le llam贸 magnetita (nombre derivado de Magnesia), y magnetismo a supropiedad. El cuerpo que tiene la propiedad magn茅tica es un im谩n. El fierro es el material qu茅 m谩s sufre laacci贸n de los imanes, la cual es muy d茅bil en otros metales, como el n铆quel y el cobalto. La acci贸n de un im谩n se manifiesta s贸lo ante otros imanes o cuerpos que son de fierro y acero,como limaduras, alfileres, l谩minas, etc. La atracci贸n o repulsi贸n el茅ctrica se produce entre cualquiercuerpo electrizado, sin embargo, cuando se estudie electromagnetismo se comprobar谩 que elmagnetismo y la electricidad tienen efectos entre s铆 cuando hay movimiento. Los imanes naturales, son los que tienen en forma natural su magnetismo, como la magnetita. Los imanes artificiales, son los m谩s comunes, son piezas de fierro duro o de acero que adquierensu magnetismo mediante alg煤n procedimiento. Por ejemplo por frotamiento, consiste en pasarrepetidas veces un im谩n sobre la superficie de la pieza que se desea magnetizar o imantar, otroprocedimiento utilizado es el de hacer pasar instant谩neamente corriente el茅ctrica 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 n铆quel sonimanes de gran potencia y como duran por tiempo indefinido se llaman permanentes, por ejemplo, elalnico es un im谩n poderoso formado, fundamentalmente por aluminio, n铆quel, cobalto y fierro. Elfierro dulce se utiliza para hacer imanes temporales llamados as铆 porque pierden r谩pidamente sumagnetismo.
    • 91: El magnetismo de un im谩n 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 im谩n 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 im谩n son de distinta naturaleza, pues si se suspende un im谩n recto en posici贸nhorizontal con un hilo, se observa que uno de sus extremos quedar谩 apuntando al polo norte geogr谩ficoy el otro al polo sur y, aunque se le haga oscilar, el im谩n recuperar谩 la misma orientaci贸n. Se ha convenido en llamar polo norte o positivo de un im谩n al que queda orientado hacia el polonorte geogr谩fico y polo sur o negativo al que apunta hacia el sur geogr谩fico. Aunque aparentemente el magnetismo de un im谩n se concentra en sus polos, realmente se hallarepartido en toda su masa, pues si se parte un im谩n, en lugar de aislar sus dos polos en cada pedazo, seobtienen dos imanes con sus respectivos polos, y cada vez que se le divida suceder谩 lo mismo.
    • 92: Se llama campo magn茅tico al espacio que rodea a un im谩n y en el cual ejerce su acci贸n magn茅tica.El campo magn茅tico est谩 constituido por un conjunto de l铆neas de fuerza que van del polo norte al polosur del im谩n, siguiendo trayectorias bien definidas. MAGNETISMO TERRESTRE La direcci贸n fija que toma siempre un im谩n de barra, o de aguja imantada, suspendidohorizontalmente, se explica considerando que la tierra contiene un poderoso im谩n recto cuyos polos sehan localizado cerca de los polos geogr谩ficos. De acuerdo con la ley del magnetismo, el polo magn茅tico terrestre pr贸ximo al polo nortegeogr谩fico tiene polaridad sur; sin embargo, para fines pr谩cticos, se ha convenido en llamar tambi茅npolo norte y por la misma raz贸n polo sur al que est谩 junto al polo sur geogr谩fico. Debido a que los polos magn茅ticos de la tierra no coinciden con sus polos geogr谩ficos, una agujamagn茅tica o br煤jula no se帽ala exactamente el norte; para hacer la correcci贸n se toma en cuenta lallamada declinaci贸n magn茅tica, que es el 谩ngulo que forma la direcci贸n de una aguja magn茅tica con elmeridiano geogr谩fico del lugar considerado.
    • 93: La br煤jula es un im谩n muy peque帽o y ligero que se encuentra apoyado en tal forma que puedemoverse libremente dentro de una caja no magn茅tica con un cristal que la protege. En el fondo est谩nindicados los puntos cardinales con sus direcciones intermedias, donde quiera que se encuentre, suaguja magn茅tica quedar谩 fija cuando sus extremos se帽alen el polo norte y sur. ACTIVIDAD N掳 32 Con la finalidad de que interpretes correctamente qu茅 es el magnetismo, realiza la siguienteINVESTIGACI脫N BIBLIOGR脕FICA.1.- Re煤nete con tu equipo de trabajo y consulta en tu libro de texto, enciclopedia o internet yrespondan lo siguiente.a).- 驴Qu茅 es un im谩n? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- 驴Cu谩les son los antecedentes hist贸ricos del descubrimiento de la piedra im谩n o magnetita?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- 驴A qu茅 se le llama polo norte de un im谩n y a qu茅 se le llama polo sur?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- 驴Qu茅 sucede cuando el polo norte de un im谩n, se acerca al polo norte de otroim谩n?_____________________________________________________________________________e).- 驴Qu茅 sucede cuando el polo sur de un im谩n, se acerca al polo norte de otro im谩n?__________________________________________________________________________________f).- 驴C贸mo se puede obtener un im谩n temporal? ___________________________________________
    • 94:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- 驴Qu茅 son las l铆neas de fuerza magn茅tica? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- 驴Qu茅 es el campo magn茅tico de un im谩n? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________I).- 驴Por qu茅 nuestro globo terrestre se comporta como un enorme im谩n? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________j).- 驴Qu茅 se entiende por declinaci贸n magn茅tica? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________k).- Explica para qu茅 sirve una br煤jula. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________莽
    • 95:
    • LA DIVERSIDAD DE LOS OBJETOS 96: La materia y sus caracter铆sticasNuestro 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 caracter铆sticas 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: 飩 S贸lido, como la madera y el cobre; 飩 L铆quido, como el agua y el aceite; y 飩 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 l铆quida,cuando se enfr铆a se convierte en s贸lido y, si se le aplica calor, se transforma en gas.Estado s贸lido: un s贸lido es una sustancia formada por mol茅culas, que se encuentran muy unidas entre s铆 poruna fuerza llamada Fuerza de Cohesi贸n. Los s贸lidos son duros y dif铆ciles de comprimir, porque las mol茅culas,que est谩n muy unidas, no dejan espacio entre ellas.Estado l铆quido: un l铆quido es una sustancia formada por mol茅culas que est谩n en constante desplazamiento, yque se mueven unas sobre otras. Los l铆quidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que toman la delrecipiente que los contiene.Estado gaseoso: un gas es una sustancia formada por mol茅culas que se encuentran separadas entre s铆. Losgases no tienen forma propia, ya que las mol茅culas que los forman se desplazan en varias direcciones y a granvelocidad. Por esta raz贸n, ocupan grandes espacios.Gas: Sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria, que son el s贸lido, ell铆quido y el gaseoso. Los s贸lidos tienen una forma bien definida y son dif铆ciles de comprimir. Los l铆quidos fluyenlibremente y est谩n limitados por superficies que forman por s铆 solos. Los gases se expanden libremente hastallenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los l铆quidos y s贸lidosEstado natural: El agua es la 煤nica sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tresestados de la materia, o sea, s贸lido, l铆quido y gas. 飩 Como s贸lido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, as铆 como en las superficiesde agua en invierno; tambi茅n en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formadas por cristales dehielo. 飩 Existe en estado l铆quido en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de roc铆o en lavegetaci贸n. Adem谩s, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, r铆os,mares y oc茅anos. 飩 Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes. El vapor atmosf茅rico se mide ent茅rminos de humedad relativa, que es la relaci贸n de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperaturadada respecto a la m谩xima que puede contener a esa temperatura. El agua est谩 presente tambi茅n en la porci贸n superior del suelo, en donde se adhiere, por acci贸ncapilar, a las part铆culas del mismo. En este estado, se le denomina agua ligada y tiene unas caracter铆sticasdiferentes del agua libre. Por influencia de la gravedad, el agua se acumula en los intersticios de las rocasdebajo de la superficie terrestre formando dep贸sitos de agua subterr谩nea que abastecen a pozos ymanantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos durante los per铆odos de sequ铆a.
    • 97:Vapor de agua: Agua en estado gaseoso, que se emplea para generar energ铆a y en muchosprocesos industriales. Esto hace que las t茅cnicas de generaci贸n y uso del vapor de agua sean componentesimportantes de la ingenier铆a tecnol贸gica.La producci贸n de electricidad depende en gran medida de la generaci贸n de vapor, para lo que el calor puedeprovenir de la combusti贸n de carb贸n o gas, o de la fisi贸n nuclear de uranio. El vapor de agua tambi茅n se sigueusando mucho para la calefacci贸n de edificios, y sirve para propulsar a la mayor铆a de los barcos comerciales delmundo.Cambios de la materiaCambio F铆sico: es el cambio transitorio de las sustancias que no afecta a la naturaleza de la materia, aunquecambia su forma. Un cambio f铆sico se produce por la acci贸n 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: 飩 El paso del estado s贸lido a l铆quido recibe el nombre de fusi贸n, lo que sucede por aumento de calor. 飩 El paso de estado l铆quido a gaseoso se llama evaporaci贸n, lo que sucede por aumento de calor. 飩 El paso del estado gaseoso a l铆quido se llama condensaci贸n, lo que sucede por p茅rdida de calor. 飩 El paso de l铆quido a s贸lido recibe el nombre de solidificaci贸n, lo que sucede por p茅rdida 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, l铆quido y s贸lido. Graficando esto enrelaci贸n a nuestro entorno, tenemos que:- El estado gaseoso es el de la atm贸sfera, que -a su vez- posee muchos gases diferentes.- El estado l铆quido es el de los oc茅anos, r铆os y lagos, que conforman la masa l铆quida denominada hidrosfera.- El estado s贸lido es la tierra, constituida por los suelos, monta帽as, piedras, etc茅tera. Esta masa s贸lida esllamada geosfera.En estos tres estados de la materia existe un patr贸n com煤n: en todos, la materia est谩 formada pormol茅culas. Mol茅culasEn un s贸lido, las mol茅culas est谩n muy unidas, presentando una gran fuerza de cohesi贸n; en los l铆quidos, seencuentran un poco m谩s separadas y su fuerza de cohesi贸n es menor; en los gases, est谩n muy separadas y sufuerza de cohesi贸n es casi nula.Por fuerza de cohesi贸n entendemos a la fuerza que une las mol茅culas.Como ejemplos de la materia en sus diferentes estados tenemos:-S贸lidos: piedra, talco, harina, etc茅tera.-L铆quidos: agua, vinagre, mercurio, etc茅tera.-Gases: vapor de agua, ox铆geno, hidr贸geno, etc茅tera.Condensaci贸nEn f铆sica, proceso en el que la materia pasa a una forma m谩s densa, como ocurre en la licuefacci贸n delvapor. La condensaci贸n es el resultado de la reducci贸n de temperatura causada por la eliminaci贸n delcalor latente de evaporaci贸n; a veces se denomina condensado al l铆quido resultante del proceso.
    • 98:La eliminaci贸n de calor reduce el volumen del vapor y hace que disminuyan la velocidad de sus mol茅culas y ladistancia entre ellas. Seg煤n la teor铆a cin茅tica del comportamiento de la materia, la p茅rdida de energ铆a lleva a latransformaci贸n del gas en l铆quido. La condensaci贸n es importante en el proceso de destilaci贸n y en elfuncionamiento de las m谩quinas de vapor, donde el vapor de agua utilizado se vuelve a convertir en agua en unaparato llamado condensador.En meteorolog铆a, tanto la formaci贸n de nubes como la precipitaci贸n de roc铆o, lluvia y nieve son ejemplos decondensaci贸n.En qu铆mica, la condensaci贸n es una reacci贸n que implica la uni贸n de 谩tomos dentro de una mismamol茅cula o en mol茅culas diferentes. El proceso conduce a la eliminaci贸n de una mol茅cula simple, porejemplo de agua o alcohol, para formar un compuesto nuevo m谩s complejo, frecuentemente de mayor pesomolecular que cualquiera de los compuestos originales.Evaporaci贸nConversi贸n gradual de un l铆quido en gas sin que haya ebullici贸n. Las mol茅culas de cualquier l铆quido seencuentran en constante movimiento. La velocidad media (o promedio) de las mol茅culas s贸lo depende de latemperatura, pero puede haber mol茅culas individuales que se muevan a una velocidad mucho mayor o muchomenor que la media.A temperaturas por debajo del punto de ebullici贸n, es posible que mol茅culas individuales que se aproximen a lasuperficie con una velocidad superior a la media tengan suficiente energ铆a para escapar de la superficie y pasaral espacio situado por encima como mol茅culas de gas.Como s贸lo se escapan las mol茅culas m谩s r谩pidas, la velocidad media de las dem谩s mol茅culas disminuye; dadoque la temperatura, a su vez, s贸lo depende de la velocidad media de las mol茅culas, la temperatura del l铆quidoque queda tambi茅n disminuye. Es decir, la evaporaci贸n es un proceso que enfr铆a; si se pone una gota deagua sobre la piel, se siente fr铆o cuando se evapora.En el caso de una gota de alcohol, que se evapora con m谩s rapidez que el agua, la sensaci贸n de fr铆o es todav铆amayor. Si un l铆quido se evapora en un recipiente cerrado, el espacio situado sobre el l铆quido se llenar谩pidamente de vapor, y la evaporaci贸n se ve pronto compensada por el proceso opuesto, la condensaci贸n.Para que la evaporaci贸n contin煤e produci茅ndose con rapidez hay que eliminar el vapor tan r谩pido como seforma. Por este motivo, un l铆quido se evapora con la m谩xima rapidez cuando se crea una corriente de aire sobresu superficie o cuando se extrae el vapor con una bomba de vac铆o.
    • 99: ACTIVIDAD N掳 33Prop贸sito: Qu茅 el alumno desarrolle su capacidad visual y mentalEncuentra en la sopa de letras los siguientes conceptos: materia, condensaci贸n, liquido, fusi贸n,mol茅cula, solidificaci贸n, gaseoso, cohesi贸n, ebullici贸n, solido, evaporaci贸n, adherencia,sublimaci贸n. c c e b u l l i c i 贸 n l d b p 帽 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 贸 i c a m i l b u s l d n i g a s 帽 s e n d i d o w r t y g d 贸 r 帽 p a s 贸 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 贸 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 贸 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 铆 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 贸 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 贸 n d e l c a m
    • 驴PARA QUE SIRVEN LOS MODELOS? 100: Modelos hay para todo. 驴Qu茅 es un modelo? Un modelo es una representaci贸n 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 dise帽adores mejorar la aerodin谩mica, las medidas ergon贸micas, lostama帽os de puertas y ventanas, y permite hasta visualizar la combinaci贸n de colores que mejor le sienta a losinteriores y exteriores. Un modelo a escala de un edificio permite a los arquitectos e ingenieros determinar lospar谩metros de flujo de aire para permitir una ventilaci贸n natural.Incluso cuando una dama desea adquirir un vestido nuevo, una modelo con ese vestido puesto constituir谩 unarepresentaci贸n (quiz谩s no muy aproximada) de c贸mo se ver谩 la dama en cuesti贸n 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 idealizaci贸n de la realidad utilizada para plantear un problema, normalmente de manerasimplificada en t茅rminos relativos y planteados desde un punto de vista matem谩tico, aunque tambi茅n puedetratarse de un modelo f铆sico.La conveniencia de utilizar un modelo en la ciencia est谩 determinada por la posibilidad de experimentar con elobjeto de su estudio. Quiz谩s no sea necesario establecer un modelo del comportamiento de ciertos materiales, si esque se tienen a la mano para experimentar con ellos directamente; bastar铆a con determinar sus propiedades y suscomposiciones. Pero en el caso de campos como la f铆sica de part铆culas, la astrof铆sica, la vulcanolog铆a y otros en losque la experimentaci贸n directa es imposible o demasiado peligrosa, los modelos son parte principal en la aplicaci贸ndel m茅todo cient铆fico.Lo m谩s importante de los modelos cient铆ficos es que constantemente son puestos a prueba, a trav茅s de suaplicaci贸n sistem谩tica por un ej茅rcito de cient铆ficos y tecn贸logos profesionales, que comunican sus resultadosrutinariamente a otros colegas. Esta comunicaci贸n se da normalmente en congresos o en revistasespecializadas. A veces no se les llama modelos, sino teor铆as.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 Antig眉edad, el ser humano se ha cuestionado de qu茅 estaba hecha la materia.Unos 400 a帽os antes de Cristo, el fil贸sofo griego Dem贸crito consider贸 que la materia estaba constituida porpeque帽铆simas part铆culas que no pod铆an ser divididas en otras m谩s peque帽as. Por ello, llam贸 a estaspart铆culas 谩tomos, que en griego quiere decir "indivisible". Dem贸crito atribuy贸 a los 谩tomos las cualidades deser eterno, inmutables e indivisibles.Sin embargo las ideas de Dem贸crito sobre la materia no fueron aceptadas por los fil贸sofos de su 茅poca yhubieron de transcurrir cerca de 2200 a帽os para que la idea de los 谩tomos fuera tomada de nuevo enconsideraci贸n.
    • 101:NewtonConsider贸 que las masas siempre se atraen. La atracci贸n entre dos masas es id茅ntica en ambas.La atracci贸n entre las masas depende la masa que tengan y de la distancia entre ellas.BernoulliSu trabajo m谩s importante fue en hidrodin谩mica que consideraba las propiedades m谩s importantes del flujo deun fluido, la presi贸n, la densidad y la velocidad y dio su relaci贸n fundamental conocida ahora como El Principiode Bernoulli o Teor铆a Din谩mica de los fluidos. En su libro tambi茅n da una explicaci贸n te贸rica de la presi贸n delgas en las paredes de un envase:"A lo largo de toda corriente fluida la energ铆a total por la unidad de masa es constante, estandoconstituida por la suma de la presi贸n, la energ铆a cin茅tica por unidad de volumen y la energ铆apotencial igualmente por unidad de volumen".Tambi茅n estableci贸 la base de la teor铆a cin茅tica de los gases .Que est谩n hechos de peque帽as part铆culas enmovimiento separadas por distancias mayores al valor de su di谩metro. Entre los a帽os 1725 y 1749 gan贸 diezpremios por su trabajo en astronom铆a, gravedad, mareas, magnetismo, corrientes del oc茅ano y elcomportamiento de una embarcaci贸n en el mar.BoltzmanGran defensor de la teor铆a cin茅tica molecular, tambi茅n llamada teor铆a cin茅tica 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 at贸mico de Dalton Surgido en el contexto de la qu铆mica, fue el primer modelo at贸mico con bases cient铆ficas, fue formulado en 1808 por John Dalton.飩 El modelo at贸mico de Dalton explicaba por qu茅 las sustancias se combinaban qu铆micamente entre s铆 s贸lo en ciertas proporciones.飩 Adem谩s el modelo aclaraba que a煤n existiendo una gran variedad de sustancias diferentes, estas pod铆an ser explicadas en t茅rminos de una cantidad m谩s bien peque帽a de constituyentes elementales o elementos.飩 En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la qu铆mica org谩nica del siglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teor铆a combinatoria realmente simple. Postulados de Dalton Dalton explic贸 su teor铆a formulando una serie de enunciados simples:1. La materia est谩 formada por part铆culas muy peque帽as llamadas 谩tomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.2. Los 谩tomos de un mismo elemento son iguales entre s铆, tienen su propio peso y cualidades propias. Los 谩tomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.3. Los 谩tomos permanecen sin divisi贸n, a煤n cuando se combinen en las reacciones qu铆micas.4. Los 谩tomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.5. Los 谩tomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar m谩s de un compuesto.6. Los compuestos qu铆micos se forman al unirse 谩tomos de dos o m谩s elementos distintos.
    • 103: Modelo at贸mico de Thomson Con el descubrimiento del electr贸n (descubierto en el a帽o 1897; en 1898 Thomsonpropuso un modelo at贸mico, que tomaba en cuenta la existencia de dicha part铆cula subat贸mica. Thomson supon铆a que los electrones se distribu铆a de una forma uniforme alrededor del谩tomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teor铆a de estructura at贸mica, Thomsondescubre el electr贸n antes que se descubrirse el port贸n y el neutr贸n.. Si observamos este modelo, veremos que el 谩tomo se compone por electrones de carganegativa en el 谩tomo positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de bud铆n. Pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente alrededor del 谩tomo, 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 f铆sica por este descubrimiento. Si pensamos que el 谩tomo no deja de ser un sistema material, con una cierta energ铆ainterna, es por eso que esta energ铆a provoca un grado de vibraci贸n de los electrones contenidosque contiene su estructura at贸mica, si se enfoca desde este punto de vista el modelo at贸mico de
    • 104:Thomson se puede afirmar que es muy din谩mico por consecuencia de la gran movilidad de loselectrones en el 鈥渟eno鈥 de la mencionada estructura. Para lograr una interpretaci贸n del modelo at贸mico desde un 谩ngulo microsc贸pico, entoncesse puede definir como una estructura est谩tica, ya que los mismos se encuentran atrapadosdentro del 鈥渟eno鈥 de la masa que define la carga positiva del 谩tomo. Veamos el modelo de una forma simple, el modelo de Thomson era parecido a un pastelde Frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esf茅rica de carga positiva, La carga negativa del electr贸n era la misma que la carga positiva de la esfera, es por estoque se deduce que el 谩tomo era neutro, Thomson y su experimento: JJ Thomson, (en 1897), amitad de un experimento midi贸 la proporci贸n que existe entre la carga y la maza de una corrientede electrones, usando un tubo de rayos cat贸dicos del cual obtiene un valor, este valor es de1.76x 108 Coulombs En 1906 Thomson demuestra que el hidr贸geno tiene un electr贸n, esto permite diversasteor铆as Modelo at贸mico de RutherfordPara Ernest Rutherford, el 谩tomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de unn煤cleo at贸mico pesado y con carga el茅ctrica positiva. El modelo at贸mico de Rutherford puederesumirse de la siguiente manera: El 谩tomo posee un n煤cleo central peque帽o, con carga el茅ctrica positiva, que contiene casi toda lamasa del 谩tomo. Los electrones giran a grandes distancias alrededor del n煤cleo en 贸rbitas circulares. La suma de las cargas el茅ctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positivadel n煤cleo, ya que el 谩tomo es el茅ctricamente neutro.
    • 105:Rutherford no solo dio una idea de c贸mo estaba organizado un 谩tomo, sino que tambi茅n calcul贸cuidadosamente su tama帽o (un di谩metro del orden de 10-10 m) y el de su n煤cleo (un di谩metro del ordende 10-14m). El hecho de que el n煤cleo tenga un di谩metro unas diez mil veces menor que el 谩tomosupone una gran cantidad de espacio vac铆o en la organizaci贸n at贸mica de la materia.Para analizar cual era la estructura del 谩tomo, Rutherford dise帽贸 un experimento:El experimento consist铆a en bombardear una fina l谩mina de oro con part铆culas alfa (n煤cleos de helio).De ser correcto el modelo at贸mico de Thomson, el haz de part铆culas deber铆a atravesar la l谩mina sinsufrir desviaciones significativas a su trayectoria. Rutherford observ贸 que un alto porcentaje depart铆culas atravesaban la l谩mina sin sufrir una desviaci贸n apreciable, pero un cierto n煤mero de ellas eradesviado significativamente, a veces bajo 谩ngulos de difusi贸n mayores de 90 grados. Talesdesviaciones no podr铆an ocurrir si el modelo de Thomson fuese correcto.Representaci贸n esquem谩tica de la dispersi贸n de part铆culas en los experimentos realizados porRutherford con l谩minas de oro. El bombardeo de una l谩mina de oro con part铆culas mostr贸 que lamayor铆a de ellas atravesaba la l谩mina sin desviarse. Ello confirm贸 a Rutherford que los 谩tomos de lal谩mina deb铆an ser estructuras b谩sicamente vac铆as.
    • 106: Modelo at贸mico de BohrBohr uni贸 la idea de 谩tomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: laF铆sica Cu谩ntica. As铆, en 1913 formul贸 una hip贸tesis sobre la estructura at贸mica en la que estableci贸tres postulados:陇 El electr贸n no puede girar en cualquier 贸rbita, sino s贸lo en un cierto n煤mero de 贸rbitas estables.En el modelo de Rutherford se aceptaba un n煤mero infinito de 贸rbitas.陇 Cuando el electr贸n gira en estas 贸rbitas no emite energ铆a.陇 Cuando un 谩tomo estable sufre una interacci贸n, como puede ser el impacto de un electr贸n o elchoque con otro 谩tomo, uno de sus electrones puede pasar a otra 贸rbita estable o ser arrancado del谩tomo.El 谩tomo de hidr贸geno seg煤n el modelo at贸mico de Bohr陇 El 谩tomo de hidr贸geno tiene un n煤cleo con un prot贸n.陇 El 谩tomo de hidr贸geno tiene un electr贸n que est谩 girando en la primera 贸rbita alrededor deln煤cleo. Esta 贸rbita es la de menor energ铆a.陇 Si se le comunica energ铆a a este electr贸n, saltar谩 desde la primera 贸rbita a otra de mayor energ铆a.cuando regrese a la primera 贸rbita emitir谩 energ铆a en forma de radiaci贸n luminosa.En la siguiente simulaci贸n puedes elegir la 贸rbita de giro del electr贸n. Observa c贸mo las energ铆as de las las贸rbitas m谩s exteriores son mayores que las de las 贸rbitas m谩s interiores. "r" es el radio de la 贸rbita.
    • 107:Desde la Antig眉edad, el ser humano se ha cuestionado de qu茅 estaba hecha la materia.Unos 400 a帽os antes de Cristo, el fil贸sofo griego Dem贸crito consider贸 que la materia estabaconstituida por peque帽铆simas part铆culas que no pod铆an ser divididas en otras m谩s peque帽as. Por ello,llam贸 a estas part铆culas 谩tomos, que en griego quiere decir "indivisible". Dem贸crito atribuy贸 a los谩tomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.Sin embargo las ideas de Dem贸crito sobre la materia no fueron aceptadas por los fil贸sofos de su茅poca y hubieron de transcurrir cerca de 2200 a帽os para que la idea de los 谩tomos fuera tomada denuevo en consideraci贸n.A帽o Cient铆fico Descubrimientos experimentales Modelo at贸mico La imagen del 谩tomo expuesta por Durante el siglo XVIII y principios del Dalton en su teor铆a at贸mica, para XIX algunos cient铆ficos hab铆an explicar estas leyes, es la de min煤sculas investigado distintos aspectos de las part铆culas esf茅ricas, indivisibles e1808 reacciones qu铆micas, obteniendo las inmutables, llamadas leyes. iguales entre s铆 en cada elemento John Dalton qu铆mico. De este descubrimiento dedujo que el Demostr贸 que dentro de los 谩tomos 谩tomo deb铆a de ser una esfera de hay unas part铆culas diminutas, con materia cargada positivamente, en cuyo carga el茅ctrica negativa, a las que se interior estaban incrustados los1897 llam贸 electrones. electrones. (Modelo at贸mico de Thomson.) J.J. Thomson Demostr贸 que los 谩tomos no eran Dedujo que el 谩tomo deb铆a estar macizos, como se cre铆a, sino que formado por una corteza con los est谩n vac铆os en su mayor parte y en electrones girando alrededor de un1911 su centro hay un diminuto n煤cleo. n煤cleo central cargado positivamente. (Modelo at贸mico de Rutherford.) E. Rutherford Espectros at贸micos discontinuos Propuso un nuevo modelo at贸mico, originados por la radiaci贸n emitida seg煤n el cual los electrones giran por los 谩tomos excitados de los alrededor del n煤cleo en unos niveles elementos en estado gaseoso. bien definidos.1913 (Modelo at贸mico de Bohr.) Niels Bohr
    • ACTIVIDAD N掳 34 108:Relaciona las siguientes conclusiones experimentales con el modelo at贸mico a que dieron lugar: 1. El 谩tomo no es indivisible ya que al aplicar un fuerte voltaje a los 谩tomos de un elemento en estado gaseoso, 茅stos emiten part铆culas con carga negativa: 2. Al reaccionar 2 elementos qu铆micos para formar un compuesto lo hacen siempre en la misma proporci贸n de masas: 3. Los 谩tomos de los elementos en estado gaseoso producen, al ser excitados, espectros discontinuos caracter铆sticos que deben reflejar su estructura electr贸nica: 4. Al bombardear los 谩tomos de una l谩mina delgada con part铆culas cargadas positivamente, algunas rebotan en un peque帽o n煤cleo situado en el centro del 谩tomo: borrar
    • 驴C脫MO CAMBIA EL ESTADO DE LA MATERIA? 109:Cuadro resumen de Materia: Estados de Agregaci贸n de la Materia. Cambios de Estado. Estados de Agregaci贸n de la Materia Estados Estados Caracter铆sticas Principales Intermedios S贸lido - Poseen forma propia, sus mol茅culas se hallan en un estado de orden regular, no son compresibles, entre sus mol茅culas predomina la fuerza de atracci贸n Van der Waals. V铆treo - L铆quido de alta viscosidad que ha perdido su capacidad de fluir. Pastoso - L铆quido de alta viscosidad factible de moldeo. Gel - Suspensi贸n coloidal de part铆culas s贸lidas en un l铆quido, en el que 茅stas forman una especie de red que le da a la suspensi贸n cierto grado de firmeza el谩stica. L铆quido - No tiene forma propia, sus mol茅culas no se hallan en estado de orden regular, tiene superficie libre y horizontal, no son compresibles, las fuerzas de atracci贸n y repulsi贸n est谩n equilibradas. Gaseoso - No tienen forma propia, sus mol茅culas tienen mucha movilidad y lo hacen en espacios muy grandes con respecto a su propio volumen, poseen fuerza expansiva, no tienen superficie libre, son f谩cilmente compresibles, predominan entre sus mol茅culas las fuerzas de repulsi贸n. Plasma - Gas ionizado en que los 谩tomos se encuentran disociados en electrones e iones positivos cuyo movimiento es libre. La mayor parte del universo est谩 formado por plasma.En 茅ste punto debe quedar entendida la diferencia entre gas y vapor, aunque se trate del mismo estadode agregaci贸n, es decir valen para el vapor las caracter铆sticas presentadas para el estado gaseoso.La sustancia gaseosa se encuentra en 茅ste estado en condiciones normales de presi贸n 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 alg煤n cambio en sus condiciones,dicho de otro modo estas sustancias en condiciones normales de presi贸n y temperatura (C.N.P.T) sonl铆quidas o s贸lidas, para condensar una sustancia en estado de vapor alcanza con enfriarla ocomprimirla. Cambios de Estado de la MateriaLos cambios de estado son cambios f铆sicos ya que cambia el estado f铆sico de la sustancia. Mientrasdura el cambio de estado la temperatura permanece constante.
    • 110: ® Fusi贸n ® S贸lido L铆quido 卢 Solidificaci贸n 卢 ®Volatilizaci贸n® S贸lido Gas 卢 Sublimaci贸n 卢 ®Volatilizaci贸n® S贸lido Vapor 卢 Sublimaci贸n 卢 ® Gasificaci贸n ® L铆quido Gas 卢 Licuaci贸n 卢 ® Vaporizaci贸n ® L铆quido Vapor 卢 Condensaci贸n 卢Fusi贸n: pasaje de estado s贸lido ha estado l铆quido. Por ejemplo el hielo (agua s贸lida).Solidificaci贸n: pasaje de estado l铆quido ha estado s贸lido.Vaporizaci贸n: pasaje de estado l铆quido ha estado de vapor. Por ejemplo el agua l铆quida, cloroformo,茅ter.Condensaci贸n: pasaje de estado de vapor ha estado l铆quido.Gasificaci贸n: pasaje de estado l铆quido ha estado gaseoso. Por ejemplo el metano l铆quido.Licuaci贸n: pasaje de estado gaseoso ha estado l铆quido.Volatilizaci贸n: pasaje de estado s贸lido ha estado vapor. Por ejemplo el di贸xido de carbono s贸lido(CO2) o hielo seco, la naftalina y el iodo.Sublimaci贸n: pasaje de estado vapor ha estado s贸lido.Consideraciones- La evaporaci贸n y la ebullici贸n son dos formas de producir el cambio de l铆quido a gas o vapor. Laevaporaci贸n ocurre en la superficie del l铆quido. La ebullici贸n ocurre en toda la masa del l铆quido.- Cada sustancia pura tiene su propia temperatura de fusi贸n denominada punto de fusi贸n, en 茅ste puntola presi贸n de vapor del s贸lido equilibra a la presi贸n de vapor del l铆quido.- Cada sustancia pura tiene su propia temperatura de ebullici贸n denominada punto de ebullici贸n, en茅ste punto la presi贸n de vapor del l铆quido equilibra a la presi贸n exterior.
    • MEDICION DE LA TEMPERATURA 111:飦 La temperatura es una magnitud f铆sica que indica que tan caliente o fr铆a est谩 una sustancia y se mide con un term贸metro.飦 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.飦 La temperatura depende del estado de agitaci贸n o movimiento desordenado de las mol茅culas, o sea, del valor de la energ铆a cin茅tica promedio de las mol茅culas del cuerpo o del sistema.飦 El calor es la transferencia de energ铆a de una parte a otro de un cuerpo o sistema, entre distintos cuerpos o sistemas que se encuentran a diferentes temperaturas y como es energ铆a en transito, siempre fluyen de cuerpos o sistemas con mayor temperatura a los de menor temperatura.飦 Nuestro organismo no detecta la temperatura, si no p茅rdidas o ganancias de calor.飦 El fen贸meno de la dilataci贸n de los fluidos se utiliza en la construcci贸n de los term贸metros, el m谩s com煤n es el de mercurio.飦 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 energ铆a cin茅tica de las mol茅culas o 谩tomos 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.飦 Los puntos de fusi贸n o de ebullici贸n de una sustancia dependen de los siguientes factores. La presi贸n a la que se encuentre, as铆 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掳 35 Con el objetivo de que identifiques claramente la temperatura de un cuerpo y en qu茅 condiciones todo cuerpo o sistema, debido a su temperatura, tiene la capacidad de transferir energ铆a, es decir, calor otro cuerpo o sistema que est茅 a la temperatura m谩s baja, realiza el siguiente. TRABAJO DE INVESTIGACI脫N DE CAMPO. 1.- Re煤nete con tu equipo de trabajo y p贸nganse 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 m谩s cerca posible pero, por supuesto, sin llegar a quemarse. 驴Qu茅 sienten?______________________________________________________________________________ 驴Cu谩l es la causa de lo que siente?______________________________________________________________ 驴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. 驴C贸mo sientes el cuerpo que est谩n tocando, frio o caliente?_________________________________________ 驴Cu谩l es la raz贸n de ello?__________________________________________________________________ c).- Retiren la mano caliente y en su lugar coloquen su otra mano. 驴Qu茅 sienten?________________________ 驴C贸mo lo explican?__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________
    • 112: d).- Escriban a continuaci贸n qu茅 cuerpos han cedido calor y cuales lo han recibido, tomando en cuenta todos los cuerpos involucrados, incluyendo por supuesto el de ustedes.飩 Cuerpos que han recibido calor.________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________飩 Cuerpos que han cedido calor__________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ e).- 驴Cu谩ndo se dirijan a las canchas de la escuela a practicar alg煤n deporte. Jueguen intensamente durante un tiempo y despu茅s j煤ntense, intercambien ideas y respondan. 驴Qu茅 sienten en el cuerpo despu茅s de haber jugado?_______________________________________________ __________________________________________________________________________________________ 驴Qu茅 sucede con su cuerpo a medida que transcurre el tiempo despu茅s de haber interrumpido el juego?_____________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ Cuando terminan de jugar, 驴Qui茅n transfiere calor a quien, el medio ambiente a ustedes o ustedes al medio ambiente?_________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ 驴porqu茅?__________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ f).- 驴C贸mo le explicar铆an a sus compa帽eros qu茅 es la temperatura y que es el calor?______________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________
    • 113: ACTIVIDAD N掳 36 Con la finalidad de que interpretes correctamente qu茅 es la temperatura y el calor, realiza lasiguiente INVESTIGACI脫N BIBLIOGR脕FICA.1.- Investiga en tu libro de F铆sica, en alguna enciclopedia o internet y responde lo siguientea).- 驴Qu茅 es la temperatura?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- 驴De qu茅 depende la temperatura de un cuerpo?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- 驴Qu茅 es el calor?_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- 驴Puede fluir calor de un cuerpo que est茅 a menor temperatura hacia otro cuya temperatura sea mayor? S铆o No y por qu茅__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________e).- 驴Qu茅 sucede cuando un cuerpo que tiene una mayor temperatura se pone en contacto con otro a mayortemperatura?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________f).- 驴Qu茅 se entiende por equilibrio t茅rmico entre dos cuerpos o dos sistemas?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- 驴Porqu茅 el medio ambiente es un sistema de intercambio de calor muy importante en nuestras actividadescotidianas?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________h).- 驴Qu茅 le sucede al tama帽o de un cuerpo cuando aumenta su temperatura?____________________________________________________________________________________________________________________
    • 114: i).- 驴Qu茅 le sucede al tama帽o del cuerpo cuando disminuye la temperatura?____________________________ __________________________________________________________________________________________ j).- 驴C贸mo explicas el fen贸meno de dilataci贸n de los cuerpos?________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ k).- Ordena de mayor a menor, que estado de agregaci贸n sufre m谩s dilataci贸n al compararlos entre s铆, s贸lidos, l铆quidos, o gases. Se dilatan m谩s los___________________________________________________________________________ Luego siguen los_____________________________________________________________________________ Y finalmente los_____________________________________________________________________________ l).- 驴C贸mo se aprovecha el fen贸meno de la dilataci贸n de los fluidos en la fabricaci贸n de los term贸metros de mercurio? Expl铆calo __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 脫 PRACTICA DE LABORATORIO N掳37 DETERMINACI脫N DEL PUNTO DE EBULLICI脫N DE DISTINTAS CANTIDADES DE AGUA Prop贸sito. Medir experimentalmente el punto de ebullici贸n del agua para tres cantidades de masa diferentes de dicha sustancia. MATERIAL. SUSTANCIAS.飩 Un vaso de precipitados de 250 ml 飦 Agua (H2O)飩 Un vaso de precipitados de 500 ml飩 Un vaso de precipitados de 1000 ml飩 Un mechero de bunsen飩 Un soporte universal飩 Un anillo o aro met谩lico飩 Una tela de alambre飩 Un term贸metro
    • 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 term贸metro, 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 ebullici贸n, registren latemperatura con el term贸metro y anoten dicha temperatura.Temperatura de ebullici贸n para 200 ml de H2O_____________________________________________Dejen hirviendo el agua tres minutos, registren la temperatura y escr铆banla_______________________4.- Viertan ahora 450 ml de agua en el vaso de precipitados de 500 ml y p贸ngalo a calentar en la base osoporte universal. Registre la temperatura del agua cuando entre en plena ebullici贸n y an贸tenla.Temperatura de ebullici贸n para 450 ml de H2O_____________________________________________Dejen hirviendo el agua otros tres minutos y registren la temperatura. Escr铆banla________________________________________________________________________________________5.- Repitan el paso cuatro, pero viertan ahora 900 ml de agua en el vaso de precipitados de 1000 ml.Anoten la temperatura de ebullici贸n del agua.Temperatura de ebullici贸n para 900 ml de H2O_____________________________________________Dejen hirviendo el agua tres minutos m谩s y registren la temperatura.6.- 驴C贸mo definen el punto de ebullici贸n de una sustancia?___________________________________7.- 驴Qu茅 sucede con el punto de ebullici贸n de una sustancia cuando varia la cantidad de masa deella?______________________________________________________________________________8.- 驴Qu茅 sucede con la temperatura de una sustancia cuando inicia su ebullici贸n y se le siguecalentando?_________________________________________________________________________
    • DIFERENCIA DE TEMPERATURAS CON MOTIVO 116: DE TRANSFERENCIA DE CALOR飦 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.飦 El calor es una energ铆a en transito y siempre fluye de un cuerpo o de un sistema con mayor temperatura a otro de menor temperatura.飦 En el instante en que dos cuerpos o dos sistemas alcanzan la misma temperatura, cesa la transmisi贸n de energ铆a, por lo tanto, ya no hay energ铆a en transito, ya no hay suministro de calor, s贸lo energ铆a interna en los cuerpos o en los sistemas.飦 En los s贸lidos la forma de transmisi贸n de calor se da por conducci贸n. 脡sta se debe a la agitaci贸n que el calor produce entre la s mol茅culas de un cuerpo y que se transfiere sucesivamente de una a otra mol茅cula, sin que estas part铆culas adquieran energ铆a cin茅tica traslacional.飦 El calentamiento en los l铆quidos y gases se da por convecci贸n. 脡sta es la corriente que se establece entre dos punto de una masa fluida cuando existe entre ellos una diferencia de temperatura.飦 La radiaci贸n es la propagaci贸n de la energ铆a calor铆fica por medio de rayos infrarrojos. Todos los cuerpos calientes emiten rayos infrarrojos de energ铆a de manera proporcional a su temperatura. La energ铆a calor铆fica que nos llega del sol se da por radiaci贸n, 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掳 38 Con el prop贸sito de que interpretes correctamente en qu茅 consiste la transmisi贸n del calor resuelve el siguiente cuestionario: 1.- Consulta tu libro de F铆sica, enciclopedia o internet y responde lo siguiente. a).- 驴Qu茅 sucede cuando se ponen en contacto dos sistemas o dos cuerpos en los que existe una diferencia de temperatura?_____________________________________________________________ b).- 驴Existe transferencia de calor entre un trozo de hierro de 12 kg cuya temperatura es de 25掳C, si se acerca a otro trozo de hierro de 3kg cuya temperatura tambi茅n es de 25掳C? S铆 o No y porqu茅:____________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ c).- 驴Por qu茅 decimos que el calor es energ铆a en tr谩nsito?_____________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ d).- 驴Qu茅 se entiende por energ铆a interna de un cuerpo?______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ e).- 驴Por qu茅 en el vacio no se propaga el calor por conducci贸n?_______________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
    • 117:f).- 驴Por qu茅 cuando hace mucho calor, procuramos vestirnos con ropa blanca o de coloresclaros?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________g).- 驴Cu谩l es la causa por la cual se producen los vientos?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Se observa el calentamiento de una varilla met谩lica. Explica en que consiste la transmisi贸n del calor por conducci贸n en los cuerpos s贸lidos. Se observa como llegan los rayos del sol sobre los cuerpos que est谩n en la superficie terrestre. Explica en que consiste la transmisi贸n del calor por radiaci贸n Se aprecia el calentamiento de un l铆quido por corrientes de convecci贸n en este caso, el agua. Explica en que consiste el mecanismo de transmisi贸n del calor por convecci贸n.
    • EFECTO DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS 118:飪 Para aumentar la temperatura de un cuerpo o un sistema es necesario suministrarle calor飪 Una clasificaci贸n sencilla de los cuerpos se hace con base en su estado de agregaci贸n, ya sea s贸lido, l铆quido o gaseoso. Estos estados pueden cambiar si los cuerpos reciben o transmiten energ铆a calor铆fica.飪 El calor espec铆fico de una sustancia se define como al cantidad de calor que necesita un gramo de dicha sustancia para elevar su temperatura un grado cent铆grado o Celsius. ACTIVIDAD N掳 39 Con el prop贸sito de que seas capaz de explicar la relaci贸n que existe entre el calor y la elevaci贸n de la temperatura de un cuerpo, as铆 como las transformaciones del estado de la materia, realiza la siguiente: INVESTIGACI脫N BIBLIOGR脕FICA. 1.- Investiga en tu libro de F铆sica, enciclopedia o internet y resuelve lo siguiente: a).- 驴Qu茅 se necesita hacer para elevar la temperatura de un cuerpo?____________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ b).- 驴C贸mo puedes lograr que una sustancia en estado l铆quido pas茅 a un estado gaseoso? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ c).- 驴C贸mo puedes lograr que una sustancia en estado s贸lido pase a estado l铆quido?________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ d).-驴C贸mo puedes lograr que una sustancia en estado gaseoso pase al estado l铆quido?______________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ e).- Explica en que consiste los siguientes cambios de estado de la materia:飪 Solidificaci贸n.______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________飪 Vaporizaci贸n._______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________飪 Sublimaci贸n.________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________飪 Condensaci贸n.______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ f).- 驴Qu茅 se entiende por calor espec铆fico de una sustancia?___________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
    • ACTIVIDAD N掳 40 119:Definici贸n: La temperatura de un cuerpo es una medida de la energ铆a cin茅tica promedio de las mol茅culasque contiene un cuerpo. 飩 A mayor energ铆a mayor temperatura. 飩 Las escalas que com煤nmente se usan son: el grado Celsius o Cent铆grado (潞C), el grado Fahrenheit (潞F) yel Kelvin (K) 飩 Las relaciones entre 潞C, 潞F y K son:潞F = (1.8) 潞C + 32潞C = 潞F – 32 / 1.8K = 潞C + 273潞C = K – 273 Ejemplos de aplicaci贸n de las f贸rmulas a la soluci贸n de Conversiones o TransformacionesConvierte 37潞C a 潞F y K潞F = (1.8)(37) +32 = 98.6 潞F K = 37 + 273 = 310 KTransforma –10 潞F a 潞C y K潞C = 10 –32 / 1.8 = 鈥23.33 潞C K = 23.33 潞C + 273 = 249.66 KConvierte –40 潞C a 潞F y K潞F = 1.8 (鈥40) + 32 = 鈥40 潞F K = 鈥40 + 273 = 233 KTransforma 70 K a 潞C y 潞F潞C = 70 –273 = 鈥203 潞C 潞F = (1.8)(鈥203) + 32 = 鈥333.4 潞F
    • ACTIVIDAD N潞 41 120: RESUELVE LOS SIGUIENTES EJERCICIOS APLICANDO LA F脫RMULA CORRESPONDIENTE.La siguiente tabla muestra los puntos de fusi贸n en 潞C de varios elementos, convi茅rtelos a K y 潞FElementos K = 潞C + 273 潞F = (1.8) 潞C + 32Aluminio 660 潞CCalcio 839 潞CCobre 1083 潞COro 1064 潞CHelio –272.2 潞CHidr贸geno –259.1 潞CMercurio –38.87 潞COx铆geno –218.4 潞CPlata 962 潞C
    • 121:Convierte de 潞F a 潞C los datos de la siguiente tabla.Alaska 100 潞F = 鈥80 潞F =Hawaii 115 潞F = 14 潞F =California 134 潞F = 鈥45 潞F =Texas 120 潞F = 鈥23 潞F =Florida 109 潞 F = 鈥2 潞F =Nueva York 108 潞F = 鈥52 潞F =Nuevo M茅xico 117 潞F = – 5 潞F =
    • 122: TRANSFORMACIONES ENTRE CALOR Y OTRAS FORMAS DE ENERG脥A La calor铆a (cal) es la unidad b谩sica de calor y se define como la cantidad de calor necesaria paraque un gramo de agua aumente un grado Celsius o cent铆grado.Otra unidad com煤nmente utilizada es la kilocalor铆a (Kcal) que equivale a 1000 calor铆as.Se llama calor espec铆fico ala cantidad de calor necesario para que la unidad de masa aumente la unidadde temperatura.En el sistema m茅trico ser铆an las calor铆as necesarias para que un gramo de una sustancia aumente ungrado Celsius o cent铆gradoSi se conoce el calor espec铆fico de una sustancia es posible calcular la cantidad de calor ganada operdida por dicha sustancia al variar su temperatura.Q = cantidad de calor: calor铆as 螖T: cambio de temperatura Tfinal鈥昑inicialm = masa = gramos 螖T: positiva = calor ganado positivoCe = calor espec铆fico = cal/g掳C 螖T: negativa = calor perdido negativo
    • 123: Analiza el siguiente ejemplo:Una barra de aluminio de 500 g se calienta de 20掳C a 50掳C: 驴qu茅 cantidad de calor absorbe elaluminio?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫Nm = 500 g Q = (500 g ) (0.22 cal/g掳C) (30掳C)Ti = 20掳 CTf = 50掳 C RESULTADOCe = 0.22 cal/g掳C Q = 3300 calCon 50 Kcal hasta donde se puede aumentar la temperatura de 1200 g de agua a 22掳CDATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫Nm = 1200 g Tf = Q / m . Ce + Ti Tf = _______50 000 cal______Ti = 22掳 C (1200 g) (1 cal/g掳C) +22掳 CCe = 1 cal/g掳C RESULTADOQ = 50 Kcal = 50 000 cal Tf = 63.66 掳C ACTIVIDAD N潞 42Prop贸sito: Desarrollar en los alumnos las habilidades de medici贸n de una de las propiedadesgenerales de la materia en diferentes estados y la utilizaci贸n de las unidades de medici贸n delSistema Internacional.1.- Una tasa de vidrio de 220 g aumenta su temperatura de 20掳 C a 60掳 C 驴Cu谩nto calor absorbi贸?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 124:2.- Un pedazo de metal de 100 g absorbe 300 cal cuando aumenta su temperatura de 15 掳C a 25掳 C,hallar el calor espec铆fico del metal.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- 驴Qu茅 masa de hierro se puede calentar de 20掳 C a 70掳C con 20000 cal?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Un lingote de oro de 20 kg absorbe 12000 cal. Si el oro estaba a 5掳 C, 驴hasta qu茅 temperatura secalent贸 el lingote?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- 800 g de agua se enfr铆an de 20掳 C a 5掳 C. 驴Cu谩nto calor se libera?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 驴QU脡 SUCEDE EN LOS S脫LIDOS, LOS L脥QUIDOS Y 125: LOS GASES CUANDO VAR脥A SU TEMPERATURA Y LA PRESI脫N EJERCIDA SOBRE ELLOS? Los cambios de temperatura afectan el tama帽o de los cuerpos, pues la mayor铆a de ellos sedilatan al calentarse y se contraen si se enfr铆an. Los gases se dilatan mucho m谩s que los l铆quidos yestos m谩s que los s贸lidos. En los gases y l铆quidos las part铆culas chocan unas con otras en forma continua, pero si secalientan chocaran violentamente rebotando a mayores distancias y provocaran la dilataci贸n. En loss贸lidos las part铆culas vibran alrededor de posiciones fijas sin embargo, al calentarse aumentan sumovimiento y se alejan de sus centros de vibraci贸n dando como resultado la dilataci贸n. Por elcontrario, al bajar la temperatura las part铆culas 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 dilataci贸n es c煤bica. Sin embargo, en los cuerpos s贸lidos, como alambres,varillas o barras, lo m谩s importante es el aumento de longitud que experimentan al elevarse latemperatura es decir, su dilataci贸n 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 cent铆grado, se le llama coeficiente dedilataci贸n lineal y se representa con la letra griega alfa (伪). COEFICIENTES DE DILATACION LINEAL SUSTANCIA 伪 (1/掳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 dilataci贸n lineal de una sustancia y queremos calcular la longitudfinal que tendr谩 un cuerpo al variar su temperatura, utilizamos la siguiente f贸rmula.螖鈩 = (伪) ( 鈩搃) ( 螖t) donde 螖鈩 = dilataci贸n lineal 鈩揻 - 鈩搃 鈩搃 = longitud inicial 鈩揻 = longitud final螖t = cambio de temperatura tf – ti, tf = temperatura final ti= temperatura inicial.伪 = constante de proporcionalidad (coeficiente de dilataci贸n lineal). RESOLUCI脫N DE EJERCICIOS DE DILATACI脫N LINEAL. Analiza los siguientes ejemplos:1.- A una temperatura de 15掳C una varilla de hierro tiene una longitud de 5m 驴Cu谩l ser谩 su longitud alaumentar la temperatura a 25掳C?DATOS F脫RMULA RESULTADO伪 = Fe 11.7 X 10-6 鈩揻 = (伪) ( 鈩搃) ( 螖t) + 鈩搃 鈩揻 = 5.000585 m鈩搃 = 5 m SUSTITUCI脫Nti = 15掳C 鈩揻 = (11.7 X 10-6) ( 5 m) ( 25掳C - 15掳C)+ 5 mtf = 25掳C鈩揻 = ?
    • 127:2.- 驴A qu茅 temperatura debe calentarse una varilla de cobre de 4 m de longitud que est谩 a 30掳C paraque su longitud final sea de 4.09 cm?DATOS F脫RMULA RESULTADO鈩搃 = 5 m tf = 螖鈩/ (伪)(鈩搃) + tf tf = 1337.30掳C鈩揻 = 4.09 mtf = 30掳C SUSTITUCI脫N伪 = Cu 16.7 X 10-6 tf = 0.09 m / (16.7 x 10-6) (4 m) + 30掳C ACTIVIDAD N潞 43Prop贸sito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del razonamiento matem谩tico y; adem谩s, queutilicen la aplicaci贸n de los conocimientos adquiridos.1.- Una barra de aluminio (25掳C) mide 15 m de longitud. 驴Cu谩l ser谩 su longitud final si se calienta a100掳C?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- A 15掳C una varilla de hierro mide 18 m. 驴A qu茅 temperatura se debe calentar para que su longitudfinal sea de 18.04 m?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- Un puente de acero de 100 m de largo a 8掳C, aumenta su temperatura a 24掳C. 驴Cu谩nto medir谩 sulongitud?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • EL MODELO DE PART脥CULA Y LA PRESI脫N. 128: Las fuerzas son capaces de mover objetos provoc谩ndoles una aceleraci贸n. Pueden deformar a losobjetos cuando 茅stos no resisten la fuerza aplicada ni tienen forma de contrarrestar con undesplazamiento; y tambi茅n ejercen presi贸n. El poder deformador de una fuerza se 鈥渞eparte鈥 en la superficie sobre la cual act煤a, y tiene lassiguientes caracter铆sticas: a).- Si la fuerza act煤a sobre una superficie peque帽a, su efecto deformador es grande. b).- Si una fuerza act煤a sobre una superficie grande, su efecto deformador es peque帽o. La magnitud escalar que mide este reparto es la presi贸n, que se define de la siguiente manera: La presi贸n indica la relaci贸n entre una fuerza aplicada y el 谩rea sobre la cual act煤a. Encualquier caso en que exista presi贸n, una fuerza actuar谩 en forma perpendicular sobre una superficie.Matem谩ticamente se expresa as铆. Donde la presi贸n en N/m2 = Pascal La fuerza en Newton = N El 谩rea o superficie en metros al cuadrado = m2La expresi贸n matem谩tica de la presi贸n se帽ala que a mayor fuerza aplicada, mayor presi贸n y amayor 谩rea sobre la cual act煤a la fuerza, menor presi贸n. Es por ello que un bloque rectangularejercer谩 menor presi贸n si se coloca sobre una de sus caras de mayor 谩rea, que s铆 se coloca sobre una demenor 谩rea. Mayor 谩rea, menor Menor 谩rea, mayor presi贸n presi贸n麓
    • 129: EJEMPLO: Analiza lo siguiente:Calcular la presi贸n 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 est谩 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 N潞 44Prop贸sito: Establecer la diferencia entre los conceptos de fuerza y presi贸n.1.- Una caja de 1.2 m X 0.6 m X 0.3 m pesa 300 N. 驴Calcular la presi贸n ejercida sobre cada una de lascaras?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO.
    • 130:2.- Una ventana est谩 sometida a una presi贸n de 1X 103 N. Si el 谩rea de la ventana es de = .5 m2 驴Cu谩les la fuerza a la que est谩 sometida la ventana?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- 驴Cu谩l es el 谩rea sobre la que se aplica una fuerza de 500 N si la presi贸n es de 420 Pa?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Calcular la fuerza que debe aplicarse sobre un 谩rea de 0.3 m2 para que exista una presi贸n de 180N/m2DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- Sobre un l铆quido encerrado en un recipiente se aplica una fuerza de 60 N mediante un pist贸n de谩rea igual a 0.01 m2 驴Cu谩l es el valor de la presi贸n?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • PRESI脫N EN L脥QUIDOS Y GASES 131: Los fluidos, como los gases y los l铆quidos, ejercen presi贸n Por ejemplo, cuando nadas en la alberca puedes sentir la presi贸n del agua sobre tu piel. Si te zambulles, conforme te sumerges sientes como la presi贸n del agua es cada vez m谩s fuerte en tus o铆dos. Este tipo de presi贸n se llama presi贸n hidrost谩tica. La f贸rmula que define a la presi贸n hidrost谩tica es: P h= (D) (g) (h) Donde Ph = presi贸n hidrost谩tica = Pascal (Pa) D = densidad del fluido = Kg/m3 g = aceleraci贸n de la gravedad = kg.m/s2 h = profundidad o altura de la columna del fluido = m飥 El valor de g = 9.81 m/s2 EJEMPLO: Analiza lo siguiente: 驴Qu茅 presi贸n hidrost谩tica produce una columna de 15 m de agua, consid茅rese la densidad del agua de 1000 kg/m3? DATOS F脫RMULA SUTITUCI脫N 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 N潞 45 132:Prop贸sito: Qu茅 el alumno el explique el concepto de presi贸n en fluidos en funci贸n del modelo depart铆culas.1.- 驴Qu茅 presi贸n debe dar una bomba hidr谩ulica para subir agua a una altura de 25 m?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- 驴A qu茅 altura puede llegar el agua empujada por una bomba hidr谩ulica que ejerce una presi贸n de3 X 105 Pa?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- 驴Qu茅 densidad debe tener un l铆quido para que una columna de 4.5 m produzca una presi贸nhidrost谩tica de 7.2 X 104 Pa?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Calcular la presi贸n hidrost谩tica en el fondo de una alberca de 5m de profundidad, si la densidad delagua es de 1000 kg/m3.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- Calcular la profundidad a la que se encuentra sumergido un submarino, cuando soporta una presi贸nhidrost谩tica de 8 X 106 Pa. Si la densidad del agua de mar es de 1020 kg/m3.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • PRESI脫N EN L脥QUIDOS Y GASES PRESI脫N ATMOSF脡RICA. 133: La Tierra est谩 rodeada por una capa de aire llamada atm贸sfera. El aire, que es una mezcla de 20%de ox铆geno, 79% de nitr贸geno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presi贸n sobre todos loscuerpos que est谩n en contacto con 茅l, la cual es llamada presi贸n atmosf茅rica. Se est谩 de acuerdo enque, al nivel del mar, el valor de la presi贸n atmosf茅rica es una constante equivalente a 1.013 X 105 Pa贸 1 atmosfera de presi贸n = 760 mm de Hg (mercurio) Se sabe por experiencia que la presi贸n atmosf茅rica disminuye con la altura. A mayor altura, menorpresi贸n atmosf茅rica. Esto es as铆 porque la columna de aire que est谩 por encima de nuestra cabeza esm谩s corta cuando estamos a cualquier altura distinta de la del nivel del mar. ANALIZA EL SIGUIENTE EJEMPLO:Si la presi贸n a nivel del mar es de 1.013 X 105 Pa y la densidad del aire es de 1.29 kg/m3. 驴Cu谩l ser铆ala altura de la atm贸sfera?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫ND = 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:驴Qu茅 presi贸n soporta un buzo que se encuentra a 18 m de profundidad?La presi贸n a la que se ve sometido el buzo es igual a la presi贸n atmosf茅rica m谩s la presi贸nhidrost谩tica debido a la columna de agua sobre de 茅l. PRESI脫N ATMOSF脡RICA = 1.013 x 105 Pa PRESI脫N HIDROST脕TICA = (D) (g) (h) ACTIVIDAD N潞 46Prop贸sito: Qu茅 el alumno reconozca el papel de la ciencia y los alcances, a partir de explicar larelaci贸n entre la presi贸n hidrost谩tica y la presi贸n atmosf茅rica.1.- 驴Qu茅 altura debe tener una columna de agua para producir una presi贸n hidrost谩tica equivalente a lapresi贸n atmosf茅rica? Y si la columna fuera de mercurio, 驴qu茅 altura debe tener?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 135:2.- Un buzo nadar谩 a una profundidad de 12 m. 驴A qu茅 presi贸n debe estar su tanque de ox铆geno parano tener problemas al bucear?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- Determine a qu茅 profundidad est谩 sumergido un buceador en el mar, si soporta una presi贸nhidrost谩tica de 399 840 Pa.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 136: DENSIDAD DE LOS CUERPOS La densidad es una magnitud f铆sica derivada que se vincula con la masa y el volumen de uncuerpo.La densidad es una magnitud compuesta que resulta de la comparaci贸n por divisi贸n 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 f贸rmula podemosobtener las siguientes conclusiones: a).- Si en vol煤menes iguales hay diferentes cantidades de masa, entonces el m谩s denso ser谩 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 m谩s denso que el dos D C1 > DC2鈥旹n vol煤menes iguales a mayor masa mayor densidad鈥 b).- Si dos masa iguales ocupan diferente vol煤menes, entonces el de menor volumen ser谩 el m谩sdenso. m1 m2 C1 C2 v1 v2Si m1 = m2 y v1 > v2 entonces la densidad del cuerpo dos, ser谩 mayor D C2 > D C 1鈥旹n masas iguales a mayor volumen menor densidad鈥朎jemplos:飪 En un cm3 de mercurio hay m谩s masa que en un cm3 de aluminio, por tanto, el mercurio es m谩s denso que el aluminio.飪 20 g de unicel ocupan m谩s volumen que 20g de agua, por lo tanto, el unicel es menos denso que el agua.c).- Concluimos de la f贸rmula, que las unidades de la densidad son compuestas por unidades de masaentre unidades de volumen.Unidad b谩sica de densidad gramos = g Cent铆metros c煤bicos = cm3
    • 137:Es importante que sepas, que no existen dos o m谩s 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 Ox铆geno 1.43 0.00143 Hidr贸geno 0.09 0.00009 EJEMPLOS RESUELTOS DE APLICACI脫N DE LA F脫RMULA DE LA DENSIDAD A LA SOLUCI脫N DE PROBLEMAS.a).- Un cuerpo ocupa un volumen de 500 cm3 y tiene una masa de 500 g 驴Cu谩l es su densidad y de quesustancia se trata?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 esf茅rico de radio 5cm, tiene una masa de 800 g 驴Cu谩l es su densidadDATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO 3 3m = 800g v = 4露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 s铆 podemos calcular la densidad. D = m/v D = 800g/523.6cm3 D = 1.52 g/cm3
    • ACTIVIDAD N潞 47 138:Prop贸sito: Qu茅 el alumno analice e interprete el concepto de densidad de la materia.a).- 驴Cu谩l es la densidad de un objeto cuya masa es de 500 g y su volumen es de 350 cm3?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- Un trozo de madera ocupa un volumen de 20 cm3 y tiene una masa de 16 g. 驴Cu谩l es su densidad?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOc).- Se determin贸 la masa de una muestra de agua pura y se encontr贸 que su valor era de 60g; despu茅sse midi贸 su volumen en una probeta y se encontr贸 que era de 60 cm3. 驴Cu谩l es el valor de su densidad?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd).- Una llave de cobre tiene una masa de 5g y ocupa un volumen de 0.56 cm3. 驴Cu谩l es el valor de sudensidad?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOe).- Determine la masa que contiene un cuerpo, cuya densidad es de 2600 kg/m3 y ocupa un volumende 8500 cm3.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOf).- Si se tiene un cuerpo de 3 Kg y una densidad de 11400kg/m3驴Cu谩l ser谩 el volumen que ocupa?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 139: PR脕CTICA DE LABORATORIO LA DENSIDAD DE SUSTANCIAS S脫LIDAS: PROP脫SITO: Comprobar experimentalmente la densidad de sustancias s贸lidas y desarrollar en el alumno la habilidad para el manejo de la balanza. Materiales:飦 Tornillo de hierro飦 Trozo peque帽o de aluminio飦 Trozo peque帽o de cobre飦 Balanza飦 Agua飦 Probeta graduada de 100 ml飦 Cinta adhesiva飦 Tres plumones de diferente color Desarrollo: 1.- Verificar antes de iniciar tu pr谩ctica que la balanza est茅 calibrada. Una balanza est谩 equilibrada cuando el riel marca 0g sin cuerpos sobre el platillo. Si no es as铆, 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).- 驴C贸mo puedes obtener el volumen del tornillo?_________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 5.- Ahora verifica el nivel del agua y repite la operaci贸n con los otros objetos. 6.- Calcula la densidad de los objetos y an贸tala en la tabla. DENSIDAD Y PESO ESPEC脥FICO La densidad de una sustancia (D) expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se determina como ya sabemos dividi茅ndola la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa:
    • 140:Sin embargo el peso espec铆fico 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 relaci贸n entre la densidad y el peso espec铆fico 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 鈥 D鈥 tenemos,5.- D = Pe / V ACTIVIDAD N潞 48Prop贸sito: Qu茅 el alumno identifique la diferencia entre densidad y peso espec铆fico de la materia.1.- 0. 5 de alcohol et铆lico ocupan un volumen de 0.000633 m3. Calcular:a).- 驴Cu谩l es su densidad?b).- Cual es su peso especifico?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 141:2.- Calcular la masa y el peso espec铆fico de 15 000 litros de gasolina. Densidad de la gasolina 700kg/m3.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- 驴Cu谩l es la densidad de un aceite cuyo peso espec铆fico es de 8967 N/m3?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- 驴Cu谩l es el volumen, en metros c煤bicos y en litros, de 3000 N de aceite de oliva, cuyo pesoespec铆fico es de 9016 N/m3?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- Calcular el peso espec铆fico del oro, cuya densidad es de 19300 kg/m3.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • PRINCIPIO DE PASCAL 142: Sabemos que un l铆quido produce una presi贸n hidrost谩tica debido a su peso, pero si el l铆quido seencierra herm茅ticamente dentro de un recipiente puede aplic谩rsele otra presi贸n utilizando un 茅mbolo;dicha presi贸n se trasmitir谩 铆ntegramente a todos los puntos del l铆quido, a diferencia de los gases ys贸lidos, son pr谩cticamente incompresibles. Est谩 observaci贸n fue hecha por el f铆sico franc茅s BlaisePascal (1623 – 1662), quien enunci贸 el siguiente principio que lleva su nombre:鈥淭oda presi贸n que ejerce sobre un l铆quido encerrado en un recipiente se trasmite con la mismaintensidad a todos los puntos del l铆quido y a las paredes del recipiente que lo contiene鈥. La prensa hidr谩ulica es una de las aplicaciones del principio de pascal. Consta esencialmente doscilindros de diferente di谩metro, cada una con su respectivo 茅mbolo, unidos por medio de un tubo decomunicaci贸n. Se llenan de l铆quido el tubo y los cilindros, y al aplicarle una fuerza en el 茅mbolo demenor tama帽o la presi贸n que genera se transmitir谩 铆ntegramente en el cilindro mayor, que est谩 unido auna plataforma, empuja el 茅mbolo hacia arriba.Con este dispositivo, si una fuerza peque帽a act煤a sobre el 茅mbolo menor produce una gran fuerzasobre el 茅mbolo mayor.La presi贸n en el 茅mbolo menor est谩 dada por la relaci贸n f/a, y en el 茅mbolo mayor por F/A. Deacuerdo con el principio de Pascal ambas presiones son iguales, por lo tanto, la f贸rmula para la prensahidr谩ulica es:La prensa hidr谩ulica se utiliza en las estaciones de servicio, para levantar autom贸viles; en la industria,para comprimir algod贸n o tabaco; para extraer aceites de algunas semillas, o jugo de algunas frutas.Los frenos hidr谩ulicos de los autom贸viles tambi茅n se basan en el principio de Pascal.
    • ACTIVIDAD N潞 49 143:Prop贸sito: Qu茅 el alumno realice mediciones de la presi贸n de un objeto dentro de un l铆quido yexplicar los resultados con el principio de Pascal, y el funcionamiento de algunos aparatos.1.- 驴Qu茅 fuerza se obtendr谩 en el 茅mbolo mayor de una prensa hidr谩ulica cuya 谩rea es de 100 cm2,cuando en el 茅mbolo menor de 谩rea es igual a 15 cm2 se aplica una fuerza de 200 N?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- Calcular la fuerza que se obtendr谩 en el 茅mbolo mayor de una prensa hidr谩ulica de un di谩metro de20 cm, si en el 茅mbolo menor de 8 cm se ejerce una fuerza de 150N.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- Calcular la fuerza que se debe de aplicar en el 茅mbolo menor de una prensa hidr谩ulica de 10 cm2 de谩rea, si en el 茅mbolo mayor con un 谩rea de 150 cm2 se produce una fuerza de 10 500N.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- 驴Cu谩l ser谩 la fuerza que se producir谩 en el 茅mbolo mayor de una prensa hidr谩ulica , cuya 谩rea es de40cm2, si en el 茅mbolo menor de 12 cm2 se ejerce una fuerza de 250 N.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • PRINCIPIO DE ARQU脥MIDES 144: Cuando un cuerpo se sumerge en un l铆quido se observa que 茅ste ejerce una presi贸n verticalascendente sobre 茅l. 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 aparentep茅rdida de peso a medida que nos aproximamos a la parte m谩s honda, comenzando a flotar debido alempuje recibido por el agua.El empuje que reciben lo cuerpos al ser introducidos en un l铆quido fue estudiado por el griegoArqu铆medes (287-212 a. C.), quien adem谩s se destac贸 por sus investigaciones realizadas sobre el usode las palancas, la geometr铆a plana y del espacio, y su teor铆a sobre los n煤meros.El principio de Arqu铆medes dice: 鈥淭odo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empujeascendente igual al peso del fluido desalojado鈥滶n un cuerpo totalmente sumergido en un l铆quido, todos los puntos de su superficie reciben unapresi贸n hidrost谩tica, que es mayor conforme aumenta la profundidad de un punto. Las presionesejercidas sobre las caras laterales opuestas del cuerpo se neutralizan mutuamente, sin embargo, est谩sujeto a otras dos fuerzas opuestas: su peso que lo empuja hacia abajo y el empuje del l铆quido 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 del铆quido que su volumen.2.- Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecer谩 en equilibrio, es decir, sumergidodentro del l铆quido.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 l铆quido se determina multiplicando el peso espec铆ficodel l铆quido por el volumen desalojado de est茅: E = (Pe) ( V).
    • ACTIVIDAD N潞 50 145:Con el objetivo de que reflexiones c贸mo varia la presi贸n a medida que aumenta la profundidaden un l铆quido, 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 presi贸n 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 qu茅 __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.- Se observa un recipiente peque帽o y uno m谩s grande. Ambos llenos con agua hasta una altura de 60cm 驴C贸mo es la presi贸n ejercida por el agua en el fondo en cada uno de los recipiente, igual o diferentey por qu茅?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.- Explica en que consiste la paradoja hidrost谩tica de Stevin:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.- Explica c贸mo es posible que los grandes barcos y porta aviones puedan flotar_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • ACTIVIDAD N潞 51 146: Prop贸sito: Qu茅 identifiques las caracter铆sticas de los s贸lidos y fluidos, realiza la siguiente actividad experimental. CUERPOS S脫LIDOS Y FLUIDOS Prop贸sito: Identificar las propiedades de los cuerpos s贸lidos y fluidos Material:飪 Un cuerpo s贸lido de metal飪 Un vaso de precipitados飪 Una caja de cerillos飪 Agua PROCEDIMIENTO: 1.- Forma un equipo de cuatro compa帽eros. 2.- Coloquen el cuerpo s贸lido de metal sobre la mesa de trabajo. 3.- Pongan tambi茅n 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 combusti贸n. 5.- tomen el cuerpo s贸lido con sus dedos y traten de doblarlo para cambiar su volumen, es decir, su forma. 驴Lo consiguieron?______________________________________________________________ 驴C贸mo lo explican? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 6.- Sumerjan en el vaso con agua dos dedos, el pulgar y el 铆ndice, traten de comprimir con sus dedos el agua. 驴Lo consiguen? ______________________________________________________________ 驴C贸mo lo explican? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 7.- Observa el gas que se desprende durante la combusti贸n del cerillo. 驴Lo podr铆an juntar en un vaso tal como lo Hacen cuando ponen agua en dicho vaso? _______________________________________ 驴Por qu茅?__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 8.- Se帽alen las principales caracter铆sticas que puedan apreciar de los tres estados de agregaci贸n de la materia. a).- S贸lido: _________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
    • 147:b).- L铆quido: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- Gaseoso: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________9.- 驴Tienen forma definida los s贸lidos? S铆 o No y 驴por qu茅? ____________________________________________________________________________________________________________________10.- 驴Tienen forma definida los l铆quidos? S铆 o No y 驴por qu茅? __________________________________________________________________________________________________________________11.- 驴Tienen forma definida los gases? S铆 o No y 驴por qu茅? ____________________________________________________________________________________________________________________12.- 驴En qu茅 consiste la propiedad de los s贸lidos llamada rigidez? _______________________________________________________________________________________________________________13.- 驴Por qu茅 se le puede dar el nombre de fluido a un l铆quido o a un gas, pero no se le puede dar esenombre a un s贸lido? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________14.- 驴Por qu茅 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 pl谩stico, explica como se puede demostrar la comprensi贸n yexpansi贸n de los gases y la incompresibilidad de los l铆quidos.a).- Comprensi贸n y expansi贸n de gases: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Incompresibilidad de los l铆quidos: ____________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 148: Un gas se caracteriza porque sus mol茅culas est谩n muy separadas unas de otras, raz贸n por lacual carecen de forma definida y ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene. Son fluidoscomo los l铆quidos pero se diferencian de 茅stos por ser sumamente compresibles debido a la m铆nimafuerza de cohesi贸n entre sus mol茅culas. De acuerdo con la teor铆a cin茅tica molecular, los gases est谩nconstituidos por mol茅culas independientes como si fueran esferas el谩sticas en constante movimiento,chocando entre s铆 y contra las paredes del recipiente que los contiene. Cuando la temperatura de ungas aumenta, se incrementa la agitaci贸n de sus mol茅culas y en consecuencia se eleva la presi贸n. Perosi la presi贸n permanece constante, entonces aumentar谩 el volumen ocupado por el gas. Si un gas secomprime, se incrementan los choques entre sus mol茅culas y se eleva la cantidad de calor desprendida,como resultado de un aumento en energ铆a cin茅tica de las mol茅culas. Todos los gases pueden pasar alestado l铆quido siempre y cuando se les comprima a una temperatura inferior a su temperatura cr铆tica. LEY DE BOYLE El ingl茅s Robert Boyle (1627-1691) es considerado el padre de la qu铆mica moderna. Fue eliniciador de las investigaciones respecto a los cambios en el volumen de un gas, como consecuenciade las variaciones de la presi贸n aplicada, y enuncio la siguiente ley que lleva su nombre:鈥朅 unatemperatura constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas var铆a de manerainversamente proporcional a la presi贸n absoluta que recibe鈥.Por lo tanto su expresi贸n matem谩tica es: PiVi = PfVf Analiza el siguiente ejemplo: Un gas ocupa un volumen de 200cm3 a una presi贸n de 760mm de Hg. 驴Cu谩l ser谩 su volumen si lapresi贸n recibida aumenta a 900mm de Hg.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脪NVi = 200cm3 PiVi = PfVf Vf = (760mmde Hg) (200cm3)/900mm de HgPi = 760 mm de Hg DESPEJE RESULTADOVf = ? Vf = Pi Vi / Pf Vf = 168.89cm3
    • ACTIVIDAD N潞 52 149: Prop贸sito: Qu茅 el alumno relacione fen贸menos cotidianos con el comportamiento de los gasesde acuerdo con el modelo de part铆culas.1.- Determine el volumen que ocupar谩 un gas a una presi贸n de 587 mm de Hg, si a una presi贸n de690 mm de Hg, su volumen es igual a 1500 cm3.DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO2.- un gas recibe una presi贸n de 2 atm贸sferas y ocupa un volumen de 125 cm3. Calcular la presi贸n quedebe soportar para que su volumen sea de 95 cm3.DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO3.- Calcular el volumen de un gas al recibir una presi贸n de una 2 atm贸sferas, si su volumen es de0.75 litros a una presi贸n de 1.5 atm贸sferas.DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO
    • LEY DE CHARLES 150: En 1785 el cient铆fico franc茅s Jacques Charles fue el primero en hacer mediciones acerca de losgases que se expanden al aumentar su temperatura y enunci贸 una ley que lleva su nombre: 麓麓A unapresi贸n constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varia de maneradirectamente proporcional a su temperatura absoluta麓麓 A una temperatura de 0掳K, es decir, en el cero absoluto de temperatura y equivalente a -273掳C,el volumen de un gas es nulo, lo cual significa que todo el movimiento de la s mol茅culas ha cesado. Enel cero absoluto de temperatura, la ausencia de volumen del gas y del movimiento de sus part铆culasimplica el estado m铆nimo de energ铆a y, por consiguiente, la m铆nima temperatura posible. Al considerar a un gas bajo dos diferentes condiciones de volumen y temperatura tenemos lasiguiente expresi贸n matem谩tica:Vi/Ti = Vf/Tf esta ecuaci贸n relaciona los 2 estados de volumen y temperatura de un gas, parauna masa y presi贸n constante. Analiza el siguiente ejemplo:Se tiene un gas a una temperatura de 25掳C y con un volumen de 70 cm3 a una presi贸n de 586 mm deHg. 驴Qu茅 volumen ocupar谩 este gas a una temperatura de 0掳C si la presi贸n permanece constante?DATOS F脪RMULA CONVERSI脪N DE UNIDADESTi = 25掳C Vi/Ti = Vf/Tf Para Ti: 掳K = 掳C + 273 = 25掳C + 273 = 298掳KVi = 70 cm3Vf =? DESPEJE Para Tf: 掳K = 掳C + 273 = 0掳C + 273 = 273掳KTf = 0掳C Vf = (Vi) (Tf) SUSTITUCI脫N Y RESULTADOP = Constante Ti Vf = (70cm3) (273掳K) = 64.13 cm3 298掳K
    • ACTIVIDAD N潞 53 151: Prop贸sito: Qu茅 el alumno relacione fen贸menos cotidianos con el comportamiento de los gasesde acuerdo con el modelo de part铆culas.1.- Una masa determinada de nitr贸geno gaseoso ocupa un volumen de 0.03鈩 a una temperatura de23掳C y a una presi贸n de una atm贸sfera, calcular su temperatura absoluta si el volumen que ocupa es de0.02鈩 a la misma presi贸n.DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO2.- Una masa de ox铆geno gaseoso ocupa un volumen de 50 cm3 a una temperatura de 18掳C y a unapresi贸n de 690 mm de Hg. 驴Qu茅 volumen ocupar谩 a una temperatura de 24掳C si la presi贸n recibidapermanece constante?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO3.- Calcular la temperatura absoluta a la cual se encuentra un gas que ocupa un volumen de 0.4 鈩 a unapresi贸n de una atm贸sfera, si a una temperatura de 45掳C ocupa un volumen de 1.2 鈩 a la misma presi贸n.DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO
    • LEY DE GAY-LUSSAC 152: El cient铆fico franc茅s Joseph Luis Gay-Lussac (1778-1850) encontr贸 la relaci贸n existente entrela temperatura y la presi贸n de un gas cuando el volumen del recipiente que lo contiene permanececonstante. Como resultado de ello enunci贸 la siguiente ley que lleva su nombre:鈥朅 un volumenconstante y para una masa determinada de un gas, la presi贸n absoluta que reciben el gas esdirectamente proporcional a su temperatura absoluta鈥 Esto significa que si la temperatura de un gas aumenta, tambi茅n aumenta su presi贸n en lamisma proporci贸n, siempre y cuando el volumen del gas permanezca constante. En forma matem谩ticaesta ley se expresa de la siguiente manera:Pi/Ti = Pf/Tf Esta ecuaci贸n relaciona las dos estados de presi贸n y temperatura de una gas, Para una masa y volumen constantes. Analiza el siguiente ejemplo:Una masa dada de gas recibe unas presi贸n absoluta de 2.3 atm贸sferas, su temperatura es de 33掳C yocupa un volumen de 850 cm3. Si el volumen del gas permanece constante y su temperatura aumentaa 75掳C, 驴Cu谩l ser谩 la presi贸n absoluta del gas?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADOPi = 2.3 atm Pi/Ti = Pf/Tf Pf = (2.3 atm) (348掳K) = 2.6 atmTi = 33掳C + 273 = 306掳K 306掳KTf = 75掳C + 273 = 348掳K DESPEJEPf =? Pf = (Pi) (Tf)V = constante Ti
    • ACTIVIDAD N潞 54 153: Prop贸sito: Qu茅 el alumno relacione fen贸menos cotidianos con el comportamiento de los gasesde acuerdo con el modelo de part铆culas.1.-Un gas encerrado en un recipiente mantiene una temperatura de 22掳C y tiene una presi贸n absolutade 3.8 atm贸sferas. 驴Cu谩l es la temperatura del gas si su presi贸n absoluta es de 2.3 atm贸sferas?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO2.- Un bal贸n de futbol recibe una presi贸n absoluta de 78 000 Pascal a una temperatura de 19掳C, si elbal贸n recibe un incremento en su temperatura a 25掳C debido a los rayos solares 驴Qu茅 presi贸nsoportar谩?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO3.- 驴Qu茅 volumen ocupar谩 un gas de 77掳C si a 7掳C ocupa un volumen de 500 cm3?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO4.- 驴A que temperatura debe encontrarse un gas para que ocupe un volumen de 200cm3, si a 20掳Cocupa un volumen de 100cm3?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N 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 conserv谩ndose las dem谩s constantes.No obstante, se debe buscar una relaci贸n real que involucre los cambios de presi贸n, volumen ytemperatura sufridos por un gas en cualquier proceso en que se encuentre. Esto se logra mediante laexpresi贸n matem谩tica: (Pi) (Vi) = (Pf) (Vf) Ti TfEsta relaci贸n 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 presi贸n, 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 hidr贸geno gaseoso ocupa un volumen de 2 litros a una temperatura de 38掳C y a unapresi贸n absoluta de 696 mm de Hg. 驴Cu谩l ser谩 su presi贸n absoluta si su temperatura aumenta a 60掳C ysu volumen es de 2.3 litros?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪NVi = 2鈩 (Pi) (Vi) = (Pf) (Vf) Pf = (696mm de Hg)(2鈩)(333掳K) Ti Tf (2.3鈩)(311掳K)Ti = 38掳C+273 =311掳KPi = 696 mm de Hg DESPEJE RESULTADOVf = 2.3 鈩揟f = 60掳C+273=333掳K Pf = (Pi) (Vi) (Tf) Pf = 648.030 mm de Hg.Pf = ? (Vf) (Ti)
    • ACTIVIDAD N潞 55 155:Prop贸sito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del razonamiento matem谩tico y; adem谩s, queutilicen la aplicaci贸n de los conocimientos adquiridos sobre el comportamiento de los gases.1.-Calcular el volumen que ocupar谩 un gas en condiciones normales si a una presi贸n de 858 mm de Hgy 23掳C su volumen es de 230 cm3.DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO2.- A un gas que est谩 dentro de un recipiente de 4 litros se le aplica una presi贸n absoluta de 1020 mmde Hg y su temperatura es de 12掳C. 驴Cu谩l ser谩 su temperatura si ahora recibe una presi贸n absoluta de920 mm de Hg y su volumen es de 3.67 litros?DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO3.-Determinar el volumen ocupado por un gas que se encuentra a una presi贸n absoluta de 970 mm deHg y a una temperatura de 57掳C, si al encontrarse a una presi贸n absoluta de 840 mm de Hg y unatemperatura de 26掳C su volumen es de 0.5 litros.DATOS F脪RMULA SUSTITUCI脪N RESULTADO
    • 156:
    • MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA 157: Composici贸n de la materiaLa materia est谩 integrada por 谩tomos, part铆culas diminutas que, a su vez, se componen de otras a煤nm谩s peque帽as, llamadas part铆culas subat贸micas, las cuales se agrupan para constituir los diferentesobjetos.Un 谩tomo es la menor cantidad de un elemento qu铆mico que tiene existencia propia y puede entraren combinaci贸n. Est谩 constituido por un n煤cleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y unacorteza, donde se encuentran los electrones. Cuando el n煤mero de protones del n煤cleo es igual al deelectrones de la corteza, el 谩tomo se encuentra en estado el茅ctricamente neutro.Se denomina n煤mero at贸mico al n煤mero de protones que existen en el n煤cleo del 谩tomo de unelemento. Si un 谩tomo pierde o gana uno o m谩s electrones adquieren carga positiva o negativa,convirti茅ndose en un ion. Los iones se denominan cationes si tienen carga positiva y aniones si tienencarga negativa.La mayor铆a de los cient铆ficos cree que toda la materia contenida en el Universo se cre贸 en unaexplosi贸n denominada Big Bang, que desprendi贸 una enorme cantidad de calor y de energ铆a. Al cabode unos pocos segundos, algunos de los haces de energ铆a se transformaron en part铆culas diminutas que,a su vez, se convirtieron en los 谩tomos que integran el Universo en que vivimos.En la naturaleza los 谩tomos se combinan formando las mol茅culas. Una mol茅cula es una agrupaci贸n dedos o m谩s 谩tomos unidos mediante enlaces qu铆micos. La mol茅cula es la m铆nima cantidad de unasustancia que puede existir en estado libre conservando todas sus propiedades qu铆micas.Todas las sustancias est谩n formadas por mol茅culas. Una mol茅cula puede estar formada por un 谩tomo(monoat贸mica), por dos 谩tomos (diat贸mica), por tres 谩tomos (triat贸mica) o m谩s 谩tomos (poliat贸mica)Las mol茅culas de los cuerpos simples est谩n formadas por uno o m谩s 谩tomos id茅nticos (es decir, de lamisma clase). Las mol茅culas de los compuestos qu铆micos est谩n formadas al menos por dos 谩tomos 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 m谩s posible, en mitades sucesivas, llegar谩 un momento en que no podr谩 dividirsem谩s, ya que se obtendr铆a la cantidad m谩s peque帽a de agua. Esta m铆nima cantidad de agua, tal como se dijo anteriormente, corresponde a una mol茅cula. Si estamol茅cula se dividiera a煤n m谩s, ya no ser铆a agua lo que se obtendr铆a, sino que 谩tomos de hidr贸geno yde ox铆geno que son los constituyentes de la mol茅cula de agua.
    • 158:Por lo tanto, una mol茅cula es la part铆cula de materia m谩s peque帽a que puede existir como sustanciacompuesta. Cuando la mol茅cula de agua: (H2O) se divide en dos 谩tomos de hidr贸geno y un 谩tomo deox铆geno, la sustancia dej贸 de ser agua.Los cient铆ficos han demostrado que la materia, sea cual fuere su estado f铆sico, es de naturalezacorpuscular, es decir, la materia est谩 compuesta por part铆culas peque帽as, 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 est谩n constituidas por 谩tomos iguales, o sea de la misma naturaleza.Por ejemplo: hierro, oro, plata, calcio, etc. Los compuestos est谩n constituidos por 谩tomos diferentes.El agua y el hidr贸geno son ejemplos de sustancias puras. El agua es un compuesto mientras que elhidr贸geno es un elemento. El agua est谩 constituida por dos 谩tomos de hidr贸geno y uno de ox铆geno y elhidr贸geno 煤nicamente por dos 谩tomos de hidr贸geno. Si se somete el agua a cambios de estado, su composici贸n no var铆a porque es una sustancia pura, perosi se somete a cambios qu铆micos el agua se puede descomponer en 谩tomos de hidr贸geno y de ox铆geno.Con el hidr贸geno no se puede hacer lo mismo. Si se somete al calor, la mol茅cula seguir谩 estandoconstituida por 谩tomos de hidr贸geno. Si se intenta separarla por medios qu铆micos siempre se obtendr谩hidr贸geno.En la naturaleza existen m谩s de cien elementos qu铆micos conocidos Y m谩s de un mill贸n decompuestos.Las mezclas se obtienen de la combinaci贸n de dos o m谩s sustancias que pueden ser elementos ocompuestos. En las mezclas no se establecen enlaces qu铆micos entre los componentes de la mezcla.Las mezclas pueden ser homog茅neas o heterog茅neas.Las mezclas homog茅neas son aquellas en las cuales todos sus componentes est谩n distribuidosuniformemente, es decir, la concentraci贸n es la misma en toda la mezcla, en otras palabras en lamezcla hay una sola fase. Ejemplos de mezclas homog茅neas son la limonada, sal disuelta en agua, etc.Este tipo de mezcla se denomina soluci贸n o disoluci贸n.Las mezclas heterog茅neas son aquellas en las que sus componentes no est谩n distribuidosuniformemente en toda la mezcla, es decir, hay m谩s de una fase; cada una de ellas mantiene suscaracter铆sticas. Ejemplo de este tipo de mezcla es el agua con el aceite, arena disuelta en agua, etc.; enambos ejemplos se aprecia que por m谩s que se intente disolver una sustancia en otra siempre pasadoun determinado tiempo se separan y cada una mantiene sus caracter铆sticas.Propiedades de la materiaLas propiedades de la materia corresponden a las caracter铆sticas espec铆ficas por las cuales unasustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:Propiedades f铆sicas: dependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse comoejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.Propiedades qu铆micas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Porejemplo, la oxidaci贸n de un clavo (est谩 constituida de hierro).Las propiedades f铆sicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:Propiedades f铆sicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden ala masa, el volumen, la longitud.
    • 159:Propiedades f铆sicas intensivas: dependen s贸lo 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掳 56Con los siguientes conceptos forma un mapa conceptual.Estructura interna de la materia, Modelo at贸mico, la estructura interna de los 谩tomos,electrones, protones, neutrones, n煤cleo del 谩tomo, propiedades el茅ctricas y magn茅ticas. ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA Su explicaci贸n requiere de un MODELO AT脫MICO Que considera LA ESTRUCTURA INTERNA DE LOS ATOMOS Constituidos por PROTONES NEUTRONES ELECTRONES Se encuentren en el Son responsables de PROPIEDADES EL脡CTRICAS N脷CLEO DEL 脕TOMO Y MAGN脡TICAS
    • 160: CARGA EL脡CTRICALa carga el茅ctrica es una propiedad que poseen algunas part铆culas subat贸micas y que se manifiestamediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada el茅ctricamente es influida por loscampos electromagn茅ticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacci贸n entre carga y campoel茅ctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interacci贸n. La part铆cula quetransporta la informaci贸n de estas interacciones es el fot贸n. 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 part铆culas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma naturalen la Tierra son el electr贸n y el prot贸n, aunque pueden encontrarse otras part铆culas cargadasprocedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el prot贸n y elneutr贸n) adem谩s, est谩n constituidos por part铆culas cargadas m谩s peque帽as llamadas quarks, sinembargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza.Cuando un 谩tomo gana o pierde un electr贸n, queda cargado el茅ctricamente. A estos 谩tomoscargados se les denomina iones.Los trabajos de investigaci贸n realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel deF铆sica Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electr贸n, y de Robert Millikan amedir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga el茅ctrica.En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga el茅ctrica se denomina Coulomb (s铆mboloC) y se define como la cantidad de carga que pasa por una secci贸n en 1 segundo cuando la corrienteel茅ctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de 6.24 脳 1018 electrones aproximadamente. Lacarga m谩s peque帽a que se encuentra en la naturaleza es la carga del electr贸n (que es igual en magnituda la del prot贸n y de signo opuesto): e = 1.602 脳 10-19 C
    • 161: CORRIENTE EL脡CTRICALa corriente o intensidad el茅ctrica 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 sobr茅 segundo), unidad que se denomina Amperio. Unacorriente el茅ctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magn茅tico, loque se aprovecha en el electroim谩n.El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente el茅ctrica es el galvan贸metro que,calibrado en amperios, se llama amper铆metro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad sedesea medir.Hist贸ricamente, la corriente el茅ctrica se defini贸 como un flujo de cargas positivas y se fij贸 el sentidoconvencional de circulaci贸n de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativoy sin embargo posteriormente se observ贸, 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 electr贸n se ve atra铆do por dicho polo creando un huecopara ser cubierto por otro electr贸n del siguiente 谩tomo y as铆 sucesivamente hasta llegar al polonegativo (sentido convencional) es decir la corriente el茅ctrica es el paso de electrones desde el polonegativo al positivo comenzando dicha progresi贸n en el polo positivo.En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con electricidad, s贸lo se dispon铆a decarga el茅ctrica generada por frotamiento o por inducci贸n. Se logr贸 (por primera vez, en 1800) tener unmovimiento constante de carga cuando el f铆sico italiano Alessandro Volta invent贸 la primera pilael茅ctrica. Conducci贸n el茅ctricaUn material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de laelectricidad a trav茅s del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decirque pertenezcan a alg煤n 谩tomo determinado.Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar aotro en dicha regi贸n. Supongamos que la carga se mueve a trav茅s de un alambre. Si la carga (q) setransporta a trav茅s de una secci贸n transversal dada del alambre en un tiempo (t), entonces la corriente(I) a trav茅s del alambre es I = q/t. Aqu铆 q est谩 en Coulombs, t en segundos, e I en amperios (1A =1C/s).Una caracter铆stica de los electrones libres es que, incluso sin aplicarles un campo el茅ctrico desdeafuera, se mueven a trav茅s del objeto de forma aleatoria debido a la energ铆a cal贸rica. En el caso de queno hayan aplicado ning煤n campo el茅ctrico, 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 trav茅s 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 tensi贸n externa (como, por ejemplo, una bater铆a) a los extremos de unmaterial conductor, se est谩 aplicando un campo el茅ctrico sobre los electrones libres. Este campoprovoca el movimiento de los mismos en direcci贸n al terminal positivo del material (los electrones sonatra铆dos [tomados] por el terminal positivo y rechazados [inyectados] por el negativo). Es decir, loselectrones libres son los portadores de la corriente el茅ctrica 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 disminuci贸n de carga en ning煤n punto delconductor, la corriente es estacionaria.Para obtener una corriente de 1 amperio, es necesario que 1 Coulomb de carga el茅ctrica por segundoest茅 atravesando un plano imaginario trazado en el material conductor.El valor I de la intensidad instant谩nea ser谩:Si la intensidad es variable la f贸rmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo detiempo considerado.Seg煤n la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia queoponen los cuerpos:
    • 163: Estudia con atenci贸n el siguiente ejemplo:驴Cu谩ntos Coulomb pasan por un segundo durante 30 minutos si la intensidad de corriente es de0.25 A?.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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, 驴Cu谩ntos electrones pasan por el conductor?. 1 e鈥 = 2.81 X 1021 electrones 450 C 围 鈥 19 6 X 10 C ACTIVIDAD N潞 57Prop贸sito: Qu茅 el alumno reinterprete los aspectos analizados previamente sobre lacorriente el茅ctrica 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 n煤mero de electrones que atraviesan el conductor en una hora.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- A trav茅s de un alambre pasan 650 C en 15 minutos. 驴Cu谩l es la intensidad de corriente?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 164:3.- 驴Cu谩nto tiempo debe circular una corriente de 5 A para que pase una carga de 2700 C?.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Hallar el n煤mero de electrones que circulan en un conductor con una corriente de 2 A en 10 min.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- Si por el conductor pasan 30 000 C en 2 horas. Hallar la intensidad de corriente.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO6.- 驴Cu谩nto tiempo se requiere para que se desplacen 4 800 C, si la corriente es de 6 A.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 165: DIFERENCI A DE POTENCIAL EL脡CTRICO (VOLTAJE)La tensi贸n, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud f铆sica que impulsa a los electrones a lolargo de un conductor en un circuito el茅ctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente el茅ctrica.La diferencia de potencial tambi茅n se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campoel茅ctrico, sobre una part铆cula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir conun volt铆metro. V=T/q V = voltaje en Voltios 贸 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 tensi贸n es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencialel茅ctrico de los puntos A y B en el campo.Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producir谩 unflujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladar谩 a trav茅s delconductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corrientecesar谩 cuando ambos puntos igualen su potencial el茅ctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es loque se conoce como corriente el茅ctrica.Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un s贸lo punto, o potencial, se refiere a ladiferencia de potencial entre este punto y alg煤n otro donde el potencial sea cero. Estudia con atenci贸n el siguiente ejemplo:Si una carga de 2X 10鈥6 C se mueve gracias a una diferencia de potencial de 2 Volts. Hallar el trabajonecesario para que la carga se desplace.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOQ = 2X 10鈥6 C V=T/q T = (2 J/C) (2X 10鈥6 C) T = 4X 10鈥6 CV = 2 Volts DESPEJE T = 0.000004 C T = (V) (q)
    • ACTIVIDAD N潞 58 166: Prop贸sito: Qu茅 el alumno analice la funci贸n del electr贸n como portador de carga el茅ctrica y su diferencia de potencial.1.- La diferencia de potencial entre dos puntos es de 110 000 V. 驴Qu茅 trabajo debe realizarse paramover una carga de 2 碌C de un punto a otro?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- El trabajo necesario para mover una carga de 7 碌C es de 6 J. hallar la diferencia de potencial.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- 驴Qu茅 carga se puede desplazar con un trabajo de 3nJ y una diferencia de potencial de 50 000 V?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Hallar la diferencia de potencial necesaria para que con un trabajo de 25 nJ se mueva una carga de12碌C?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- El trabajo necesario para llevar una carga de 5 nC de un punto a otro es de 3mJ. 驴Cu谩l es ladiferencia de potencial?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 167: RESISTENCIA EL脡CTRICALa resistencia el茅ctrica es la relaci贸n existente entre la diferencia de potencial el茅ctrico al que sesomete a un medio o componente y la intensidad de la corriente que lo atraviesa:R = V/ILa resistencia el茅ctrica 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 conductanciael茅ctrica y su unidad es el siemens.De la ecuaci贸n anterior se desprende que cuanta menor sea la intensidad de la corriente, mayor ser谩 laresistencia, por ello se dice que la resistencia el茅ctrica 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 el茅ctrica no depende de la cantidadde corriente o la diferencia de potencial aplicada por lo que ambas son proporcionales, siendo laresistencia de un conductor funci贸n de las caracter铆sticas del material y la temperatura a la que 茅ste seencuentra y de varios factores que influyen en la resistencia el茅ctrica de un conductor. Por ejemplo: La naturaleza del Conductor: Si tomamos alambres de la misma longitud y secci贸n 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, tambi茅n lo hace su resistencia. Su secci贸n o 谩rea transversal: (grosor) Al duplicarse la superficie de la secci贸n 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 carb贸n disminuye su resistencia al incrementarse la temperatura, porque la energ铆a que produce la elevaci贸n de temperatura libera m谩s electrones.
    • LEY DE OHM 168: George Sim贸n Ohm (1787–1854) f铆sico y profesor alem谩n, utilizo en sus experimentosinstrumentos de medici贸n bastante confiables y observo que si aumenta la diferencia de potencial enun circuito, mayor es la intensidad de la corriente el茅ctrica; tambi茅n comprob贸 que al incrementar laresistencia del conductor, disminuye la intensidad de la corriente el茅ctrica.Con base en sus observaciones en 1827 enunci贸 la siguiente ley que lleva su nombre:鈥淟a intensidad de la corriente el茅ctrica 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鈥滿atem谩ticamente 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 expresi贸n matem谩tica de la ley de Ohm tenemos que: R=V/ICon base en la ley de Ohm se define a la unidad de resistencia el茅ctrica 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 trav茅s de la resistencia:R (en ohmios) = V (en volts) I (en amperes) es decir 1 ohmio = V/ACabe se帽alar que la ley de ohm presenta algunas limitaciones como son:1.- Se puede aplicar a los metales pero no al carb贸n 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 direcci贸n que otra.
    • 169: Estudia con atenci贸n el siguiente ejemplo:Un conductor de resistencia igual a 4 鈩 es atravesado por una corriente de 1.5 A. hallar la diferenciade potencial.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOI = 1.5 A I =V/R V= (1.5 A) (4 鈩) V= 6 VoltiosR=4鈩 DESPEJEV =? V= (I) (R) ACTIVIDAD N潞 59Prop贸sito: Qu茅 el alumno(a) describa la resistencia el茅ctrica en funci贸n de los obst谩culosal movimiento de los electrones en los materiales.1.- Se aplica una diferencia de potencial de 120 V a una resistencia de 8 鈩. 驴Cu谩l es laintensidad de corriente que pasa?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- Hallar el valor de la resistencia el茅ctrica de un alambre por el que pasan 5 A con una diferencia depotencial de 80 V.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- Un foco de 100 V absorbe 1.5 A. Calcular su resistencia.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 170:4.- Hallar la intensidad de corriente el茅ctrica en un tostador de 12 鈩 y 120 V.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- 驴Cu谩l es la diferencia de potencial en un alambre de 5 鈩, si por este conductor pasan 850 C en20 minutos?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO6.- Un calentador el茅ctrico tiene una resistencia de 15 鈩 cuando est谩 caliente. 驴Cu谩l es la intensidad dela corriente que fluir谩 al conectarlo a una l铆nea de 110 V?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 171: CIRCUITOS EL脡CTRICOS Los circuitos el茅ctricos son un conjunto de elementos como las resistencias y las pilas queintegran un camino para la corriente el茅ctrica, con lo que se logra transformar energ铆a el茅ctricaen calor o en energ铆a luminosa.La resistencia puede ser un elemento como un bombillo, el disco de la cocina el茅ctrica, el radio, eltelevisor o cualquier elemento que requiera de electricidad para funcionar.Los circuitos el茅ctricos se pueden formar de tres maneras: circuitos en serie, circuitos en paraleloy circuitos mixtos. Su nombre depende de c贸mo se acomoden los elementos con respecto a lafuente. CIRCUITO EN SERIESe define un circuito en serie como aquel circuito en el que la corriente el茅ctrica 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 el茅ctrica es la misma en todos los puntos delcircuito.Donde I es la corriente en la resistencia R, V el voltaje de la fuente. Aqu铆 observamos que en general:
    • 172: Estudia con atenci贸n el siguiente ejemplo:Tres resistencias de 4鈩,6鈩,8鈩 se conectan en serie. El circuito es alimentado por unabater铆a de 24 V. hallar: a (.- la intensidad de corriente que circula en el circuito. b (.- ladiferencia de potencial en cada una de las resistencias. 8鈩 24 V 6鈩 4鈩).-DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOR1 = 4鈩 RT = R1 + R2 + R3 RT = 4鈩 + 6鈩 + 8鈩 RT = 18鈩2 = 6鈩 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOR3 = 8鈩 I=V/R I = 24 V / 18 鈩 I = 1.333 AB).- V1 = (R1 ) (I ) V1 =( 4鈩) (1.333 A) = 5.33 V V2 = (R2 ) (I ) V2 =( 6鈩) (1.333 A) = 8.00 V V3 = (R3 ) (I ) V3 =( 8鈩) (1.333 A) = 10.67 V 24 V
    • ACTIVIDAD N潞 60 173:Prop贸sito: Qu茅 el alumno(a) analice y contraste las ideas y los experimentos quepermitieron el descubrimiento de la inducci贸n electromagn茅tica.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 2鈩 5鈩 7鈩).-DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO R1 =1 鈩 R2 =8 鈩 18 V R3 =2 鈩 R5 =4 鈩 R4 =7 鈩).-DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • CIRCUITO EN PARALELO 174:Se define un circuito en paralelo como aquel circuito en el que la corriente el茅ctrica se bifurcaen cada nodo. Su caracter铆stica m谩s importante es el hecho de que el potencial en cada elementodel circuito tiene la misma diferencia de potencial.
    • 175: Estudia con atenci贸n el siguiente ejemplo:Se conectan 3 resistencias de 1鈩, 3鈩, 6鈩, 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 1鈩 3鈩 6鈩).-DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫NR1= 1鈩 1/RT = 1/1鈩+1/3鈩+1/6鈩2= 3鈩 1/RT = 6+2+1/6鈩 = 9/6鈩 = 3/2鈩3= 6鈩 1/RT = 3/2鈩 DESPEJANDO RESULTADO R = 2鈩 / 3 = 0.67 鈩 R = 0.67 鈩).- I=V/R I1 = V / R1 = 15V /1鈩 = 15 A I2 = V / R2 = 15V /3鈩 = 5 A I3 = V / R3 = 15V /6鈩 = 2.5 AC).- I = I1+I2+I3 = 15 A+5A+2.5A = 22.5 A Comprobaci贸n = 15 V /0.67鈩 = 22.388 A Redondeando a 22.5 A
    • ACTIVIDAD N潞 61 176:Prop贸sito: Qu茅 el alumno(a) analice y contraste las ideas y los experimentos quepermitieron el descubrimiento de la inducci贸n electromagn茅tica.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 1鈩 2鈩 3鈩ATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 178: CIRCUITO MIXTOEs una combinaci贸n de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la soluci贸n 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 el茅ctricas dom茅sticas. Laconexi贸n entre los bombillos de una misma habitaci贸n est谩 en paralelo, de manera que si unbombillo se "quema", los dem谩s 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 el茅ctrico y losbombillos se apagan todos juntos.Los cables el茅ctricos 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 el茅ctricos deben tener alta resistencia para que sepongan incandescentes y alumbren. El mejor de ellos para este fin es el tungsteno.Otros materiales son p茅simos conductores, ya que no permiten el paso de la electricidad. Entreellos se puede mencionar: pl谩stico, hule, madera, caucho, poliestireno y porcelana.
    • POTENCIA EL脡CTRICA. 179: Siempre que una carga el茅ctrica se mueve en un circuito a trav茅s 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 el茅ctrica. Pordefinici贸n; la potencia el茅ctrica es la rapidez con que se realiza un trabajo; tambi茅n se interpretacomo la energ铆a que consume una m谩quina o cualquier dispositivo el茅ctrico en un segundo.Para deducir la expresi贸n matem谩tica de la potencia el茅ctrica, debemos de partir del concepto de ladiferencia de potencial o voltaje, he ir despejando y sustituyendo una ecuaci贸n 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 ecuaci贸n 2 en 3, tenemos4.- P = V . q / t como la intensidad de corriente el茅ctrica es igual a la carga que pasa por un conductor en la unidad de tiempo, tenemos que;5.- I = q / t sustituyendo la ecuaci贸n 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 ecuaci贸n 8 en 6 obtenemos,9.- P = I . R . I simplificando la ecuaci贸n tenemos que P = I2 . R10.- I = V / R despejando Voltaje obtenemos,11.- V = I . R sustituyendo la ecuaci贸n 11 en 6 obtenemos,12.- P = V . V / R simplificando la ecuaci贸n tenemos que P = V2 / R 飥 Recuerda que la potencia tambi茅n es la energ铆a que consume una maquina o cualquier dispositivo el茅ctrico en un segundo, por tanto P = T / t
    • 180: Estudia con atenci贸n el siguiente ejemplo:Calcula:a).- 驴Qu茅 potencia el茅ctrica desarrolla una parrilla el茅ctrica que recibe una diferencia depotencial de 120 V y por su resistencia circula una corriente de 6 A?b).- La energ铆a el茅ctrica consumida en kW-H, al estar encendida la parrilla 45 minutos.c).- 驴Cu谩l es el costo del consumo de energ铆a el茅ctrica de la parrilla si el precio de 1 kw-h es de$ 40.00? DATOS F脫RMULAS SUSTITUCI脫N RESULTADOA).- P=? P=V. I P =(120 V) (6 A) P = 720 W V = 120 V I=6A B).- T = ? Conversi贸n 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 / energ铆a 0.54 kW-h X $ 40.00 / 1kW-h = $ 21.60
    • ACTIVIDAD N潞 62 181:Prop贸sito: Qu茅 el alumno(a) reconozca y valore las aportaciones de la aplicaci贸n de ladiferencia de potencial, intensidad de corriente y resistencia el茅ctrica en el consumo deenerg铆a 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 el茅ctrica que circula por 茅l, c).- la energ铆a que consumeel foco durante una hora 30 minutos en kW-h, d).- el costo de la energ铆a consumida, si un kW-h =$40.00.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- Un aparato el茅ctrico conectado a una fuente de 110 V absorbe 4 A. Hallar a).- la potencia el茅ctrica,b).- la energ铆a el茅ctrica consumida en Joules, c).- la energ铆a en kW-h, si el aparato funciona 3 horas.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 182:3.- DETERMINAR: a).- La potencia el茅ctrica desarrollada por un calentador el茅ctrico que se conecta auna diferencia de potencial de 120 V y por su resistencia circula una corriente de 8 A, b).- 驴Qu茅energ铆a el茅ctrica consume en kW-h al estar encendido 15 minutos? c).- 驴Cu谩l es el costo de la energ铆ael茅ctrica consumida por el calentador al considerar a $ 40.00 el kW-h?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 183: EFECTO JOULES Cuando circula corriente el茅ctrica en un conductor, parte de la energ铆a cin茅tica de los electronesse transforma en calor y eleva la temperatura de este con lo cual se origina el fen贸meno que recibe elnombre de efecto Joule. El enunciado de de la ley de Joule es el siguiente: 鈥淓l calor que produce una corriente el茅ctricaal circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de lacorriente, a la resistencia y al tiempo qu茅 dura circulando la corriente鈥 Matem谩ticamente se expresade la siguiente manera:Q = 0.24 . I2 . R . tAl observar la expresi贸n matem谩tica anterior encontramos que I2.R es la potencia el茅ctricamultiplicada por el tiempo, lo cual proporciona la energ铆a consumida, es decir, T = P.t = I2 . R . t .Esta cantidad de energ铆a el茅ctrica consumida en Joules se transforma en calor, por ello la constante de0.24 representa la equivalencia siguiente: 1 Joules de trabajo = 0.24 calor铆as de energ铆a t茅rmica Existen varios aparatos y dispositivos el茅ctricos que producen calor como consecuenciadel efecto Joules; por ejemplo: las Planchas, radiadores, tostadores, calentadores o parrillas el茅ctricas,etc. Estudia con atenci贸n el siguiente ejemplo:Por la resistencia de 30 鈩 de una plancha el茅ctrica circula una corriente de 4 A al estar conectada auna diferencia de potencial de 120 V. 驴Qu茅 cantidad de calor produce en 5 minutos?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫NR = 30 鈩 Q = 0.24 . I2 . R . t Q =( 0.24) ( 4 A)2 (30 鈩) (300 seg)I=4A RESULTADOV = 120 V Q = 34 560 calor铆ast = 5 min = 300 seg
    • ACTIVIDAD N潞 63 184:Prop贸sito: Qu茅 el alumno analice y contraste las ideas y experimentos que permitieron eldescubrimiento de la corriente el茅ctrica y su transformaci贸n en calor.1.- Por el embobinado de un caut铆n el茅ctrico circula 5 A al estar conectado a una diferenciade potencial de 110 V. 驴Qu茅 calor genera en un minuto?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- Un tostador el茅ctrico de pan tiene una resistencia de 20 鈩 y se conecta durante 2 minutos a unadiferencia de potencial de 110 V 驴Qu茅 cantidad de calor produce?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- 驴En cuanto tiempo desprende un aparato el茅ctrico 68214 calor铆as si su intensidad de corriente es de14.5 A y ofrece una resistencia de 18鈩?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO4.- Calcula la resistencia que debe tener un tostador de pan que desprende 22032 calor铆as, cuando suintensidad de corriente es de 9.3 A, al transcurrir 30 minutos.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 隆Y SE HIZO LA LUZ! 185: Una de las ramas m谩s antiguas de la F铆sica es la 贸ptica, ciencia encargada del estudio de la luz yde los fen贸menos luminosos, que comienza cuando el hombre trata de explicar el fen贸meno de lavisi贸n considerando una facultad an铆mica que le permite relacionarse con el mundo exterior.En la antig眉edad s贸lo se interpretaba a la luz como lo opuesto a la oscuridad. Mas adelante, losfil贸sofos griegos se percataron de la existencia de algo que relacionaba la distancia entre nuestros ojos,las cosas vistas y la fuente que las iluminaba.Pit谩goras se帽alaba en su teor铆a: la luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todasdirecciones, choca contra los objetos y rebota de ellos, cuando 茅sta penetra en nuestros ojos, produce lasensaci贸n de ver el objeto desde el cual rebot贸. Epicuro de Samos, otro fil贸sofo griego, se帽alaba; la luzes emitida por los cuerpos en formas de rayos, 茅stos al entrar al ojo estimulan el sentido de la vista.A fines del siglo XVII exist铆an dos teor铆as que trataban de explicar la naturaleza de la luz. Una era lateor铆a Corpuscular de Isaac Newton (1642- 1726) que indica que la luz est谩 compuesta por diminutaspart铆culas materiales emitidas a gran velocidad en l铆nea recta por cuerpos luminosos. La direcci贸n depropagaci贸n de estas part铆culas recibe el nombre de rayos luminosos.La teor铆a de Newton se fundamenta en los puntos siguientes: 飪 Propagaci贸n rectil铆nea. La luz se propaga en l铆nea recta porque los corp煤sculos que la forman se mueven a gran velocidad. 飪 Reflexi贸n. Se sabe que la luz se refleja al chocar contra un espejo. Newton explicaba este fen贸meno diciendo que las part铆culas luminosas son perfectamente el谩sticas y por tanto, la reflexi贸n cumple las leyes del choque el谩stico. 飪 Refracci贸n: el hecho de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando la direcci贸n de propagaci贸n, tiene dif铆cil explicaci贸n con la teor铆a corpuscular. sin embargo, Newton supuso que la superficie de separaci贸n de dos medios de distinto 铆ndice de refracci贸n ejerc铆a una atracci贸n sobre las part铆culas luminosas, aumentando as铆 la componente normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanec铆a invariable.
    • 186:La otra teor铆a era la de del Holand茅s Christiaan Huygens, (1629-1695) quien postul贸 que la luz sepropaga mediante ondas mec谩nicas 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 tambi茅n se propaga en 茅l. A este medio se le llamo 茅ter.El frente de onda es perpendicular a las direcciones de propagaci贸n. La teor铆a ondulatoria explicaperfectamente los fen贸menos luminosos mediante una construcci贸n geom茅trica llamada principio deHuygens, tambi茅n 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 ser谩 unal铆nea recta, en las circulares, que f谩cilmente podemos crear en la superficie del agua, ser谩 unacircunferencia y en las sonoras (como las que se producen en una explosi贸n) ser谩 una esfera.En 1865 el f铆sico escoc茅s James Clerk Maxwell propuso que la luz est谩 formada por ondaselectromagn茅ticas como las de radio y radar, entre otras; esto permite su propagaci贸n, 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 part铆cula. En conclusi贸n, la luz es una energ铆a radiante transportada a trav茅s defotones y transmitida por un campo ondulatorio, por ello se requiere la teor铆a corpuscular para analizarla interacci贸n de la luz con la materia.La luz se propaga en l铆nea recta a una velocidad de 300 000 km/s en el vacio. Una demostraci贸nexperimental 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 trav茅s de 茅l, por tanto si recibe rayosluminosos proyectar谩 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 茅l, un cuerpotransl煤cido deja pasar la luz pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidasclaramente a trav茅s de ellos.La fotometr铆a es al parte de la 贸ptica 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 谩rbol, el techo de una casa o un 谩rbol, 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 buj铆a decimal (bd).El flujo luminosos es la cantidad de energ铆a 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 iluminaci贸n es la cantidad de luz que reciben las superficies de los cuerpos. Su unidad de medida esel lux (lx). Un lux es la iluminaci贸n producida por una candela o una buj铆a 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 buj铆as decimales. La ley de la iluminaci贸n o leyinversa del cuadrado, es una consecuencia de propagaci贸n en l铆nea recta de la luz. Por ejemplo: alcolocar un foco de 40 watt a una distancia de un metro de la superficie, se produce una ciertailuminaci贸n sobre ella. Si despu茅s elevamos el foco a una distancia de 2 metros, observaremos que lailuminaci贸n de la superficie se ha reducido a la cuarta parte de la anterior y as铆 sucesivamente. Portanto, podemos enunciar dicha ley en los siguientes t茅rminos. 鈥淟a iluminaci贸n 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鈥滿atem谩ticamente se expresa as铆 E = I / d2 E = iluminaci贸n 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 atenci贸n el siguiente ejemplo:驴Cu谩l es la iluminaci贸n medida en lux que produce un foco de 60 watt sobre una mesa hallada a 2 mde distancia?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOE =? E = I / d2 E = 66 cd / 4 m2 E = 16.5 lxP = 60 W Conversi贸n de unidadesd=2m 60 W X 1.1 cd / 1 W = 66 cdd2 = 4 m2 ACTIVIDAD N潞 64Prop贸sito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del pensamiento matem谩tico y;adem谩s, que utilicen la aplicaci贸n de los conocimientos adquiridos en la ley de lailuminaci贸n.1.- Calcular la iluminaci贸n que produce una l谩mpara el茅ctrica de 300 cd a una distancia de 2.5 metrosDATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO2.- La iluminaci贸n que produce una l谩mpara de alumbrado publico es de 3.8 lux a una distancia de12 m 驴Cu谩l es la intensidad luminosa de la l谩mpara?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO3.- Calcular la distancia a la que debe colocarse una l谩mpara el茅ctrica de 200 cd para que produzcasobre una mesa una iluminaci贸n de 50 luxDATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • 189:4.- Calcular en watts la intensidad luminosa de un foco que produce una iluminaci贸n de 36.6 lux a unadistancia de 1.5 mDATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO5.- 驴A que distancia debe colocarse una l谩mpara el茅ctrica de 1000 W para que produzca sobre unasuperficie una iluminaci贸n de 100 lux?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO6.- Determine la iluminaci贸n producida por una l谩mpara el茅ctrica de 550 cd a una distancia de 5 m.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO LEYES DE LA REFLEXI脫N DE LA LUZ Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, 茅sta se refleja total o parcialmente en todasdirecciones. Si la superficie es lisa como un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en una soladirecci贸n. 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 esf茅ricos.Al rayo de luz que llega al espejo se le nombra incidente y al rayo rechazado por 茅l se le nombrareflejado.Existen dos leyes de la reflexi贸n propuestas por Descartes y son: 飥 El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano. 飥 El 谩ngulo de reflexi贸n es igual al 谩ngulo de incidencia.La luz puede ser reflejada de dos formas, seg煤n las cualidades del material sobre el que incide: una esla reflexi贸n especular y la otra es la reflexi贸n difusa.La reflexi贸n especular acontece cuando la superficie reflejante es lisa y la mayor parte de la luz esreflejada.La reflexi贸n difusa acontece cuando la superficie reflectora es 谩spera
    • 190: Entre m谩s grande es la diferencia de densidad entre los distintos medios que un rayo de luz atraviesa, m谩s grande es la deviaci贸n que este experimenta. Cuando estamos frente a un espejo plano nuestra imagen esderecha porque conserva la misma posici贸n; es virtual porque seve como si estuvi茅ramos dentro del espejo (la imagen es real porque se recibe en una pantalla) y es sim茅trica porqueaparentemente est谩 a la misma distancia de la del espejo. Tambi茅nsi movemos el brazo derecho, en nuestra imagen parece quemovimos el izquierdo, ello se debe a propiedad que tienen losespejos planos y cuyo nombre es inversi贸n lateral. Se forman espejos planos angulares cuando se unen dos espejos planos por uno de sus lados formando un cierto 谩ngulo. Al colocar un objeto en medio de ellos se observar谩n un n煤mero N de im谩genes, 茅ste depender谩 de la medida del 谩ngulo. Para calcular el n煤mero de im谩genes que se producir谩n en dos espejos planos angulares se usa la siguiente f贸rmula N = 360掳 鈥 1 胃
    • 191: ACTIVIDAD N潞 65Prop贸sito: Qu茅 el alumno(a) como las ondas electromagn茅ticas, 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 reflexi贸n es difusa o especular respectivamente, en lassiguientes superficies:Vidrio ___________________________ Celof谩n ______________________________Pl谩stico opaco ______________________ Madera ______________________________Yeso _____________________________ Mica ________________________________Resina ____________________________ Pl谩stico transparente ___________________2.- Enuncia la ley de la Reflexi贸n de la luz. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.- Si la superficie sobre la que incide un rayo luminoso es curva, ?Se cumple la ley de la reflexi贸n?Explica tu respuesta: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.- 驴Cu谩ntas im谩genes se observaran de un objeto al ser colocado en medios dos espejos planos queforman un 谩ngulo de 60 掳?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO
    • LEYES DE LA REFRACCI脫N DE LA LUZ 192: La refracci贸n de la luz consiste en la desviaci贸n que sufren los rayos luminosos cuando llegan ala superficie de separaci贸n entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Si 茅stos incidenperpendicularmente a la superficie de separaci贸n de las sustancias, no se refractan. La causa queorigina la refracci贸n 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 separaci贸n entre dosmedios se llaman incidentes y los que se desv铆an al pasar por 茅sta se les nombran refractados.La desviaci贸n sufrida por un rayo luminoso depender谩 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 REFRACCI脫N: 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 relaci贸n entre el seno del 谩ngulo de incidencia y el seno del 谩ngulo de refracci贸n, tienen un valor constante que recibe el nombre de 铆ndice de refracci贸n n Matem谩ticamente se expresa as铆 n = sen i /sen rLa segunda ley se conoce tambi茅n como la ley de Snell, por ser el astr贸nomo y matem谩tico holand茅sWillebrord Snell (1591-1626), quien la descubri贸.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 relaci贸n entre las velocidades de la luz en el vacio y en un medio, recibeel nombre de 铆ndice de refracci贸n.
    • LAS LENTES Y SUS CARATER脥STICAS 193: Las lentes son cuerpos trasparentes limitados por dos superficies esf茅ricas o por una esf茅rica yuna plana. Las lentes se emplean a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes de larefracci贸n; para su estudio se dividen en convergentes y divergentes.LENTES CONVERGENTES: son aquellas cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia losbordes raz贸n por la cual su centro es m谩s 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 im谩genes reales de los objetos, tal es el caso de lasc谩maras fotogr谩ficas o proyectores de cine; como parte de los sistemas amplificadores de im谩genes贸ptica en los microscopios o bien para corregir defectos visuales de las personas hiperm茅tropes encuyo caso el ojo se caracteriza porque los rayos paralelos al eje forman su foco detr谩s de la retina. Laspersonas hiperm茅tropes 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 m谩s gruesos y desv铆an los rayos hacia el exterior, alej谩ndolos del eje 贸ptico de la lente.Las lentes divergentes se utilizan para corregir la miop铆a, enfermedad caracterizada por una curvaturaexcesiva del cristalino, as铆, las im谩genes se forman delante de la retina. Las personas miopes que nousan lentes tienen que acercarse mucho un libro al leer.
    • CLASIFICACI脫N DE LAS LENTES 194:Una lente es un cuerpo transparente que est谩 limitado por dos superficies esf茅ricas o por una plana yotra esf茅rica.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 se帽alan los distintos elementos a considerar en el an谩lisis de las lentesconvergentes y la producci贸n de im谩genes en ella. S R EC = es el centro 贸ptico, punto central de la lenteF = es el foco principal u objetoF = es el foco principal o imagen Los puntos F y F son sim茅tricos y equidistantes del centro de lalenteE = es el eje principal. Recta perpendicular a la lente que pasa por el centro 贸ptico.S = es el eje secundario. Recta oblicua a la lente que pasa por el centro 贸pticoR = 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 circular谩 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 est谩 al doble de la distancia focal, 2f, la imagen es real, invertida y del mismo tama帽o que el objeto Caso: 3.- El objeto se encuentra entre el foco y la lente, la imagen es; virtual, derecha, m谩s 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: RADIACI脫N ELECTROMAGN脡TICALa teor铆a electromagn茅tica unifica los fen贸menos de la electricidad y el magnetismo. Esta teor铆a,desarrollada por James Clerk Maxwell, se fundamenta en cuatro leyes, que son: 飩 Cargas distintas, se atraen; cargas de iguales, se repelen (ley de Coulomb) 飩 No hay polos magn茅ticos aislados. 飩 La corriente el茅ctrica crea campos magn茅ticos. 飩 Los campos magn茅ticos cambiantes pueden dar origen a una corriente el茅ctrica.Maxwell integr贸 en ecuaciones matem谩ticas estas cuatro leyes, en una sola teor铆a que predice que laluz, las ondas de radio y la radiaci贸n t茅rmica (calor) son manifestaciones de un mismo tipo, todas sonondas o radiaciones electromagn茅ticas.La teor铆a predice la existencia de un campo electromagn茅tico que se propaga en forma de ondastransversales y perpendiculares entre s铆.Como se vio al estudiar el movimiento ondulatorio, en la propagaci贸n de una onda no hay transportede materia, s贸lo de energ铆a. En el caso del sonido y otros tipos de movimiento ondulatorio material, laenerg铆a transportada es mec谩nica. Las ondas electromagn茅ticas transportan energ铆a radiante y supropagaci贸n es la radiaci贸n electromagn茅tica.Todas las ondas electromagn茅ticas se propagan a la velocidad de la luz en el vacio, que es de3 X108 m/s.El espectro electromagn茅tico es el conjunto de todas las ondas electromagn茅ticas conocidas. Para suestudio, el espectro electromagn茅tico se divide en diferentes regiones, ondas de radio, microondas,infrarrojas, luz visible, ultravioletas, rayos X y rayos gamma.
    • 197:Cada regi贸n del espectro se caracteriza por un rango de longitud de onda, 位 y de frecuencia.LAS ONDAS DE RADIO: se producen cuando se hacen oscilar a los electrones a miles de veces porsegundo en las antenas met谩licas 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 c贸smico son fuentes de radio, es decir, emitenenerg铆a en esta longitud de onda.LA LUZ VISIBLE: corresponde a una parte muy importante del espectro electromagn茅tico y est谩constituida por los colores. A cada color le corresponde una frecuencia y una longitud de ondadeterminadas y por lo tanto, una energ铆a. Todos los cuerpos luminosos se caracterizan por emitirenerg铆a en el rango visible del espectro electromagn茅tico, 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 铆ndigo. En el espectro visible la longitud de onda 位, se mide en nan贸metros nm, (10鈥9m).Las cosas tienen color debido a la forma en la que la luz interact煤a con los 谩tomos. 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 位, distinta, el color de los objetos corresponde al color(longitud de onda) de la luz que reflejan.
    • 198:RADIACI脫N INFRARROJA: Ala radiaci贸n infrarroja le corresponde longitudes de onda m谩s largasy frecuencias m谩s bajas que el espectro visible., su rango de frecuencia esta: 10 11 鈥 1014 Hz, rango delongitud 位 10鈥7鈥 10鈥3m. Los cuerpos calientes emiten radiaciones infrarrojas, la piel tienedetectores de calor que corresponden a las longitudes mayores a 780nm.RADIACI脫N ULTRAVIOLETA (UV): El intervalo de frecuencia y de longitud 位 para estaradiaci贸n es de un rango de frecuencias 1014 鈥 1017 Hz, y el rango de longitud 10鈥10 鈥 10鈥7 m. Elsol es una fuente de radiaci贸n ultravioleta. Esta radiaci贸n es absorbida en gran parte por la capa deozono ( O3) en la atmosfera.La piel reacciona a la radiaci贸n ultravioleta de 位 = 390 nm o menores, pigment谩ndose.El bronceado de la pie es resultado de la luz UV y no de la visible o IR.
    • 199: ACTIVIDAD N潞 66Prop贸sito: Qu茅 el alumno(a) relacione las propiedades de las ondas electromagn茅ticas conla energ铆a que transportan.Contesta correctamente las siguientes preguntas con ayuda de tu libro de texto, enciclopedia o internet.1.- Define la radiaci贸n electromagn茅tica: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.- 驴Qu茅 tipo de energ铆a transporta loas ondas electromagn茅ticas? _______________________________________________________________________________________________________________3.- 驴En donde se propaga las ondas electromagn茅ticas? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.- Define el espectro electromagn茅tico: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5.- La longitud de onda del espectro visible se mide en ______________________________________6.- 驴Por qu茅 los objetos tienen color? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7.- 驴Cu谩l es la longitud del color verde? __________________________________________________8.- 驴Cu谩l es el rango de frecuencia y de longitud del IR: _______________________________________________________________________________________________________________________9.- 驴Cu谩l es el rango de frecuencia y longitud del UV: ________________________________________________________________________________________________________________________10.- 驴Cu谩les son los colores del espectro visible?. ____________________________________________________________________________________________________________________________
    • 200: ACTIVIDAD N潞 67Prop贸sito: Qu茅 el alumno(a) relacione los diferentes conceptos del tema 隆y se hizo la luz!Relaciona la columna de la izquierda con la de la derecha y escribe en el par茅ntesis el n煤meroque corresponda: ( ) Velocidad de propagaci贸n de la luz en el vacio 1.- Ondas de radio( ) Tipo de lentes convergentes 2.- Ley de iluminaci贸n( ) visi贸n incorrecta en la que la imagen se forma detr谩s del 3.- Lux Globo ocular. 4.- Refracci贸n( ) Unidad de intensidad luminosa 5.- Reflexi贸n( ) Unidad de iluminaci贸n 6.- Luz visible( ) Propagaci贸n de ondas de energ铆a radiante. 7.- Ley de reflexi贸n( ) Constituida por los colores del arco iris 8.- Candela( ) Tipo de lente divergente. 9.- Hertz( ) El 谩ngulo de incidencia y el 谩ngulo de reflexi贸n son iguales 10.- Cristalino( ) Es directamente proporcional a la intensidad e inversamente 11.- Cuerpo ciliar Proporcional al cuadrado de la distancia. 12.- Hipermetrop铆a( ) Medio en el que se propagan las ondas electromagn茅ticas 13.- Bic贸ncava( ) Cambio de direcci贸n de la luz cuando pasa de un medio a otro, 14.- Biconvexa ambos de distinta densidad. 15.- Radiaci贸n infrarroja( ) Su rango de frecuencias est谩 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.- Radiaci贸n electromagn茅tica( ) Unidad de frecuencia. 19.- Campo electromagn茅tico( ) Se utiliza en los sistemas de comunicaciones. 20.- Miop铆a( ) Se especializan en la captaci贸n del color. 21.- Conos( ) C茅lulas de la retina que captan la intensidad luminosa. 22.- Bastones.
    • 201:
    • LA F脥SICA Y EL CONOCMIENTO DEL UNIVERSO 202: La F铆sica es una de las ciencias naturales que m谩s ha contribuido al desarrollo y bienestar delser humano, porque gracias a su estudio e investigaci贸n ha sido posible encontrar, en m煤ltiples casos,una explicaci贸n clara y 煤til a los fen贸menos que se presentan en nuestra vida diaria. La palabra F铆sica proviene del vocablo griego physik茅, cuyo significado es 鈥昻aturaleza鈥. La F铆sica es ante todo una, ciencia experimental, pues sus principios y leyes se fundamentan enla experiencia adquirida al reproducir intencionalmente muchos de los fen贸menos naturales. La F铆sica se define como la ciencia dedicada al estudio de la materia y la energ铆a, y el modocomo 茅stas se relacionan. Por lo tanto podemos decir que es la ciencia que se encarga del estudio delos fen贸menos naturales, en los cuales no hay cambios en la composici贸n de la materia. Al estudiarla materia podemos llegar a conocer cu谩les son las propiedades de las part铆culas fundamentales y comose agrupan dichas part铆culas para formar los cuerpos. De igual manera, al estudiar la energ铆a podemosdeterminar cu谩les son las posibles interacciones que llevan a cabo las part铆culas para originar 谩tomos,mol茅culas o cuerpos mayores. En la actualidad no se piensa en materia sin pensar en energ铆a, pues se encuentran 铆ntimamenterelacionadas. La F铆sica ha tenido un gran desarrollo gracias al esfuerzo de notables investigadores ycient铆ficos, quienes al inventar y perfeccionar instrumentos, aparatos y equipos han logrado que el serhumano agudice sus sentidos al detectar, observar y analizar muchos fen贸menos y acontecimientospresentes en el Universo, mismos imposibles de estudiar sin su ayuda. Los telescopios, radiotelescopios, radares, microscopios electr贸nicos, aceleradores de part铆culasy computadoras, entre otros dispositivos, han permitido importantes aportaciones de la F铆sica a otrasciencias, entre las cuales se encuentran la Medicina, la biolog铆a, la Qu铆mica, la Astronom铆a, laGeograf铆a, as铆 como necesita de los c谩lculos Matem谩ticos y la Tecnolog铆a. La F铆sica para su estudio, se divide en dos grandes grupos: f铆sica cl谩sica y f铆sica moderna. Laprimera estudia todos aquellos fen贸menos en los cuales la velocidad es muy peque帽a comparada con lavelocidad de propagaci贸n de la luz: la segunda se encarga de aquellos fen贸menos producidos por lavelocidad de la luz o con valores cercanos a ella. Pero 驴qu茅 entendemos por velocidad muy peque帽acomparada con la velocidad de la luz? La velocidad de la luz en el vac铆o 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 kil贸metros, el rayo de luz ser铆a capaz de dar7 vueltas y media alrededor de ella en un segundo. Comparando a la velocidad de la luz con la de unautom贸vil de carreras que alcanza velocidades en l铆nea recta de aproximadamente 320 km/s o un avi贸nque vuele a 1000 km/h, podemos comprender f谩cilmente que estas velocidades, para nosotros altas, enrealidad son muy peque帽as al compararlas con la de la luz, en general, las velocidades alcanzadas porlas motocicletas, autom贸viles y aviones aunque sean muy veloces, siempre resultaran m铆nimas alcompararlas con la de la luz.
    • 203: La f铆sica moderna, por su parte, estudia los fen贸menos producidos por las part铆culasmicrosc贸picas como son: los 谩tomos, las mol茅culas, los n煤cleos at贸micos y las part铆culas at贸micas, enlos que adem谩s 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 f铆sica ha tenido un notable desarrollo, mismo que hasido posible gracias al empleo de aparatos y t茅cnicas experimentales cada vez m谩s perfeccionadas.Adem谩s, se han hecho grandes descubrimientos acerca del 谩tomo, de su n煤cleo y de las radiacionesproducidas por las part铆culas at贸micas. En 1905 Albert Einstein public贸 varios trabajos, entre ellos estaban uno referente al efectofotoel茅ctrico; esto consiste en la transformaci贸n de energ铆a luminosa a energ铆a el茅ctrica cuando unrayo de luz de determinada frecuencia incide sobre una placa met谩lica arranc谩ndole electrones, portanto, se genera una corriente el茅ctrica. Ubic贸 un trabajo referente a la teor铆a especial de la Relatividad, misma que su trascendencia yaplicaciones constituyen uno de los fundamentos m谩s importantes de la f铆sica moderna. La f铆sica es una ciencia natural que estudia los fen贸menos en los cuales intervienen la materia yla energ铆a. La f铆sica se divide tradicionalmente en varias partes qu茅 corresponden a las propiedadesgenerales de los cuerpos; como veremos a continuaci贸n en el siguiente cuadro. Estad铆stica MEC脕NICA Relativista Cu谩ntica MODERNA CU脕NTICA At贸mica Nuclear Est谩tica MEC脕NICA Cinem谩tica TERMODIN脕MICA Din谩mica MAGNETISMO CL脕SICA MEC脕NICA 脫PTICA ELECTRICIDAD AC脷STICA MODERNA CU脕NTICA
    • 204: DEFINICIONES SOBRE LA DIVISI脫N DE LA F脥SICA CL脕SICA:飪 Mec谩nica: Rama de la f铆sica que estudia el movimiento de los cuerpos.飪 Termodin谩mica: Parte de la f铆sica que estudia la medida de la temperatura, el calor y sus efectos.飪 Magnetismo: Parte de la f铆sica que estudia la atracci贸n y repulsi贸n de los cuerpos. Estudia las propiedades de los imanes飪 脫ptica: 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.飪 Electricidad: Es la parte de f铆sica que estudia los fen贸menos el茅ctricos y magn茅ticos y las relaciones entre ellos.飪 Ac煤stica: Estudia los fen贸menos producidos por los sonidos ESTRUCTURA DEL UNIVERSO El Sistema Solar es una de las materias m谩s estudiadas en la historia de la humanidad. Desde tiempos muy antiguos, el hombre ha manifestado preocupaci贸n e inter茅s por conocer su medio, y el Universo no est谩 exento de esa curiosidad y af谩n de investigaci贸n. Ya en el siglo III A.C. , Aristarco de Samos presentaba la teor铆a helioc茅ntrica del origen del Sistema Solar, la que perdur贸 hasta el siglo II, cuando Tolomeo propondr铆a su celebre Teor铆a Geoc茅ntrica, la que sosten铆a que la tierra era el centro del Universo. Debieron pasar un par de siglos, para que en el XVI, Nicol谩s Cop茅rnico propusiera nuevamente la teor铆a helioc茅ntrica, la que esta vez sea aceptada universalmente. Desde entonces, ha habido un gran inter茅s por conocer el sistema solar, investigaciones de las que desprenden grandes teor铆as, desde la Ley de la Gravitaci贸n Universal de Newton hasta c谩lculos que indican que habr铆an m谩s de cien mil millones de estrellas en la V铆a L谩ctea, galaxia a la cual pertenece nuestro sistema solar. El sistema solar 驴D贸nde est谩 ubicado? Pertenecemos a la V铆a L谩ctea y nuestro Sistema Solar se halla ubicado en uno de los extremos de dicha galaxia. 驴A qu茅 distancia estamos del centro de dicha galaxia? Aproximadamente a unos 33,000 a帽os luz (o lo que es lo mismo a un 31 x 106 Km, bueno si no lo entiendes est谩 a 31000,000 de kil贸metros). Como sabemos los cuerpos celestes por lo general giran en un movimiento de rotaci贸n respecto a un centro determinado, para nuestro sistema solar, el centro ser谩 el centro de la V铆a L谩ctea y nuestro sol demora 230 millones de a帽os terrestres en dar una vuelta completa a este centro. 驴Qui茅nes lo componen? Nuestro Sistema est谩 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 sat茅lites as铆 como un cintur贸n de asteroides ubicado entre Marte y J煤piter.
    • 205:En orden de proximidad al Sol, los cuatro primeros planetas (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) sondenominados los planetas interiores debido a que est谩n ubicados entre el Sol y el cintur贸n deasteroides, dicho cintur贸n de asteroides est谩 conformado por cuerpos de entre 1,5 a 750 kil贸metros dedi谩metro. Los planetas exteriores son J煤piter Saturno, Urano, Neptuno Planetas interioresLos planetas de nuestro Sistema Solar pueden dividirse en dos grupos bien definidos. Los planetasinteriores tambi茅n denominados peque帽os, rocosos, terrestres o tel煤ricos (esto quiere decir: de lafamilia de la tierra). Pertenecen a este grupo: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Las caracter铆sticasgenerales son similares. Tama帽os m谩s o menos peque帽os formados b谩sicamente por rocas y adem谩ssalvo Mercurio todos est谩n rodeados de una atm贸sfera que tiene poco hidr贸geno y helio. En generaltienen pocos -o ning煤n- sat茅lite 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 J煤piter y Saturno los que tienen un tama帽o varias veces superior a la Tierra, elprimero 12 veces y el segundo 10 veces.Planetas ExterioresPertenecen a esta clasificaci贸n Urano, NeptunoASTEROIDESLos Asteroides, denominados tambi茅n "planetitas", son pedazos de rocas que orbitan alrededor del Sol,entre Marte y J煤piter en un amplio cintur贸n llamado justamente "Cintur贸n de Asteroides". Existenotros Asteroides que siguen 贸rbitas distintas. Hasta el momento se han identificado a m谩s de 5000millones de Asteroides. Se piensa que los dos sat茅lites 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 J煤piter. El tama帽o var铆a desde975 Kms. Ceres, 525 Kms. Vesta.EL SOLEl Sol es una estrella compuesta por m谩s de 70 elementos distintos, entre los cuales podemosmencionar al Hidr贸geno (81,76%), Helio (18,17%), Ox铆geno, 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 6,050潞 C y en el centro se calcula que puede llegar a los 5000,000潞 C). Est谩 a 150 millonesde kil贸metros de la Tierra, su di谩metro es aproximadamente de 1麓400,000 kil贸metros y posee unamasa equivalente a 332,000 veces el de la tierra.
    • 206:驴Qu茅 tiempo de vida tiene el sol?Puesto que aproximadamente cada segundo el sol pierde 4麓000,000 de toneladas de materia en formade radiaci贸n, se estima que el sol llegar谩 a agotar la totalidad del hidr贸geno en 5麓000,000 de a帽os.驴Cu谩nto dura "un d铆a" en el sol?La rotaci贸n solar dura el equivalente a 26 d铆as 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 revoluci贸n. En su n煤cleo tienen lugarreacciones nucleares que liberan energ铆a. El Sol es la 煤nica estrella que est谩 relativamente cercapara poder ser estudiada en detalle. Las caracter铆sticas de su superficie como las manchas solares y lasprotuberancias, pueden observarse desde la Tierra. En su n煤cleo, el Sol convierte hidr贸geno en helio araz贸n 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 trav茅s de gafas de sol, pel铆cula fotogr谩fica o cristal ahumado hay riesgo de da帽arse los ojos. A trav茅sde equipos especiales es posible ver en el Sol manchas oscuras que son zonas del Sol m谩s fr铆as y queson fruto de la actividad solar.Una mancha solar completamente desarrollada, consiste en una oscura sombra rodeada de penumbram谩s clara. La penumbra tiene una estructura filamentosa. Las grandes manchas solares pueden tenerdi谩metros mayores que el de la Tierra (di谩metro de la Tierra en comparaci贸n con la mancha solar dela fotograf铆a 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 kil贸metros. Las mayores llamaradas pueden durar varios meses.El campo magn茅tico del Sol desv铆a algunas protuberancias que forman as铆 un gigantesco arco.MERCURIOMercurio es uno de los planetas m谩s peque帽os de nuestro sistema solar, pr谩cticamentecarece de atm贸sfera. Si la pudi茅ramos ver de cerca ver铆amos un panorama parecido alde la Luna, una superficie bombardeada constantemente por meteoritos.Posee una alta densidad (5,43 g/cm3), su temperatura var铆a dependiendo de que est茅 ono expuesta al sol pasando de 430潞 C de d铆a a -180潞 C de noche, es el planeta que mayorvariaci贸n de temperatura posee, esto debido a su proximidad al sol. La gravedad en lasuperficie de 茅ste planeta es de 0,377 veces el de la tierra, es decir, que all谩nuestro peso ser铆a menor que el de aqu铆 en la tierra.Su distancia media al sol es de 57麓910,000 kil贸metros, su rotaci贸n es bastante lenta llegando a durar und铆a en Mercurio el equivalente a 58,66 d铆as terrestres. Asimismo el a帽o en Mercurio dura en t茅rminosterrestres 87,96 d铆as (poco menos de tres meses terrestres). No posee sat茅lites.
    • 207:VENUSEste planeta se encuentra a 108 200 000 kil贸metros y posee una atm贸sferacompuesta mayormente de di贸xido de carbono (97%), nitr贸geno (3% aprox.)adem谩s de ox铆geno, vapor de agua, mon贸xido de carbono, cloruro y fluoruro dehidr贸geno, entre otros elementos. Est谩 compuesto principalmente por hierro,ox铆geno, nitr贸geno, entre otros elementos.A Venus lo podemos ver claramente en el cielo durante los atardeceres o alamanecer debido a que es el planeta que m谩s cerca de la tierra logra pasar, cada19 meses logra hacerlo.Al parecer posee cadenas monta帽osas y gran actividad volc谩nica. Su temperatura media en superficiees de 480潞 C, su densidad llega a ser de 5,24 g/cm3, su gravedad es de 0,902 veces la de la tierra.El d铆a en Venus dura, en t茅rminos terrestres, 243,01 d铆as en movimiento contrario al de nuestro planeta(retr贸grado) y un a帽o en Venus equivale a 224,7 d铆as terrestres, es decir, que un d铆a en Venus es m谩slargo que su a帽o. No posee sat茅lites conocidos.LA TIERRANuestro planeta posee una aceleraci贸n 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 kil贸metros. La atm贸sfera est谩 compuesta por diversos elementos los cualesson Nitr贸geno (77%), Ox铆geno (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 m谩s exactos lohace en 23,93 horas), mientras que tarda 365,256 d铆as en gira en movimientotraslacional respecto del sol.Como sabemos, 茅stos par谩metros son harto conocidos, sin embargo lo que no es muy conocido aplenitud son los problemas por los que atraviesa nuestro planeta, el h谩bitat tal como lo conocemos est谩sufriendo trastornos constantes, a medida que pasa el tiempo los h谩bitos y las caracter铆sticas de nuestroplaneta y de sus habitantes cambian, es as铆 como en la actualidad tenemos problemas desobrepoblaci贸n, la reducci贸n de la cantidad de ozono en nuestros polos, la desaparici贸n deespecies animales, etc. Sat茅lites conocidosNuestro planeta posee un sat茅lite 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, m谩s conocido como "el planeta rojo" est谩 ubicado a una distanciapromedio al sol de 227 900 000 kil贸metros, su masa es de 6,241 x1023. Lacomposici贸n de su atm贸sfera ha sido por a帽os motivo de controversia as铆como la posibilidad de vida en 茅ste planeta, pero luego del aterrizajedel explorador Mars Pathfinder se ha logrado determinar su composici贸natmosf茅rica la cual contiene: Di贸xido de carbono (95,32%), Nitr贸geno (2,7%),y otros elementos que completan con un 1,8% la composici贸n de la atm贸sferamarciana.La temperatura superficial var铆a entre -140潞 C y 20潞 C, un d铆a en Marte equivale a 1 d铆a 37 minutos26,4 segundos terrestres, el a帽o en Marte dura 686,98 d铆as terrestres (m谩s largo que el nuestro), en el煤ltimo a帽o la NASA ha logrado enviar con 茅xito al Mars Pathfinder, un explorador electr贸nico
    • 208:controlado de manera remota desde la Tierra, el cual ha logrado realizar diversos an谩lisis tanto de lacomposici贸n atmosf茅rica como de la composici贸n del planeta, as铆 mismo ha sido el primer objetoterrestre en lograr posarse sobre suelo marciano brind谩ndonos im谩genes espectaculares de la superficiedel planeta rojo.Sat茅lites conocidos:Marte posee dos sat茅lites: Phobos y Deimos descubiertos ambos en 1877 por el astr贸nomonorteamericano Asaph Hall.J脷PITERJ煤piter es el planeta m谩s grande del sistema solar, en ella podr铆an caber masde mil tierras. Su masa alcanza los 1,9 x1027 kilogramos, se encuentra a 778330 000 kil贸metros de distancia promedio al Sol, posee una gran velocidad derotaci贸n pues un d铆a en J煤piter alcanza a durar 9 horas 50 minutos y 24segundos, as铆 mismo el a帽o en J煤piter alcanza a durar 11,86 a帽os terrestres. Esesencialmente l铆quido y su gravedad llega a ser 2,64 veces la terrestre, suatm贸sfera est谩 compuesta por dos 煤nicos elementos Hidr贸geno (90%) y Helio(10%).J煤piter posee un sistema de anillos bastante tenue el cual es muy dif铆cil de observar y que fuedescubierto por la sonda espacial Voyager. J煤piter se caracteriza por la Gran Mancha Roja que seencuentra en su atm贸sfera y que gira en sentido antihorario, en los 煤ltimos a帽os 茅ste planeta ha estadoen la mira de muchos telescopios debido a la colisi贸n del cometa Shoemaker-Levy en 1997.Sat茅lites conocidos:J煤piter posee 16 sat茅lites: 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 hip贸tesis las cuales en la actualidad a煤n no logran serdemostradas en su totalidad. Este planeta es el segundo m谩s 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, as铆 mismo el a帽o en Saturno equivale a 29 a帽os y medio terrestres. Como podemosapreciar, sus d铆as son m谩s 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 atm贸sfera est谩 compuesta aligual que J煤piter por Hidr贸geno y Helio, pero en distintas proporciones (97%y 3% respectivamente). Se encuentra a una distancia media del sol de 1 429400 000 kil贸metros.Sat茅lites conocidos:Saturno posee 18 sat茅lites naturales: Pan, Atlas, Prometeo, Pandora,Epimeteo, Jano, Mimas, Encelado, Tetis, Telesto, Calipso, Dione, Helena,Rhea, Tit谩n, Hiperion, Japeto y Febe. La que destaca m谩s es Tit谩n ya que se presume que posee altascantidades de nitr贸geno en su atm贸sfera por lo que se cree que pueda albergar alg煤n tipo de vida.Urano
    • 209:Si bien Urano es m谩s grande en tama帽o que Neptuno, su masa no lo es, esto debido a su densidad. Adiferencia de la mayor铆a de planetas de nuestro Sistema Solar posee un eje de rotaci贸n bastanteinclinado llegando incluso a tener a los polos pr谩cticamente en el plano de la ecl铆ptica y al igual queVenus posee una rotaci贸n retr贸grada. Su 贸rbita le otorga otra peculiaridad, 茅sta es casi circular.La coloraci贸n verdosa caracter铆stica de este planeta es debido a la presencia del metano en la atm贸sferala cual est谩 compuesta por los siguientes elementos: Hidr贸geno (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 Ox铆geno, nitr贸geno, carbono, silicio, hierro, agua, metano,amoniaco, hidr贸geno y helio. Un d铆a en Urano dura 17 horas y 12 minutos terrestres mientras que sua帽o dura 84,01 a帽os terrestres.Sat茅lites conocidos:Urano posee 17 sat茅lites conocidos: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desd茅mona, Julieta, Portia,Rosalind, Belinda, Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Ober贸n, Urano XVI y Urano XVII. Estos煤ltimos fueron descubiertos en los 煤ltimos a帽os.NEPTUNOEn 茅ste planeta (al igual que en Urano) tambi茅n hay presencia de Metano en laatm贸sfera lo que provoca una coloraci贸n verdosa ya que la luz roja es absorbida. Lassondas Voyager lograron encontrar sat茅lites adicionales a los ya vistos desde losradio y telescopios terrestres. La composici贸n atmosf茅rica es la siguiente: Hidr贸geno,helio, metano, amoniaco y arg贸n.Posee una rotaci贸n m谩s r谩pida que la terrestre llegando a durar el d铆a en Neptuno el equivalente a 16horas y 6 minutos, mientras que el a帽o dura el equivalente a 164,80 a帽os terrestres. Este planeta seencuentra ubicado a una distancia media del Sol de 4 496 670 000 kil贸metros, su gravedad superficialequivale a 1,22 veces la terrestre. Este planeta est谩 compuesto por: ox铆geno, nitr贸geno, silicio, hierro,hidr贸geno y carbono.Sat茅lites conocidos:Neptuno posee 8 sat茅lites: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larissa, Proteo, Trit贸n y Nereida.驴Un nuevo vecino estelar?A principios de junio de 1998, un equipo de cient铆ficos asombr贸 a los astr贸nomos aldar a conocer una hermosa fotograf铆a. En ella aparecen dos estrellas muy lejanas ala Tierra, que emiten gran cantidad de luz, y de las cuales "surge" un largu铆simofilamento de luz. Al final de este filamento apareci贸 un peque帽o punto luminoso,nunca antes visto.De inmediato, el equipo elabor贸 una hip贸tesis: se tratar铆a de un planeta, el primerofuera del Sistema Solar que ha sido registrado por un instrumento humano. No todos los cient铆ficosest谩n de acuerdo con esta idea, y las explicaciones son muy diversas. Todav铆a no existen datos quepuedan confirmar alguna teor铆a por sobre otras.En el Universo existen millones de estrellas. Si s贸lo algunas de ellas tuviesen, como nuestro Sol, unsistema planetario orbitando a su alrededor, no ser铆a dif铆cil que all谩 afuera hubiese cientos de planetasen alg煤n lugar del vasto espacio estelar. Al menos, eso es lo que piensan los cient铆ficos.Pero el caso es que, aunque cada a帽o se fotograf铆an decenas de rincones del cosmos, nunca se hafotografiado a un planeta fuera del Sistema Solar. Nunca... hasta ahora.
    • 210:7. 驴C贸mo pueden descubrirse otros planetas fuera del sistema solar?Los griegos descubrieron a los planetas del Sistema Solar, al darse cuenta de que algunas "estrellas"parec铆an dar vueltas por el espacio, sin ninguna relaci贸n con el resto de las otras estrellas (con"rutas" altamente predecibles). Unos milenios m谩s tarde, a principios del Renacimiento, Nicol谩sCop茅rnico descubri贸 que los planetas (incluyendo a la Tierra) orbitaban alrededor del Sol. A lo largode los a帽os, los astr贸nomos descubrieron los nueve planetas de nuestro sistema, finalizando en 1930con el descubrimiento del fr铆o Plut贸n.Pero no exist铆an informes cre铆bles sobre planetas orbitando otras estrellas. 驴Tal vez porque no exist铆anotros planetas? 驴O tal vez porque los planetas son muy dif铆ciles de ver, inmersos como est谩n en laluminosidad de las estrellas (que son hasta mil millones de veces m谩s brillantes)?Los astr贸nomos han propuesto dos m茅todos "indirectos", y uno posiblemente directo, para encontrarplanetas:Desviaciones en el movimiento de la estrella (astrometr铆a). Esta t茅cnica requiere mediciones muyacertadas, ya que el menor error podr铆a derivar en conclusiones falsas. Pero, como puede ser aplicada afotograf铆as antiguas, permite a los astr贸nomos examinar registros de antigua data que pueden revelarcambios en las 贸rbitas.Cuando un planeta orbita alrededor de una estrella, en realidad ambos objetos orbitan alrededor delcentro de todo el sistema planetario. Como las estrellas tienen m谩s masa que los planetas, los planetasregistran el mayor movimiento. Pero con instrumentos muy sensibles se pueden detectar losmovimientos de las estrellas.Aunque s贸lo el planeta parece estar movi茅ndose, 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 est谩nsiempre a los lados opuestos del centro de masa. Si las mediciones demuestran unmovimiento peri贸dico en la estrella, se tiene una prueba indirecta de que algo est谩 orbitando alrededorde ella.Corrimiento Doppler. Cuando estamos cerca de la l铆nea f茅rrea y pasa un tren muy r谩pido,la percepci贸n 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, ver谩s que sucede lo mismo. Esta es una demostraci贸n 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 m谩sr谩pido produce m谩s cambios hacia ambos extremos. Los astr贸nomos utilizan esta alteraci贸n delas ondas luminosas para detectar el movimiento relativo de los objetos en el cielo. Miden la luz conun instrumento llamado espectroscopio.Si un planeta est谩 continuamente alejando y acercando a una estrella de nosotros, la luz de esa estrelladeber铆a cambiar peri贸dicamente hacia el rojo y hacia el azul. Estos cambios peri贸dicos se帽alan lapresencia de compa帽eros de 贸rbita.Sombras en la luz estelar. Si un planeta gigante orbita entre la Tierra y una estrella, crear谩regularmente "eclipses" parciales que se帽alar谩n su presencia. Pero para observar este movimiento, elastr贸nomo deber谩 tener mucha suerte, ya que s贸lo es posible hacerlo si la Tierra est谩 en el plano orbitaldel planeta en cuesti贸n; es decir, si el plano que forma su 贸rbita est谩 al mismo nivel del de la Tierra.De otro modo, no podr铆amos ver ninguna sombra. (Eso sucede con la Luna: como su plano de 贸rbita esm谩s inclinado que el de la Tierra, s贸lo cuando ellos coinciden pueden ver los eclipses. Si ambos planosfueran siempre coincidentes, ver铆amos eclipses una vez al mes).
    • 211: Conclusi贸nEl universo ha cambiado literalmente de aspecto a partir de la segunda mitad de este siglo.Hasta la d茅cada de los cincuenta, todo lo que sab铆amos del espacio llegaba a trav茅s de la informaci贸ncontenida en la luz de los astros, y por lo tanto, solo de observaciones con microscopios.Asom谩ndose a lo que los astr贸nomos llaman "Ventana 贸ptica" de nuestra atm贸sfera, ese corredor atrav茅s del cual pasan las radiaciones visibles del espacio electromagn茅tico, ya era posible obtener unpanorama grandioso y desconcertante.Hoy parece haberse establecido el momento en que naci贸 el universo. Una gigantesca explosi贸n,llamada "Big Bang", hace 15 mil millones de a帽os, se expande hacia todas direcciones, dejando a supaso masas de estrellas y gases... y en una de esas masas, una galaxia llamada V铆a L谩ctea, se encuentranuestro Sistema Solar.No es mucho lo que se puede concluir de una investigaci贸n del sistema solar, salvo que es tangrandioso, que su indagaci贸n ha logrado permanecer en la historia, avanzando junto a la historia del ahumanidad.Y tal investigaci贸n continuar谩 avanzado, descubriendo nuevos planetas, conociendo en terrenos los yadescubiertos, buscando formas de vida en nuestro sistema y resto del universo. ACTIVIDAD N掳 68 Con la finalidad que el alumno (a) describa algunas de las caracter铆sticas de los cuerpos quecomponen el universo; realiza la siguiente INVESTIGACI脫N BIBLIOGR脕FICA. Consulta en tu libro detexto, enciclopedia o internet y contesta lo siguiente:1.- 驴C贸mo est谩 constituido el sistema solar?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.- 驴Cu谩les son las caracter铆sticas principales del sol? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.- 驴Cu谩les son las principales caracter铆sticas del planeta Tierra? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • 212:4.- Explica qu茅 son los:a).- Asteroides: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________b).- Meteoroides: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________c).- Meteoros: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________d).- Meteoritos: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________6.- Describe qu茅 es una galaxia: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7.- Describe qu茅 es un c煤mulo gal谩ctico: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________8.- Describe las principales caracter铆sticas de la v铆a L谩ctea: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________9.- 驴Qu茅 son las manchas solares? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________10.- 驴En qu茅 consiste la teor铆a del Big Bang?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
    • TEMAS IMPORTANTES DE ESTUDIO PARA LA F脥SICA M脕QUINAS SIMPLES 213: El hombre ha buscado constantemente c贸mo realizar un trabajo de una manera m谩s c贸moda yque le permita ejercer una fuerza mayor que la que podr铆a aplicar s贸lo con sus m煤sculos. Para ello, haconstruido desde herramientas sencillas llamadas m谩quinas simples, hasta m谩quinas complejas, cuyofuncionamiento parte del principio en el cual se basa las m谩quinas simples. Las m谩quinas 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 cu帽a se consideran a veces m谩quinassimples, pero en realidad son aplicaciones del plano inclinado. En las m谩quinas complejas, latransmisi贸n se efect煤a mediante mecanismos combinados en un sistema formado por un n煤meromayor o menor de m谩quinas simples. Es importante se帽alar que una m谩quina simple o compleja, norealiza un menor trabajo, s贸lo lo hace m谩s f谩cil. Sin embargo, la mayor铆a proporciona una ventajamec谩nica, misma que se presenta cuando el peso levantado es mayor que la fuerza aplicada; en estecaso, se dice que la m谩quina es un multiplicador de fuerzas. Una m谩quina simple o compleja no tienefuente de energ铆a propia, por ello, es necesario suministrarle trabajo para que lo pueda dar al levantarcuerpos, acu帽ar monedas o estampar sellos con un troquel fabricado con un bloque de acero grabado,prensar algod贸n, laminar materiales, etc. En virtud de la importancia que tienen las m谩quinas simples por su aplicaci贸n 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 谩ngulomucho menor de 90掳 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 f贸rmula es: F . l = R . h Un plano inclinado se utiliza cuando se requiere subir cajas, muebles, refrigeradores, animales,barriles u otros cuerpos a un cami贸n de carga o a cierta altura de una casa o construcci贸n, pues siempreser谩 m谩s f谩cil subir un cuerpo por un plano inclinado en lugar de levantarlo verticalmente. ACTIVIDAD N潞 68PROP脫SITO: 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 煤ltima es la quese debe vencer para poder subir el objeto.Resuelve los siguientes ejercicios.a).- 驴Qu茅 fuerza se requiere aplicar para subir un cuerpo de 80 kgf hasta una altura de 3m a trav茅s deun plano inclinado de 8m de longitud?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEb).- Se quiere subir un cuerpo de 150 kgf hasta una altura de 5m usando un plano inclinado. 驴Cu谩ldebe ser la longitud del plano si la fuerza para subirlo es de 70 kgf?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEc).- Si se tiene un plano inclinado con una longitud de 10m y una altura de 6m. 驴Cu谩l es la resistenciam谩xima que se puede vencer con una fuerza de 90 kgf?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJE
    • 215:d).- Se quiere subir un barril de 120kgf a una altura de 2m utilizando una rampa de 6m. 驴Cu谩l es lafuerza necesaria?.DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEe).- Se dispone de una fuerza de 50 kgf para subir un cuerpo de 200 kgf a una altura de 10m a trav茅sde un plano inclinado. 驴Cu谩l debe ser la longitud de la rampa?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEf).- Se tiene un plano inclinado de 9m de longitud y 3m de altura. 驴Cu谩l es la m谩xima resistencia quese puede vencer con una fuerza de 120kgf?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEg).- Se quiere subir un cuerpo de 100kgf hasta una altura de 8m. 驴Cu谩l debe ser la longitud del planopara que la fuerza aplicada sea la cuarta parte de la resistencia?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJE LAS PALANCAS Una palanca consiste normalmente en una barra o varilla r铆gida, 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 m谩s corto, a efecto de reducir su brazo depalanca, mientras que la fuerza aplicada, se colocar谩 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 m谩quina 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 鈥渕omento de una fuerza鈥 el cual se define como elproducto de la fuerza por su brazo de palanca. El equilibrio de la palanca se logra haciendo que el鈥渕omento鈥 de la resistencia y el de la fuerza sean iguales: Por lo tanto su condici贸n de equilibrio of贸rmula es F . b = R . a De acuerdo a la posici贸n que tenga el apoyo o fulcro respecto de la resistencia y la fuerza, laspalancas pueden ser de tres tipos:a).- 1er G茅nero o 铆nter apoyadas.- Son aquellas en que el apoyo est谩 entre la resistencia y la fuerza.Por ejemplo: las tijeras, el subibaja, la balanza.b).- 2do G茅nero o 铆nter resistentes.- Son aquellas en que la resistencia se encuentra entre el apoyo y lafuerza. Por ejemplo: la carretilla y el exprimidor de lim贸n.c).- 3 er G茅nero o 铆nter potentes.- Son aquellas cuando la fuerza se encuentra entre el apoyo y laresistencia. Por ejemplo: las pinzas para tomar el pan, el cascanueces.
    • ACTIVIDAD N潞 69 217:PROP脫SITO: Qu茅 el alumno comprenda e identifique la eficiencia de las palancas mediante laresoluci贸n de problemas.Resuelve los siguientes problemas.a).- Se quiere levantar un objeto de 200 kgf con una palanca de 1er g茅nero cuya longitud es de 3m. Siel apoyo se encuentra a 0.8m del objeto. 驴Cu谩l debe ser la fuerza que se aplique en el otro extremo?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEb).- Una carga de cemento de 150 kg de masa est谩 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEc).- El brazo de potencia de una palanca es cuatro veces m谩s largo que el brazo de resistencia. 驴Qu茅fuerza motriz necesita aplicar para poder levantar con esa palanca una caja de 200 kg?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEd).- 驴Qu茅 fuerza habr谩s 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJE
    • LAS POLEAS Y POLIPASTOS 218: Una polea es una m谩quina simple y est谩 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 m贸vilesa).- polea fija.- Una polea fija, no ofrece ninguna ventaja mec谩nica toda vez que la fuerza aplicada esigual al valor del peso levantado, sin embargo, nos facilita el trabajo, ya que es m谩s f谩cil subir el pesojalando hacia abajo la cuerda que si lo tuvi茅ramos 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 condici贸n de equilibrio o f贸rmula 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 econom铆a en fuerza y por F lo tanto, esta polea s贸lo nos sirve para cambiar la direcci贸n de la fuerza que es necesario apli- car para vencer la resistencia. R
    • 219:b).- polea m贸vil.- En este tipo de polea el punto de apoyo no est谩 en el centro como en la fija, si no enuno de sus extremos y adem谩s, la resistencia est谩 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 mec谩nica, 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 ser谩 igual a dividir el valor de la cargalevantada entre el n煤mero 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 condici贸n deequilibrio es R . r = F . 2r Despejando a F y simplificando tenemos que: F = R /2 Esta f贸rmula nos indica que en toda polea m贸vil La fuerza que debe aplicarse siempre es la mitad de la resistencia. r r F RPolipasto: Es la combinaci贸n de poleas fijas y m贸viles y permite levantar objetos con mayorfacilidad.
    • 220: ACTIVIDAD N潞 70PROP脫SITO: Qu茅 el alumno compruebe que las poleas son m谩quinas 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 m贸vil, 驴cu谩l es la fuerza que debe aplicarse?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOb).- Se dispone de una polea m贸vil y fuerza de 35 kgf, 驴cu谩l es la m谩xima resistencia que es posiblevencer?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOc).- 驴Qu茅 fuerza debe aplicarse a una polea fija para levantar una carga de 50 kgf?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADOd).- 驴Qu茅 fuerza debe aplicarse a una polea m贸vil para levantar la misma carga del problema anterior?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO EL TORNILLO El tornillo es una m谩quina simple que consiste en un cilindro, generalmente met谩lico, con unresaltado en forma helicoidal llamado 鈥時osca鈥. 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 = 鈥昿aso del tornillo鈥 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 conservaci贸n de la energ铆a. Trabajo de la resistencia =trabajo de la fuerza.El trabajo de la resistencia al dar una vuelta completa el tornillo ser谩 T = R . hEl trabajo de la fuerza al dar una vuelta completa el tornillo ser谩 T = F . Per铆metroPero el per铆metro es igual a 2 露 r, por lo tanto T = F . 2 露 rComo el trabajo de la fuerza y la resistencia deben ser iguales, obtenemos la condici贸n de equilibrio deun tornillo o f贸rmula. R . h = F . 2 露 r radio Fuerza Aplicada Paso del tornillo resistencia ACTIVIDAD N潞 71PROP脫SITO: Comprobar que el tornillo es una de las m谩quinas simples de m谩xima 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 驴qu茅 fuerzadebe aplicarse si el radio m谩ximo disponible es de 0.1 m?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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 驴cu谩l es la resistencia que puede vencer?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJE
    • 222:c).- 驴Qu茅 fuerza debe aplicarse a un tornillo con un radio m谩ximo de 0.14m, para vencer unaresistencia de 5000 kgf si el paso del tornillo es de 0.013 m?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEd).- El paso de un tornillo es de 0.008 m 驴qu茅 resistencia puede vencerse con una fuerza de 30 kgfaplicada con un radio de 0.05m?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJE EL TORNO El torno es una m谩quina 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 cilindrotambi茅n lo hace. El torno es una m谩quina multiplicadora de fuerzas, toda vez que la fuerza aplicada esmenor al peso levantado y como es un ejemplo de palanca, tambi茅n se cumple la condici贸n deequilibrio. La fuerza aplicada ala manivela por el radio de la manivela = peso levantado o carga por elradio del cilindro. Por lo tanto: la f贸rmula es F . r = C . r’
    • 223: ACTIVIDAD N潞 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 F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEb).- Se levanta el vidrio de una venta de autom贸vil, cuyo radio de la manivela es de 20cm aplic谩ndoleuna fuerza de 30 N, y el radio del cilindro mide 3cm.驴cu谩l es la m谩xima carga o peso del vidrio que sepuede levantar?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N 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, aplic谩ndole una fuerza de 45 kgf, 驴cu谩nto debe medir el radio de lamanivela para tal efecto?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJEd).- Un alba帽il 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 驴qu茅 tanta fuerza debe de aplicar para poderlevantar la cubeta que pesa 50 kgf?DATOS F脫RMULA SUSTITUCI脫N RESULTADO DESPEJE
    • CONVERSI脫N O TRANSFORMACI脫N DE UNIDADES 224:El sistema Internacional de Unidades se dise帽o recientemente, con la idea de establecer patrones demedida 煤nicos en todo el mundo. Sin embargo, el uso tradicional de otros sistemas y la necesidad decomunicaci贸n, nos obliga a estudiar el modo de convertir o transformar unidades. Por nuestra cercan铆a geogr谩fica 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 m谩s comunes del sistema ingl茅s (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 C煤bicas (medidas c煤bicas) 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 gal贸n = 3.7854 litros 1 litro = 0.264172874 gal贸n 1 onza = 0.0295 litros 1 litro = 33.89330508 onzas (Medidas de tiempo) 60 segundos = 1 minuto 60 minutos = 1 hora 24 horas = 1 d铆a 7 d铆as = 1 semana 52 semanas = 1 A帽o 365 d铆as = 1 A帽o 12 meses = 1 A帽o 1 lustro = 5 A帽os 2 lustros = 1 d茅cada 10 d茅cadas = 1 siglo 100 a帽os = 1 siglo 1000 millones = 1 E贸n Hay varios m茅todos para convertir unidades ya se dentro del mismo sistema o de un sistema aotro. El m茅todo que te sugiero a continuaci贸n te permitir谩 hacer cualquier tipo de conversi贸n y lohemos llamado M脡TODO DEL FACTOR DE CONVERSI脫N.Ejemplos resueltos:
    • 225: Convertir 545 cm a dec铆metros.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 conversi贸n que formamos con la equivalencia,cuidando que las unidades dadas queden cruzadas.3.- Se hacen operaciones siguiendo las reglas de la multiplicaci贸n de fracciones: 545 cm 1 dm = (545) ( 1 ) = 545 = 54.5 dm 10 cm 10 10 cent铆metros entre cent铆metros 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 飩 En algunas ocasiones por cuestiones pr谩cticas es necesario redondear el resultado de una medici贸n. Tomemos el resultado del ejemplo anterior. 15.8725 kg redondeando hasta mil茅simas 15.873 kg redondeando hasta cent茅simas 15.87 kg redondeando hasta d茅cimas 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 cu谩ntos hm/h equivale una velocidad expresada en m/s, el procedimiento es igual al anterior, s贸loque se usar谩n dos factores de conversi贸n. Veamos el ejemplo: Un corredor profesional de los 100 metros planos, alcanza una velocidad de 10 m/s. 驴A cu谩ntos 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 m煤ltiples ocasiones, te encontrar谩s con la necesidad de transformar unidades que no son lineales,como es el caso del tiempo, la longitud, la masa, etc., sino cuadr谩ticas como el 谩rea o la superficie; obien, c煤bicas como es el caso del volumen. El m茅todo para trasformar es el mismo, lo 煤nico que senecesita conocer es el factor de conversi贸n. Observa el siguiente ejemplo:
    • 226:Una cisterna tiene una capacidad de 8 m3, 驴a cu谩ntos pies3 equivalen?(1 m)3 = (3.28 pies)31 m3 = 35.287 pies38 m3 = ( 35.287 pies3) = 282.296 pies3 1 m3 ACTIVIDAD N潞 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 N潞 74 227: Efect煤a las siguientes transformaciones:1.-Un motociclista lleva una velocidad de 20 m/s, 驴a cu谩ntos km/h equivalen?2.- Una varilla tiene un di谩metro de 戮 de pulgada, 驴a cu谩ntos cm equivalen?3.- La velocidad de la tierra en su movimiento de traslaci贸n alrededor del sol, es de 30km/s 驴A cu谩ntos km/h equivalen?4.-Por una tuber铆a fluyen 25 pies3/h, 驴a cu谩ntos m3/s equivalen?5.- Un terreno tiene una superficie o 谩rea de 250 m2, 驴a cu谩ntos pies2 equivale?
    • NOTACI脫N CIENT脥FICA 228: En algunas ciencias como la F铆sica, la Qu铆mica, la Biolog铆a, la Astronom铆a, etc., es necesarioescribir cantidades muy grandes o muy peque帽as, para esto se ha creado un peque帽o sistema llamado:Notaci贸n Cient铆fica. En la notaci贸n cient铆fica 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 n煤mero 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 n煤mero es entero se considera el punto a la derecha de todas sus cifras. 837 aqu铆 est谩 el punto aunque no se escriba 838 驴Sab铆as que un siglo tiene 3 153 600 000 segundos y que un prot贸n mide 0.000 000 000 000 001 m? ACTIVIDAD N潞 75 PROP脫SITO: Propiciar que los alumnos desarrollen sus habilidades del pensamiento. Las siguientes cantidades est谩n en notaci贸n cient铆fica. 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 notaci贸n cient铆fica 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掳C = ________________________________________d).- Para el planeta Marte, su a帽o 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).- Di谩metro del 谩tomo de hidr贸geno: 0.000 000 1 mm = ____________________________________j).- Masa de un autom贸vil compacto: 1 600 000 g = ________________________________________
    • 230: MULTIPLICACI脫N DE POTENCIAS DE BASE DIEZPROP脫SITO: Recordar y agilizar la multiplicaci贸n de cantidades exponenciales. Para efectuar esta operaci贸n, basta con sumar algebraicamente los exponentes, yrealizar la operaci贸n aritm茅ticamente.Ejemplos: (2X104) (3X102) = 6X104+2=6 = 6X106 (6X10—3) ( 5X4—4) = 30X10-3+(-4) = 30X10--7 (4X105) (5X10—2) = 20X105+(-2) = 20X103 DIVISI脫N DE POTENCIAS DE BASE DIEZPROP脫SITO: Recordar y agilizar la divisi贸n de cantidades exponenciales. Para efectuar esta operaci贸n, basta con restar algebraicamente los exponentes, yrealizar la operaci贸n aritm茅ticamenteEjemplos: 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 = 隆As铆 no puede sumarse!En este caso debemos igualar sus exponentes. Para ello, aumentamos el menor odisminuimos el mayor y el resultado ser谩 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 notaci贸n cient铆fica es recomendable utilizar un s贸lo n煤mero entero
    • ACTIVIDAD N潞 76 231: Realiza las siguientes operaciones con potencias de base diez, para que valores la aplicaci贸n dela notaci贸n cient铆fica, ya que ser铆a 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 INC脫GNITAS EN UNA ECUACI脫N O F脫RMULA 232: Una ecuaci贸n es una igualdad que tiene t茅rminos conocidos que son los n煤meros y t茅rminosdesconocidos que son las literales llamadas inc贸gnitas. Una ecuaci贸n consta de dos miembros o t茅rminos. Ejemplo: 4陋 + 5 = a-9 1er miembro 2do miembroLas f贸rmulas son casos especiales de las ecuaciones literales. A veces es necesario despejar cualquier literal deuna ecuaci贸n o f贸rmula y como son igualdades se aplican las mismas reglas. Se llaman operaciones inversas, a la suma y la resta, a la multiplicaci贸n y la divisi贸n, a lapotenciaci贸n y la radicaci贸n.1.- Cuando en una igualdad un n煤mero o literal est谩 sumando en uno de sus miembros, se pasa al otro miembrocon la operaci贸n inversa es decir restando. Ejemplo: Despejar 鈥昩鈥 en la siguiente ecuaci贸n. a+b=c Soluci贸n: como 鈥昦鈥 esta sumando en el primer miembro, se pasa restando al segundo miembro b=c–a2.- Cuando en una igualdad un n煤mero o literal est谩 restando en uno de sus miembros, se pasa al otro miembrocon la operaci贸n inversa, es decir sumando. Ejemplo: Despejar 鈥昖f鈥 de la siguiente f贸rmula. vf - vi = a . t Soluci贸n: como 鈥昖f鈥 est谩 restando en el primer miembro, se pasa al segundo miembro sumando. vf = a . t + vi3.- Cuando en una igualdad un n煤mero o literal est谩 multiplicando en uno de sus miembros, se pasa al otromiembro con la operaci贸n inversa, es decir dividiendo. Ejemplo: Despejar 鈥晅鈥 de la siguiente f贸rmula. v=a.t Soluci贸n: Se aplica primero la propiedad sim茅trica de la igualdad y tenemos que, a.t=v Como 鈥昦鈥 est谩 multiplicando en el primer miembro se pasa dividiendo al segundo miembro. t=v/a4.- Cuando en una igualdad un n煤mero o literal est谩 dividiendo en uno de sus miembros, se pasa al otromiembro con la operaci贸n inversa, es decir multiplicando. Ejemplo: Despejar 鈥昫鈥 de la siguiente f贸rmula. v=d/t Soluci贸n: Se pasa 鈥晅鈥 multiplicando al primer miembro. v.t = d Se aplica la propiedad sim茅trica de la igualdad y se obtiene. d=v.t
    • 233:5.- Cuando en una igualdad un n煤mero o literal est谩 elevado al cuadrado en uno de sus miembros, se pasa alotro miembro con la operaci贸n inversa, es decir con ra铆z cuadrada Ejemplo: Despejar 鈥晅鈥 de la siguientef贸rmula. d = a . t2 El 鈥2鈥 se pasa multiplicando porque est谩 dividiendo 2 2.d = a.t2 Se aplica la propiedad sim茅trica de la igualdad a.t2 = 2.d 鈥昦鈥 se pasa dividiendo porque est谩 multiplicando t2 = 2.d Como la potenciaci贸n y la radicaci贸n son operaciones inversas a para quitar el exponente 鈥2鈥 se saca ra铆z cuadrada al 2掳 miembro t = 鈭2.d la f贸rmula ya esta despejada a6.- Si en una igualdad un n煤mero o literal tiene ra铆z cuadrada en uno de sus miembros pasa al otro miembroelevado al cuadrado. Ejemplo: despejar 鈥昫鈥 de la siguiente ecuaci贸n. V = 鈭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 sim茅trica de la igualdad 2.g.d = V2 Como 鈥2.g鈥 est谩 multiplicando en el primer miembro se pasa al segundo miembro dividiendo. d = V2 2.g la f贸rmula ya est谩 despejada.
    • 234: BIBLIOGRAF脥AAUXILIAR DID脕CTICO F脥SICA 2 GABRIEL S脕NCHEZ GONZ脕LEZ EDIMES, NEZA. EDO DE M脡XICO.ABC DE F脥SICA 2 脕LVARO RINC脫N ARCE ALONSO ROCHA LE脫N EDITORIAL HERRERO S.A. MEXICO D.F.F脥SICA 1 BEATRIZ ALVARENGA ALVARES ANTONIO M脕XIMO RIBEIRO DA LUZ FRANCISCO PANIAGUA BOCANEGRA HARLA OXFORD UNIVERSITY PRESS.F脥SICA B脕SICA 1 ALICIA ZARZOSA P脡REZ ENRIQUE BUZO C脫RDOVA NUTESA. M脡XICO D.F.LA MAGIA DE LA F脥SICA 2 ROSAL脥A ALLIER CRUZ ARIEL CASTILLO BRAVO LILIA FUSE MOTEKI EMMA MORENO BARRERA EPSA, S.A de C.V. M脡XICO, D.F.F脥SICA GENERAL H脡CTOR P脡REZ MONTIEL EDITORIAL, PATRIA M脡XICO, D.F.F脥SICA CUADERNO DE TRABAJO 2 H脡CTOR P脡REZ MONTIEL EDITORIAL, PATRIA M脡XICO, D.F.F脥SICA CUADERNO DE TRABAJO 3 H脡CTOR P脡REZ MONTIEL EDITORIAL, PATRIA M脡XICO, D.F.F脥SICA 2 CUADERNO DE EJERCICIOS JUAN CARLOS TORRES ARTURO QUERO MOTA LAROUSSE, M脡XICO D.F.PROBLEMAS DE F脥SICA 1 ESPERANZA CISNEROS MONTES DE OCA EDITORIAL INTERAMERICANA DE ASESORIA Y SERVICIOS, S.A. de C.V. REYNOSA TAMPS.