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COLEGIO DE BACHILLERES

ACTIVIDADES EXPERIMENTALES Física 1

Jorge Arias Reyes José Eric Belmont Cortés

Leticia Bueno Piña Jesús Ernesto Flores López

María Concepción García Arana Joel Guzmán Contreras

León Gabriel Hernández Martínez Irene Lojero Velásquez

María Claudia López González José Guadalupe Muñoz Huijón

Bernardo Ordóñez Pérez Coordinación: Emma Jiménez Cisneros

DIRECCIÓN DE SERVICIOS ACADÉMICOS SUBDIRECCIÓN DE LABORATORIOS

LABORATORIO CENTRAL DE FISICA

Revisión Concepción García Arana Leticia Bueno Piña Humberto Portillo de la Cueva

Julio de 2002

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PRESENTACIÓN

La Subdirección de Laboratorios tiene la satisfacción de presentar a la comunidad

docente del área de Física, un conjunto de Actividades Experimentales de Física I. En este documento se recogen las aportaciones de un selecto grupo de maestros, que se dieron a la tarea de diseñar una propuesta de actividades experimentales para el curso de Física I, que respetando el enfoque metodológico establecido en el programa de estudios, permita manejar la componente experimental de manera eficiente.

Con este material, los docentes que imparten Física I cuentan con una gama de

experimentos con los que se pueden alcanzar adecuadamente los objetivos programados y la Subdirección de Laboratorios cuenta con un referente común para atender a la dotación de insumos a los laboratorios, que garanticen la posibilidad de realización de las prácticas consideradas en este documento.

Esperamos que con este material de apoyo se incremente el aprendizaje de nuestros

alumnos y se colabore a la cristalización de la aspiración institucional de constituirse en un proceso pertinente de formación para la vida.

Agradecemos profundamente la participación de los maestros, que bajo la

coordinación de la Jefatura del Laboratorio Central de Física han hecho posible la elaboración de este documento e invitamos a los docentes del área de Física a usar este material esperando que les sea realmente útil. ATENTAMENTE

SUBDIRECCIÓN DE LABORATORIOS

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INTRODUCCIÓN

El propósito de este material es proporcionar un referente para la realización de

actividades experimentales, en la asignatura Física I, resultado del trabajo colegiado de un grupo de profesores de nueve planteles del Colegio de Bachilleres. Este material permite orientar a los profesores de Física de la Institución en su trabajo experimental en el laboratorio escolar.

Para la integración de las 28 actividades experimentales propuestas, se tomó en cuenta que las posibilidades reales de trabajo en el laboratorio en el Colegio, para un semestre de 16 semanas, no permiten, en general, realizar más de 9 actividades. Esto no implica que si los tiempos disponibles en el laboratorio, los materiales, así como el interés del profesor favorecen la realización de un mayor número de actividades experimentales, éstas puedan efectuarse. Para ello es posible considerar algunas de las propuestas incorporadas en el manual e incluso otras posibilidades al alcance del maestro.

Cabe señalar que a partir de la identificación de 9 contenidos integradores del programa de Física I se proponen 3 actividades experimentales, lo que ya en sí permite que el profesor programe la realización de una o varias, según las necesidades de su grupo o que, como se dijo antes, agregue a éstas otras que sean pertinentes para el logro de los objetivos del curso.

Desde luego, las propuestas presentadas permiten al maestro reflexionar sobre su contenido y en su caso introducir cambios en la forma en que cotidianamente aborda la experimentación por lo cual el manual puede ser útil para contribuir a la formación del docente.

Resulta relevante también dejar constancia de que la propuesta de actividades permite identificar aquel material y equipo básicos lo que permite programar la dotación correspondiente en tiempos, calidades y cantidades adecuadas.

Las actividades que ahora se presentan son resultado de la prueba que hicieron con ellas los profesores participantes en sus grupos escolares. Dichas actividades fueron ajustadas a partir de la respuesta de los alumnos.

El material que emplea la mayoría de las actividades está disponible en el laboratorio en la actualidad, siendo necesario en algunas ocasiones solicitar al alumno su apoyo, al pedirles que lleven al laboratorio algunas cosas de muy bajo costo, tales como hilo o ligas. Para cada contenido integrador existe al menos una actividad de las propuestas para la cual el laboratorio del plantel puede proporcionar todo el material requerido.

Teniendo presente que el manual no cubre totalmente los contenidos del curso de Física I, se tiene la expectativa de que éste podrá ser enriquecido con otros que recojan la experiencia de los profesores del colegio para que paulatinamente pueda constituirse un banco de actividades experimentales que cubran la totalidad de los contenidos integradores

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del Programa de Física I que pueden revisarse en el laboratorio y que además se podrán complementar con otras propuestas que pueda considerar el profesor en la planeación de curso para llevarse a cabo en el aula y aun en el domicilio de los estudiantes. Para este propósito, le agradeceremos a los profesores interesados comunicarlo a la Comisión responsable del Programa de Promoción de las Actividades Experimentales en el Colegio, integrado por los maestros: Ing. Emma Jiménez Cisneros, (Teléfono 56244149), Ing.. Elisa Arroyo Cervantes (Teléfono 56244129), Ing. Gerardo Vázquez Leal (Teléfono 56244126), para poder incorporar su experiencia a este proyecto.

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INDICE

Objetivo 1.1 Control de variables en sistemas físicos 1a. ¿De qué tamaño es tu sombra? 1 1b. Una aventura en el desierto 6 1c. Armando un circuito 12 1d. El brillo de los focos 18 Objetivo 1.2 Relaciones cuantitativas 2a. Varillas cortas y largas 23 2b. Un día en el parque 30 2c. Filtros para café 35 Objetivo 2.1 Fricción y Primera Ley de Newton 3a. Las apariencias engañan 40 3b. ¿Qué detiene a los cuerpos en movimiento? 47 3c. ¡Cuidado al conducir! 53 Objetivo 2.2 Velocidad, Modelo V = D/T 4a. Caminantes 58 4b. Tubo de burbuja 64 4c. Carro de pilas 69 Objetivo 2.3 Segunda Ley de Newton 5a. Se quedó con el cambio 74 5b. Cambio de velocidad 80 Anexo 87 5c. ¿Fuerza constante produce velocidad constante? 90 5d. Segunda Ley de Newton 97 Objetivo 2.4 Tercera Ley de Newton 6a. El tren de fuerzas 102 6b. Caminando con fuerzas 108 Objetivo 2.5 Caída de los cuerpos 7a. Los sentidos a veces nos engañan 114 7b. ¡Ese tiempo preciado! 117 7c. Un experimento pensado 122 Objetivo 2.6 Método del paralelogramo 8a. Equilibristas 129

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8b. La lámpara 133 8c. ¿Cómo peso un cuerpo que rebasa la escala del dinamómetro? 138 Anexo 131 Objetivo 3.2 y 3.2 Trabajo y energía 9a. No anda tan perdida 144 9b. Oscilaciones 150 9c. Jugando con la energía 156

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COLEGIO DE BACHILLERES Física 1

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1a ¿DE QUÉ TAMAÑO ES TU SOMBRA?

OBJETIVO 1.1. CONTROL DE VARIABLES EN SISTEMAS FÍSICOS

CONTEXTO El tiempo siempre ha desconcertado al hombre. Es algo escurridizo que no se puede comparar directamente con algún objeto material. La única evidencia real del paso del tiempo es el intervalo en que sucede un hecho o cambio. Los cambios regulares más evidentes son los ciclos del Sol y de la Luna, con los que nuestros antepasados han medido el tiempo desde hace miles de años, tal es el caso de medir el lapso de un día, con el reloj solar; cuyo funcionamiento se basa en la relación que existe entre la posición del Sol y la sombra que se proyecta. El establecer relaciones entre las variables, han permitido que el hombre haga predicciones acerca del comportamiento de algunos fenómenos observando detenidamente el comportamiento de la naturaleza. OBJETIVO

• Establecer la relación que existe entre las variables tamaño de la sombra y la distancia a la fuente luminosa.

PARA INICIAR I. Para realizar una investigación acerca de un fenómeno físico, se debe llevar a cabo un plan de acción. Subraya las acciones que debes tener presente para establecer la relación cualitativa entre las variables que intervienen en el comportamiento de un sistema físico.

1. Plantear hipótesis

2. Realizar mediciones con los

sentidos.

3. Experimentar.

4. Utilizar instrumentos de

medición.

5. Analizar los componentes

del sistema.

6. Hacer predicciones.

7. Identificar las variables

relevantes.

8. Calcular la constante de

proporcionalidad.

9. Controlar variables.

II. Formular una hipótesis, es suponer la relación entre las variables que intervienen en el comportamiento de un sistema físico, ¿cómo se deben relacionar dichas variables?. Subraya la opción correcta.

1. Todas las variables relevantes. 2. Una variable con una constante. 3. Una variable relevante y una variable irrelevante. 4. La variable dependiente con una de las variables independientes.

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PROBLEMA Seguramente en alguna ocasión has tenido la oportunidad de practicar sombras chinescas frente a una fuente luminosa. La sombra proyectada en la pared puede aumentar o disminuir de tamaño. ¿A qué se debe la diferencia de tamaño en la sombra proyectada por el adulto y por la niña, como se observa en la figura?

HIPOTESIS A partir de las ovariables, tama ___________ ACTIVIDAD 1 ¿Qué material u Conecta a la toobserva sobre lámpara y obsesiguiente espac

cerca de 1. Qué propieda 2. ¿Qué modific 3. ¿Qué nombrerecibe la variab

Figura fascículo 1 (1992). Física I Colegio de Bachilleres: México.

bservaciones realizadas en la figura, plantea una hipótesis que relacione las ño de la sombra y distancia a la fuente luminosa.

______________________________________________________________

tilizarías para comprobar tu hipótesis?

ma de corriente una lámpara, coloca tu mano a cierta distancia del foco y la mesa la sombra que se proyecta. Ahora acerca y aleja tu mano de la rva lo que ocurre con el tamaño de la sombra proyectada. Elabora en el

io, un dibujo o esquema de lo que observas al manipular el sistema físico.

la lámpara lejos de la lámpara

des permanecieron constantes ____________________________________

ó a qué? ______________________________________________________

se le da a la variable que tú modificaste ________________ , y qué nombre le que en consecuencia cambio su comportamiento? ____________________

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4.¿Qué relación existe entre las variables que se modificaron? ________________________________________________________________________ 5. ¿Tu hipótesis fue verdadera?. Explica __________________________________________ ________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 2 Acerca a la misma distancia objetos de diferente tamaño (pueden ser “pesitas” o trocitos de palitos o popotes), y observa el tamaño de su sombra proyectada. Elabora un esquema del sistema físico y lo observado. 1. ¿Qué modifico a qué? Explica _______________________________________________ ________________________________________________________________________ 2. ¿Cuál es la variable dependiente? ___________________, ¿Cuál es la variable independiente ___________________. 3. ¿Qué relación existe entre las variables que se modifican? Por qué __________________ _________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 3 ¿Haz observado tu sombra durante el transcurso del día?, seguramente habrás notado que ésta cambia conforme el Sol se mueve. Para comprobarlo, manipula nuevamente el sistema físico, considera que el foco es el Sol. 4. Elabora un esquema del sistema físico y lo observado. 5. Tu hipótesis concuerda con lo revisado en las actividades anteriores, explica. CONCLUSIONES Elabora tus conclusiones a partir de lo que observaste y de las afirmaciones a las que llegaste. Utiliza en tu descripción los términos: sistema físico, control de variables, hipótesis, relación directa, relación inversa.

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EVALUACIÓN Aplica los conceptos aprendidos y contesta lo siguiente: 1. Para estudiar las relaciones que se establecen entre las __________________ de un

sistema físico, se debe elegir una característica para modificarla, a la cual se le llama

variable _________________, lo que permite conocer el comportamiento de la otra variable a

la que se le llama variable __________________. Entre estas variables existen relaciones,

cuando se establecen a partir de sus cualidades reciben el nombre de relaciones

________________ , y cuando se establecen a partir de sus cantidades utilizando

instrumentos de medición se llaman cuantitativas.

Las relaciones pueden ser ______________________ ó ________________________.

Existe una relación ________________ cuando una variable aumenta y la otra también

aumenta o bien cuando una variable _______________ y la otra también disminuye.

Existe una relación _________________ cuando una variable aumenta y la otra disminuye.

2. Durante una función de teatro se requiere que el público observe sombras de mayor tamaño, al ser proyectadas en una pantalla. Explica en qué posición A, B ó C, colocarías la fuente luminosa para lograr este efecto. 3. Para determinar cuantitativamente la relación entre eobjeto, ¿qué tendrías que hacer?

C
B
A

l tamaño de la sobra y el tamaño del

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AUTOEVALUACIÓN 1. Marca con una la columna que corresponde a los logros que obtuviste durante la actividad. Aprendizaje

Me confundo

Si sé, pero me falta

Lo domino

Reconozco las variables que modifican el comportamiento del sistema físico a estudiar.

Controlo las variables del sistema físico en estudio.

Establezco relaciones cualitativas en un sistema físico.

En caso de que no domines los aprendizajes antes indicados, existen diferentes acciones para lograrlo, a continuación se sugieren algunas, tú decides cuál o cuales llevar a cabo:

Revisar de nuevo la actividad experimental. Intercambiar comentarios y dudas con tus compañeros. Preguntar a tu profesor(a). Acudir a la consultoría de la academia. Revisar la bibliografía.

BIBLIOGRAFÍA Alvarenga, B., (1994). Física general, con experimentos sencillos. Harla: México. Fascículo 1. (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: México. Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1b UNA AVENTURA EN EL DESIERTO


CONTEXTO

El hombre es curioso por naturaleza, y siempre hace preguntas acerca de lo que ocurre a su alrededor, dando respuesta a partir de su sentido común, respuestas que pueden ser vagas incoherentes o bien influenciadas por mitos. La Física da respuesta de lo que es confrontable con un experimento fundamentándose en la observación, experimentación y el razonamiento (metodología de la Física). Al estudiar un fenómeno en particular es conveniente delimitar el sistema físico, identificar las variables que intervienen en el comportamiento del sistema físico y establecer las relaciones que existen entre las variables. OBJETIVO

• Reconocer las etapas de la metodología de la física. • Establecer relaciones cualitativas entre las variables que intervienen en el

comportamiento de un sistema físico. PARA INICIAR Observa detenidamente el siguiente dibujo (fantasía pirata1), y con la siguiente información contesta, ¿quién es Ojomorado?.

Barbanegra, Robinson y Negrete van en el mismo bote. Cocoliso y Ojomorado van en el mismo bote. Robinson y Cocoliso llevan el pañuelo de la cabeza del mismo estampado. Barbanegra y Ojomorado no llevan nada en la cabeza.

1 Martínez Beltrán, J. M. Enseño a pensar, Nueva Escuela. Ed. Bruño. pag-155

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PROBLEMA

Un avión es derribado, cae en el desierto, sólo sobreviven, el piloto que queda ciego, y el copiloto que queda manco y sin habla. Caminan por el desierto llevando una mochila con plastilina, cartón, tijeras, tachuelas y cinta adhesiva, que pudieron rescatar del avión. Para llegar a la civilización necesitan llevar agua que encontraron en un oasis. Razón por la cual deben organizarse para construir un recipiente resistente que les permita transportar agua. ¿Qué características debe tener el recipiente para transportar la mayor cantidad de agua? HIPÓTESIS Formula posibles soluciones que te permitan resolver el problema, considerando las variables involucradas. ACTIVIDAD 1 Organiza con tu equipo un plan para resolver el problema, a partir de la siguiente metodología:

Determina cuál es el problema.- Identifica las variables involucradas en el problema.-

Elige el material que requieres para construir el recipiente resistente y que te permita transportar la mayor cantidad de agua. Construye tu recipiente.

Comenta con tus compañeros las características de tu recipiente. Una forma de elegir cuál es el mejor recipiente, es comparándolos. Organiza la información tomando en cuenta los siguientes puntos.

Semejanzas: Diferencias: Ventajas: Desventajas:

1. Elabora un esquema del recipiente (sistema físico), indica sus propiedades (variables y constantes).

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2. ¿De que variable(s) depende que lleven mayor cantidad de agua? ________________ __________________________________________________________________________ 3. Establece qué relación(es) existe(n) entre las variables que intervienen para llevar mayor cantidad de agua. Explica. _____________________________________________________

4. Retoma la hipótesis que inicialmente formulaste y con los resultados obtenidos explica si es falsa o verdadera, correcta e incorrecta. ________________________________________ __________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 2 Agrega agua al recipiente que construiste sin que lo llenes. En el espacio en blanco elabora un esquema del recipiente con agua, indicando sus variables. 1. ¿Qué relación existe entre la cantidad de agua y la altura que ocupa en el recipiente? Explica. ___________________________________________________________________

2. ¿Qué relación existe entre la cantidad de agua y el espacio que falta por llenar? Explica. __________________________________________________________________________ 3. ¿Qué cantidad de agua contiene el recipiente? _______________________________

4. ¿Tus sentidos son suficientes para determinar con precisión la cantidad de agua? _____ . Compruébalo, utiliza una probeta y mide el volumen de agua, ¿sigues pensando igual? ____, explica tu respuesta. _________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 6. El recipiente que construiste, puede tener forma de cilindro, de cubo, de cono, entre otras. Si utilizas la misma cantidad de plastilina, ¿cuál tendrá mayor cantidad de agua? Explica. __________________________________________________________________________ CONCLUSIONES 1. Explica paso a paso, el trabajo que realizaste durante la actividad. En tu descripción resalta los siguientes términos: realizar mediciones con los sentidos; experimentar; analizar los componentes del sistema; trabajar en equipo; laborar un plan de trabajo; controlar variables ; formular hipótesis; tomar decisiones; establecer relaciones.

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2. Explica con tus palabras, la importancia que tiene observar, experimentar y analizar el comportamiento del sistema físico al estudiar un proceso. 3. Para estudiar las relaciones que se establecen entre las __________________ de un

sistema físico, se debe elegir una característica para modificarla, a la cual se le llama

variable _________________, lo que permite conocer el comportamiento de la otra variable a

la que se le llama variable __________________. Entre estas variables existen relaciones

_______________ que se establecen a partir de sus cualidades. Estas relaciones pueden

ser __________________ ó ___________________.

Existe una relación ________________ cuando una variable aumenta y la otra también

aumenta o bien cuando una variable _______________ y la otra también disminuye.

Existe una relación _________________ cuando una variable aumenta y la otra disminuye.

EVALUACIÓN De nuevo con los piratas

Barbanegra, Robinson y Negrete van en el mismo bote. Cocoliso y Ojomorado van en el mismo bote. Robinson y Cocoliso llevan el pañuelo de la cabeza del mismo estampado. Barbanegra y Ojomorado no llevan nada en la cabeza.

1. ¿Cuáles son las variables que debes considerar para identificar por su nombre a los piratas? Explica. _____________________________________________________________ __________________________________________________________________________

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2. Organiza en un trama, la información que empleaste para identificar a los piratas por su nombre:

Bote 1 Bote 2

Con pañuelo

Sin pañuelo

Pañuelo rayas

Pañuelo lunares

Barbanegra Robinson Negrete Cocoliso Ojomorado 3. Compara ésta forma de obtener la respuesta, con la forma en que tú identificaste quién era Ojomorado, en la sección PARA INICAR. 4. Describe las ventajas que tiene emplear esta metodología durante una investigación. AUTOEVALUACIÓN A. ¿En qué momento(s) realizaste la labor de investigador? B. Explica qué importancia tiene trabajar en equipo. C. Explica lo que aprendiste en esta actividad. Para ello utiliza por lo menos una vez los siguientes conceptos: sistema físico, hipótesis, variable, relación directa, relación inversa. D. Qué número del 0 al 10, te pondrías con respecto a lo que aprendiste en esta actividad. Explica:

BIBLIOGRAFÍA Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México. Pérez, H., (1995). Física experimental 1. Publicaciones Cultural: México. Fascículo 1. (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1c ARMANDO UN CIRCUITO


CONTEXTO La física tal y como la conocemos en nuestros días, es un conjunto de conocimientos,

producto de la observación y experimentación de pequeñas partes del universo (nuestro entorno), las cuales se reconocen como sistemas físicos. El identificar y controlar las variables involucradas nos permite analizar el fenómeno, explicarlo y establecer relaciones entre las variables. A partir de éstas acciones, es posible realizar predicciones cualitativas que ayudan a interpretar los fenómenos que ocurren en nuestro entorno.

OBJETIVO • Identificar las variables que intervienen en el comportamiento de arreglos sencillos de

circuitos en serie y en paralelo. Establecer relaciones cualitativas entre las variables. PARA INICAR

Seguramente alguna vez te tocó inflar globos, podías elegir el color, el tamaño, el material, y sin saberlo ya controlabas un sistema físico. Lee detenidamente la siguiente situación y contesta lo que se te pide. Se tienen dos globos de goma, el primero es rojo y grande, el segundo es blanco y pequeño, ambos se inflan y se les hace un nudo para que no escape el aire.

a. La acción de inflar el globo corresponde

__________________________________

b. ¿Identifica las características diferentes

__________________________________

c. ¿Qué características permanece(n) con

__________________________________

d. ¿Qué características (variables) puedes__________________________________

a un fenómeno físico o químico? Explica.

______________________________________

entre los dos globos? ___________________

______________________________________

stante(s)? Explica. ______________________

______________________________________

cambiar en el globo rojo y grande? Explica. ______________________________________

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PROBLEMA Para que una liga se estire más, es necesario tomar en cuenta, el material de que esta hecha, su diámetro o espesor y la fuerza aplicada. De igual forma para realizar la instalación eléctrica de una casa, se requiere conocer, el tipo de dispositivos eléctricos que se van a emplear, el voltaje, la potencia, la intensidad de corriente, el número de lámparas, el calibre del alambre. ¿De qué factores depende que el brillo en el alumbrado de la calle no aumente o disminuya? HIPÓTESIS A partir de los factores que consideraste, formula una hipótesis que relacione el brillo de los focos con voltaje (pilas), cantidad de focos y el tipo de conexión. ACTIVIDAD 1 Observa el siguiente circuito eléctrico, identifica los componentes del sistema físico (circuito eléctrico).

Elementos Propiedades

(variables)

Transcribe las propiedades y clasifícalas como se indica en la siguiente tabla:

VARIABLES RELEVANTES IRRELEVANTES

DEPENDIENTES INDEPENDIENTES

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ACTIVIDAD 2 Construye un sistema físico (figura 1) con una pila, un foco y un alambre conductor. Observa el brillo.

Agrega una pila más (es decir duplica el voltaje), y elabora un esquema del circuito indicando cómo es el brillo del foco comparado con el circuito anterior.

1. ¿Qué elementos permanecieron constantes? ____ 2. ¿Qué variable(s) modifica al brillo de los focos ? _

3. ¿Qué esperas que ocurra con el brillo del foco si diagrama. 4. ¿Los resultados que obtuviste concuerdan con tus

__________________________________________ 5. A partir de los resultados obtenidos, ¿qué relacióny el brillo del foco? Por qué __________________________________________ __________________________________________ 6. Si modificas a la vez el número de pilas y el númencontrar la misma relación que en el caso anterior? __________________________________________

OBSERVACIONES: ____________________________________ ____________________________________

________________________________

________________________________

agregas otra pila? Compruébalo y has el

hipótesis? Explica.

_______________________________

existe entre el número de pilas (voltaje)

________________________________

________________________________

ero de focos, por ejemplo, ¿es posible Explica. _________________________

________________________________

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ACTIVIDAD 3 Agrega otro foco al circuito como en la figura, verifica que los focos sean iguales, y registra tus observaciones.

1. ¿La variable que modificaste, es la dependiente o la independiente? _________________ 2. ¿Ocurrió lo que esperabas? _________________________________________________ 3. ¿Qué relación existe entre el número de focos y el brillo? Por qué. ___________________ __________________________________________________________________________ 4. Predice cómo será el brillo si conectas un foco más. ______________________________ ACTIVIDAD 4 Utiliza los mismos elementos que en la actividad 3, arma el circuito mostrado, y anota lo que ocurre con el brillo del foco.

1. ¿Qué variable modificaste? _________________________________________________ 2. ¿El brillo de los focos sólo depende del número de focos y el número de pilas? Explica. __________________________________________________________________________

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3. De acuerdo al comportamiento que observaste en los circuitos ¿consideras que los arreglos de tu casa son en serie, en paralelo o una combinación de ambos? __________________________________________________________________________ CONCLUSIONES: Para formular tus conclusiones elabora los diagrama de los circuitos, e identifica las variables que se modificaron durante las actividades para establecer las relaciones. EVALUACIÓN Los sistemas físicos están formados por _______________ y _____________. Estas variables, pueden clasificarse como _______________ cuando intervienen en el comportamiento del sistema físico y variables _______________ cuando no intervienen en el comportamiento del sistema. Las variables relevantes se clasifican en : variables _________ son las que controla el investigador, y variable ______________. Al formular una hipótesis, se debe relacionar la variable _______________ con una de las variables independientes. La relación que se establece entre las variables puede ser _______________________ ó _________________________ y a partir de estas hacer ___________________ sobre el comportamiento del fenómeno observado. En una relación _______________________ al aumentar el valor de una variable, la otra también aumenta, o cuando una disminuye, la otra también disminuye. En una relación _______________________ al aumentar el valor de una variable, el valor de la otra disminuye. AUTOEVALUACIÓN Instrucciones: marca con una la columna que corresponde a los logros que obtuviste durante la actividad. Aprendizaje

Me confundo

Si sé, pero me falta practicar

Lo domino

Identifico las variables del sistema físico en estudio.

Establezco relaciones entre variables en un sistema físico.

Realizo predicciones.

BIBLIOGRAFÍA Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México. Pérez, H., (1995). Física experimental 1. Publicaciones Cultural: México. Fascículo 1. (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1d EL BRILLO DE LOS FOCOS


CONTEXTO Cuando escuchas hablar de física, inmediatamente piensas en aparatos y crees que

para estudiarla es indispensable entrar en un laboratorio y utilizar instrumentos complicados. Pero eso no es cierto del todo, pues física no sólo es lo que se hace con sofisticados aparatos, sino algo que realizamos cotidianamente, al caminar, al trabajar, al encender una lámpara y un sin número de cosas. Todos somos un poco “físicos” sin saberlo, para serlo mejor, basta una condición: saber observar, y preguntarse ante cada hecho que se observa: ¿cómo? y ¿por qué? OBJETIVO

• Identificar y controlar las variables que intervienen en un circuito eléctrico, y establecer la relación entre ellas.

PARA INICIAR I. Completa el siguiente mapa conceptual, utilizando los siguientes conceptos: elementos, constantes, relación directa, variables, relación inversa, relaciones, propiedades.

II. Las variables pueden clasificacomportamiento del sistema físicproceso.

SISTEMA

esta formado por

para su control se clasifican en

establecen

que pueden ser

rse en: variables ______________ cuando intervienen en el o, y variables ______________ cuando no intervienen en el

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PROBLEMA Algunos edificios tienen apagadores de escalera, habrás observado que al subir

accionas un interruptor para encender la lámpara y no es necesario que bajes para apagarla, sino que accionas el interruptor desde arriba, ¡que gran ventaja no lo crees así!. También alguna vez, habrás observado que el brillo de los focos ha quedado reducido al brillo de una vela, debido a que recibió una descarga eléctrica o una baja de voltaje y cuando se restablece éste, algún foco se funde y los demás regresan a su brillo normal. ¿De qué depende el brillo de los focos? HIPÓTESIS Establece tus hipótesis, en cuanto al brillo de los focos, relacionando las variables que consideras intervienen en el brillo de los focos. _________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 1 Como una analogía de las instalaciones eléctricas, utiliza los siguientes sistemas físicos. Identifica sus elementos y variables, compara el arreglo A con el arreglo B.

ELEMENTOS relevantes

ACTIVIDAD 2 Verifica que todos los focos sean dearreglo B, observa el brillo de los focoen un dibujo.

VARIABLES
irrelevan
l mismo valor (potes, y luego el arreglo

tes

ncia nominal o watts). Conecta el A. Representa el brillo de los focos

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1. Qué ocurre con el brillo de los focos en cada uno de los circuitos (arreglos A y B) __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 2. ¿Existe alguna relación entre el brillo de los focos y el tipo de arreglo? Explica _________ __________________________________________________________________________ 3. Lo que observaste en los sistemas, concuerda con tus hipótesis. Explica. _____________ __________________________________________________________________________ 4. Si aflojas uno de los focos de cada arreglo ¿qué crees que ocurra? _________________________________________________________________________ Compruébalo, ¿Ocurrió lo que esperabas? Explica. _________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 5. El análisis que realizaste en cuanto al brillo de los focos, ¿fue cualitativo o cuantitativo? Por qué. _________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 3 Cambia uno de los focos del arreglo B por otro de diferente potencia nominal (la potencia de uno debe ser mayor que la del otro). Representa el brillo observado en un esquema. 1. ¿Qué propiedades permanecieron constantes y cuáles se modificaron? _______________ __________________________________________________________________________ 2. ¿Qué relación existe entre la potencia del foco y el brillo en este tipo de circuito? Explica __________________________________________________________________________ 3. Considerando los resultados obtenidos. ¿qué tipo de circuito consideras que se tiene en la instalación eléctrica de la escuela, la casa. . . por qué?. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

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CONCLUSIONES: 1. Describe a grandes rasgos las acciones que llevaste a cabo para controlar las variables en los sistemas físicos (focos) y establece la relación entre ellas. 2. Escribe por lo menos tres afirmaciones a las que llegaste durante la actividad. EVALUACIÓN Los sistemas físicos están formados por _______________ y _____________. Estas variables, pueden clasificarse como _______________ cuando intervienen en el comportamiento del sistema físico y variables _______________ cuando no intervienen en el comportamiento del sistema. Las variables relevantes se clasifican en : variables _________ son las que controla el investigador, y variable ______________. Al formular una hipótesis, se debe relacionar la variable _______________ con una de las variables independientes. La relación que se establece entre las variables puede ser _______________________ ó _________________________ y a partir de estas hacer ___________________ sobre el comportamiento del fenómeno observado. En una relación _______________________ al aumentar el valor de una variable, la otra también aumenta, o cuando una disminuye, la otra también disminuye. En una relación _______________________ al aumentar el valor de una variable, el valor de la otra disminuye.

AUTOEVALUACIÓN 1. Marca con una la columna que corresponde a los logros que obtuviste durante la actividad. Aprendizaje

Me confundo

Si sé, pero me falta

Lo domino

Reconozco las variables que modifican el comportamiento del sistema físico a estudiar.

Controlo las variables del sistema físico en estudio.

Establezco relaciones cualitativas en un sistema físico.

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En caso de que no domines los aprendizajes antes indicados, existen diferentes acciones para lograrlo, a continuación se sugieren algunas, tú decides cuál o cuales llevar a cabo:

Revisar de nuevo la actividad experimental. Intercambiar comentarios y dudas con tus compañeros. Preguntar a tu profesor(a). Acudir a la consultoría de la academia.

BIBLIOGRAFÍA Jiménez, E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México. Fascículo 1., (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2 a VARILLAS CORTAS Y LARGAS

OBJETIVO 1.2 RELACIONES CUANTITATIVAS CONTEXTO

Al estudiar los fenómenos que se producen en la naturaleza se comprueba que en ellos generalmente hay dos ó más magnitudes relacionadas entre sí. Por ejemplo, la relación entre masa y volumen que ocupa un cuerpo, o la distancia recorrida a velocidad constante con el tiempo empleado en recorrerla. Sí al variar una de estas magnitudes se observa que la otra cambia, esto significa que el valor de una magnitud depende, o esta en función de la otra. Este hecho importante nos conduce a obtener modelos que son utilizados para hacer predicciones cuantitativas en un sistema físico que representa el fenómeno en estudio. OBJETIVO

• Establecer la relación proporcional que existe entre variables relevantes en un sistema físico.

PARA INICIAR 1. A la variable que se le asignan diferentes valores, para observar el comportamiento de otra variable durante el fenómeno físico se le llama ____________________________ dependiente / independiente 2. Una forma de analizar un fenómeno es a través de una grafica, donde la variable independiente se localiza en el ______________________

eje X / eje Y 3. Sí al duplicar el valor de una variable, el valor de la otra aumenta al doble, se dice que la relación entre estas variables es ________________________ proporcional.

directamente / inversamente 4. Una vez que se ha establecido la relación de proporcionalidad entre variables, ¿cómo se obtiene un modelo matemático para hacer predicciones? Explica.

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PROBLEMA En la Industria farmacéutica la masa de una pastilla se utiliza para determinar, la masa total de un lote específico de pastillas. De manera análoga para transportar cierto número de varillas metálicas del mismo diámetro y diferente longitud, es necesario conocer la capacidad del camión que hará el traslado, la masa y la longitud de una varilla. ¿Qué relación existe entre masa de una varilla y su longitud? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros cuál podría ser la respuesta al problema anterior. Escríbela en este espacio: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ACTIVIDADES Para resolver este problema es necesario que identifiques las variables relevantes que permiten determinar cuantas varillas se pueden transportar. Escribe a continuación cuáles son estas variables:

1. ¿Cuál de éstas es la variable dependiente? Explica.

2. ¿Cuál es la variable independiente? Explica. Como no es posible tener un camión y varillas dentro del laboratorio se usará un conjunto de objetos que representen a éstas últimas, así podrás poner a prueba tus hipótesis. Puedes emplear popotes, que hacen la función de varillas. Verifica que todos tengan el mismo diámetro pero diferente longitud. Mide la longitud de 6 ó 7 varillas y, con ayuda de una balanza, determina su masa. Anota los resultados en la siguiente tabla: Popote

No. Masa m (g)

Longitud L (cm)

1 2 3 4 5 6 7

28

Con los datos obtenidos elabora la gráfica. Recuerda que para ubicar adecuadamente a tus variables debes identificar cuál es la variable dependiente (eje y) y cuál es la variable independiente (eje x). NOTA: selecciona una escala adecuada en función de los valores, mínimo y máximo de masa y longitud, por ejemplo. 1 cuadrito para 2 cm y 2 cuadritos para 5 g.

3. Con base en la línea que une los puntos de tu gráfica, ¿qué tipo de relación existe entre la longitud y la masa de los palitos de madera? Explica. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 4. ¿Los resultados que obtuviste, concuerdan con tus hipótesis? Explica. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Para obtener la constante de proporcionalidad, entre las variables que presentan una relación directamente proporcional, se debe emplear la siguiente expresión:

Constante =

nteindependieedependient

VV

29

5. Calcula la constante de proporcionalidad entre la masa y la longitud. Registra tus resultados en la tabla correspondiente:

Popote No.

Masa m (g)

Longitud L (cm) Constante )(

cmg

1 2 3 4 5 6 7

PROMEDIO 6. Establece el modelo matemático que corresponde a esta relación de proporcionalidad. Sustituye en la expresión del apartado anterior el valor promedio de la constante y las magnitudes que corresponden a la variables.

7. A partir de esta expresión, determina:

a ¿qué masa tendrá un popote de 60 cm de longitud?, Explica.

b. ¿Cuál es la longitud de un popote de 25.4 gramos?, Explica. 8. ¿El resultado de las preguntas anteriores, lo podrías obtener a partir de la grafica que realizaste? Explica. CONCLUSIONES: Con base en lo aprendido en esta actividad, escribe en los espacios las palabras que completen el sentido de los siguientes enunciados: Cuando hay una relación ___________________ proporcional entre dos variables, la gráfica entre estas corresponde a una línea ________________ que pasa por el origen. La constante de proporcionalidad se obtiene al dividir la variable ____________________ entre

30

la variable ______________________. Si se _________________ al doble la variable independiente, como consecuencia aumentará dos veces la variable ___________________. EVALUACIÓN Un estudiante realizó en el laboratorio la siguiente actividad: En una probeta colocó diferentes volúmenes de agua, después los vertió en un recipiente más amplio y midió la altura a la que llegaba este líquido en cada caso, como se muestra en la figura.

altura

Con sus datos, el estudiante construyó la siguiente tabla:

Volumen V (mL)

Altura H (cm)

1 200 4 2 400 8 3 700 14.5 4 850 17 5 1000 19.5 6 1200 24

1. Explica qué harías para saber cuál es la relación entre el volumen del agua y su altura.

2. Lleva a cabo lo que señalaste en la cuestión anterior e indica qué relación existe entre el agua y su altura. Justifica tu respuesta.

31

3. Escribe el modelo matemático de esta relación.

4. ¿Cuál será la altura de 900 mL de agua?

5. ¿Cuál será el volumen para una altura de 26.3 cm?

AUTOEVALUACIÓN Responde a las siguientes cuestiones:

1. Puedo identificar cuál es la variable dependiente y cuál es la variable independiente en un sistemas _________________ ¿Por qué?

Si / no

2. Puedo controlar a la variable independiente de un sistema ________________ ¿Por Si / no

qué?

3. Puedo establecer relaciones entre variables ________________ ¿Por qué? Si / no

32

4. Puedo construir el modelo matemático que relaciona a una variable independiente con una variable dependiente ______________ ¿Por qué?

Si / no 5. Puedo hacer predicciones sobre la magnitud de una variable cuando estudio un

sistema físico _______________ ¿Por qué? Si / no


33


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2b UN DÍA EN EL PARQUE


Las variables se pueden relacionar de manera directa e inversamente proporcional, dependiendo del fenómeno en estudio. Para su estudio se utilizan modelos, que nos permiten realizar predicciones y llegar a generalizaciones. Los modelos son representaciones de un fenómeno dentro de los cuales se consideran aquellos aspectos que el investigador considera relevantes, es decir, son un medio para facilitar el estudio de la naturaleza. OBJETIVO

• Establecer la relación proporcional que existe entre variables relevantes en un sistema físico.

PARA INICIAR

1. Observa las siguientes gráficas y contesta lo que se solicita: a. ¿qué grafica(s), describe(n) un comportamiento no proporcional? b. ¿qué gráfica(s), representa(n) una relación directamente proporc c. ¿qué gráfica(s) describe(n) una relación inversamente proporcion

2. Observa los datos que se obtuvieron en un experimento y contesta lo t (seg) V (mL) Constante α

150 250 1.66 300 500 1.66 600 1 000 1.66 d (cm) m (g.) Constante α

20 50 1 000 10 100 1 000 6.69 150 1 000

A C D B

a. ¿En qué tabla los datos repreinversamente proporcional?

b. ¿Cuáles son las característica

V independiente V independiente V independiente

V independiente

_______________

ional? ____________

al? ______________

que se te pide:

sentan una relación

s de ésta relación?

34

PROBLEMA Al jugar en el parque al sube y baja, un papá con su hijo, se colocan en los extremos. El niño quiere levantar a su papá pero no lo consigue. El papá sonriendo se va acercando al centro del sube y baja hasta que el “niño” lo levanta y entusiasmado grita ¡SOY TAN FUERTE COMO TÚ!. ¿Qué relación existe entre el peso de estas personas y la distancia a la que se encuentran con respecto al centro del sube y baja? HIPÓTESIS ¿Cuál piensas que sea la relación entre las variables del problema planteado con anterioridad? Comenta con tus compañeros y escribe a continuación una posible respuesta. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ACTIVIDADES 1. ¿Qué variables consideras significativas para determinar la posición en la que debe colocarse el niño para levantar a su padre ? __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ Para comprobar tus hipótesis, como no disponemos de un sube y baja, emplea el siguiente material: 1. Con una balanza aritmética es posible establecer una analogía con la situación del sube y baja del padre y el hijo. En la siguiente figura se representa a la balanza: 1a. Explica porqué el

comportamiento de la balanza es análogo a la situación del sube y baja.

35

2. Coloca una pesa de 50 g a 20 cm del dentro de la balanza. 3. En el otro extremo coloca 75 gramos y mide la distancia a la cual equilibra a la pesa

de 50 g. 4. Repite este procedimiento y coloca ahora las pesas que gustes procurando que

siempre queden equilibradas con la pesa inicia de 50 g. Nota que ésta permanece sin cambios.

5. Anota los resultados obtenidos en la siguiente tabla: Distancia

d (cm) Masa m (g)

6. Construye la gráfica devariable independiente. 7. ¿Qué relación existe en¿Por qué? 8. Determina la constante

5.a. ¿Cuál es la variable independiente? __________ ¿Por qué? __________________________________ 5.b. Describe el comportamiento de las variables con base en la tabla de datos: ________________________________________________________________________________________

estas variables. Recuerda que en el eje horizontal se ubica a la

.

tre la masa y la distancia? ______________________________

de proporcionalidad

Distancia d (cm)

Masa m (g)

Constante = (m) (d)

PROMEDIO

36

9. Construye el modelo matemático que relaciona a la masa con la distancia. 10. Una pesa de 300 gramos, ¿a qué distancia se debe colocar para que equilibre a la pesa de 50 gramos? 11. Si fuera posible tener una distancia de 70 cm a partir del centro de la balanza, ¿cuántos gramos se tendrían que colocar a esa distancia para equilibrar a la pesa de 50 gramos? CONCLUSIONES A partir de los resultados obtenidos durante la actividad realizada, con tus palabras elabora la(s) conclusión(s) a la(s) que llegaste. EVALUACIÓN Un grupo de excursionistas, rentan un autobús, el alquiler del transporte por un día, depende del número de pasajeros. Para reducir la cuota personal, invitan a otros compañeros, uno de los organizadores proporciona la información si el número de excursionistas aumentara.

No. de excursionistas

$

15 2 00 25 1 20 30 1 00 40 75

1. Explica qué harías para conocer la cuota por persona.

37

2. Lleva a cabo tu plan e indica qué relación existe entre el número de excursionistas y el costo monetario. 3. Si sólo fueran 10 excursionistas, ¿cuánto deberían pagar por persona? AUTOEVALUACIÓN Instrucciones: marca con una la columna que corresponde a los logros que obtuviste durante la actividad. Aprendizaje

Me confundo

Si sé pero me falta practicar

Lo domino

Puedo identificar a la variable independiente, en el fenómeno a estudiar.

Puedo establecer la relación inversamente proporcional entre dos variables.

Puedo distinguir entre relación inversamente proporcional y relación inversa.

Puedo hacer predicciones al emplear las relaciones de proporcionalidad entre variables.


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2c FILTROS PARA CAFÉ


Una actividad relevante dentro del quehacer de los físicos (quizá la más importante), es establecer relaciones cuantitativas que describen una ley física. Tal como opina Lord Kelvin “puede decirse que conocemos un fenómeno con mayor precisión, cuando lo podemos expresar con números”2. Dominar el cómo se establecen las relaciones de proporcionalidad directa, inversa, cuadrática, cúbica, entre otras, permite establecer modelos matemáticos mediante el cuál se pueden formular predicciones sobre el fenómeno en estudio.

OBJETIVO

• Establecer una relación cuantitativa entre la altura desde la que cae un objeto y el tiempo que emplea en caer.

PARA INICIAR 1. A continuación se muestra una trama (tabla de doble entrada), en donde se presentan las características de las relaciones directas y las relaciones inversas. Identifícalas completando la trama.

CARACTERÍSTICAS TIPO DE RELACIÓN

Relación de proporcionalidad

Modelo matemático

Modelo gráfico

Y α X

Y = Constante (X)

Y α X1

Y = X

teCons tan

Y

2. Al controlar variables en un sistema físico, ¿cómo identificas a la variable depla variable independiente?

3. ¿Qué entiendes por modelo? Intercambia puntos de vista con tu equipo de trab

2 Félix, A. Oyarzabal, J., (1987). Lecciones de física. CECSA: México.

X

X

Y

endiente y a

ajo.

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PROBLEMA Roberto estaba muy preocupado porque tenía como tarea de física, llevar un experimento para establecer proporciones entre variables. Como no sabía qué hacer se acercó a su hermano mayor que estudia para Físico – Matemático en el Poli. Él le sugirió que estudiara la caída de filtros de café (de los que son como “canastita”), y que midiera el intervalo de tiempo en caer y la altura desde la cual cae. ¿Cuál es la relación entre la altura desde la que se deja caer un filtro y el tiempo que tarda en caer? HIPÓTESIS Formula una hipótesis relacionando la variable altura y tiempo de caída. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ACTIVIDADES 1. Comenta con tus compañeros y escribe a continuación qué material y equipo necesitas para llevar a cabo el estudio de la caída de los filtros de café. 2. Identifica cuáles son las variables relevantes y elabora una lista

40

3. Deja caer un filtro de diferentes alturas como se observa en el esquema, mide el intervalo de tiempo en que cae. Repite esta experiencia y registra tus mediciones en la tabla 1:

Tabla 1

Altura

h (m) Tiempo

t (s) 1

2

3

4

5

4. Construye una gráfica en donde incluyas a la altura y al tiempo. Recuerda que en el eje horizontal debes ubicar a la variable independiente, y en el eje vertical a la variable dependiente.

nte Variable dependie

i t

El trabajo que has realizado hasta frecuentemente realiza un científico. Éstacuantitativas para generalizar el comportmatemático. 5. A partir de la gráfica construida ¿quétiempo? Explica.

Variable ndependien

el momento, forma parte de la actividad que conduce, entre otras cosas, a establecer relaciones amiento de un fenómeno físico y llegar a un modelo

tipo de relación existe entre las variables altura y

41

6. ¿Estos resultados concuerdan con la hipótesis que formulaste?. Explica

7. Transcribe los datos que tienes en la Tabla 1 y calcula la constante de proporcionalidad en la siguiente tabla.

Recuerda que en una relación directa la constante de proporcionalidad se calcula al

dividir la variable dependiente entre la variable independiente (nteindependie

edependient

VV

tecons =tan )

Altura h (m)

Tiempo t (s)

Constante de proporcionalidad

1 2 3 4 5

PROMEDIO NOTA: el valor de la constante puede tener un margen de error en esos casos se obtiene el promedio.

8. Construye el modelo matemático que describe la caída del filtro de café que emplearon en tu equipo.

CONCLUSIONES Elabora tus conclusiones a partir de los datos obtenidos en cuanto a: La relación entre la altura y el tiempo de caída de los filtros. Las acciones que son necesarias para proponer relaciones directamente proporcionales. EVALUACIÓN

1. Si se dejara caer el filtro desde 12 metros de altura ¿en qué intervalo de tiempo llega al suelo, a partir de tu modelo matemático? Explica.

42

2. ¿El modelo que construiste es válido, si dejas caer el filtro de café invertido? Explica. AUTOEVALUACIÓN Si tú fueras el profesor, ¿qué calificación le pondrías a tu equipo? ____________________ ¿Por qué? ¿Qué calificación te pondrías tú? _______________________ ¿Por qué? BIBLIOGRAFÍA Alvarenga, B., (1983). Física general, con experimentos sencillos. Harla: México. Félix, A., Oyarzabal, J., (1987). Lecciones de Física. CECSA: México. Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2d EL NIVEL DE AGUA


Una actividad relevante dentro del quehacer de los físicos y una de las más importantes, es establecer relaciones cuantitativas. A partir de ellas se establecen modelos, los cuales son un medio para facilitar el estudio del fenómeno y en general de la naturaleza. Tal como opina Lord Kelvin “puede decirse que conocemos un fenómeno con mayor precisión, cuando lo podemos expresar con números”3. Dominar el cómo se establecen las relaciones de proporcionalidad directa, inversa, cuadrática, cúbica, conlleva a establecer modelos matemáticos mediante el cuál se pueden formular predicciones sobre el fenómeno en estudio.

OBJETIVO

Establecer relaciones cuantitativas entre el volumen de agua y el nivel de agua. PARA INICIAR

1. A continuación se muestra una trama (tabla de doble entrada), en donde se presentan las características de las relaciones directas y las relaciones inversas. Identifícalas completando la trama.

CARACTERÍSTICAS TIPO DE RELACIÓN

Relación de proporcionalidad

Modelo matemático

Modelo gráfico

Y α X

Y = Constante (X)

Y α X1

Y = X

teCons tan

Y

2. Al controlar variables en un sistema físico, ¿cómo identificas a la variable

y a la variable independiente? 3. ¿Qué entiendes por modelo? Intercambia puntos de vista con tu equipo de

3 Félix, A. Oyarzabal, J., (1987). Lecciones de física. CECSA: México.

X

X

Y

dependiente

trabajo.

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PROBLEMA Roberto estaba muy preocupado porque tenía como tarea de física llevar un experimento para establecer relaciones entre variables. Como no sabía qué hacer se acercó a su hermano mayor que estudia para Físico – Matemático en el Poli. Él le contesto: las relaciones de proporcionalidad no son tan complicadas como piensas, por ejemplo, los meteorólogos registran el grado de precipitación pluvial, al medir el volumen de agua que se acumula en un recipiente expuesto a la intemperie, de igual manera cuidan que no se rebase el nivel de agua acumulada en una presa. ¿Qué relación consideras que existe entre la cantidad de agua que cae al llover y el nivel de agua? HIPÓTESIS Formula una hipótesis relacionando las variables volumen de agua y nivel de agua en el recipiente. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Comenta con tus compañeros y escribe a continuación qué material y/o equipo necesitas para llevar a cabo el estudio de éste sistema físico. ACTIVIDAD 1 Con una probeta mide 100 mL de agua y viértela en un recipiente, con una regla mide el nivel de agua que ocupa. Repite la misma operación agregando cada vez un mayor volumen de agua y completa la siguiente tabla. Tabla 1

El frec

Volumen de agua

V (mL)

Altura que ocupa el agua

h1 (cm)

Altura que falta por llenarse

h2 (cm)

trabajo que has realizado hasta el momento forma parte de la actividad que uentemente realiza un científico. Ésta conlleva, entre otras cosas, a establecer relaciones

45

cuantitativas para generalizar el comportamiento de un fenómeno físico y llegar a un modelo matemático. 1. Construye la gráfica volumen de agua y altura que ocupa el agua. Recuerda que en el eje horizontal debes ubicar a la variable independiente, y en el eje vertical a la variable dependiente.

nte Variable dependie

in

2. A partir de la gráfica construida ¿qué tipagua y altura que ocupa este líquido? Expl

3. ¿Estos resultados concuerdan con la hip

4. Transcribe los datos y calcula la consrelación directa la constante de proporcion

entre la variable independiente ( te =tancons

Volumen de

agua V (mL)

Altura queocupa el agu

h1 (cm)

PROMEDIO

NOTA: el valor de la constante puede tener un mar 5. Construye el modelo matemático que rocupa.

Variable dependiente

o de relación existe entre las variables volumen de ica.

ótesis que formulaste?. Explica

tante de proporcionalidad. Recuerda que en una alidad se calcula al dividir la variable dependiente

nteindependie

edependient

VV

)

a

Constante

gen de error por ello se obtiene el promedio

elaciona el volumen de agua y el nivel que ésta

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ACTIVIDAD 2 Organiza un plan para conocer la relación que existe entre el volumen de agua y la altura que falta por llenarse. 2. Lleva a cabo tu plan, e indica la relación que existe entre el volumen de agua y la altura que falta por llenarse. CONCLUSIONES Elabora tus conclusiones a partir de las afirmaciones que obtuviste al realizar las actividades. EVALUACIÓN 1. En época de lluvia, en cierta región de Tabasco, se alcanzó un nivel de 135 mm de agua, ¿qué volumen de agua se depositó en un recipiente? Considera que tienen un recipiente igual al que empleaste en la actividad. AUTOEVALUACIÓN Si tú fueras el profesor, ¿qué calificación le pondrías a tu equipo? ____________________ ¿Por qué? ¿Qué calificación te pondrías tú? _______________________ ¿Por qué? BIBLIOGRAFÍA Alvarenga, B., (1983). Física general, con experimentos sencillos. Harla: México. Félix, A., Oyarzabal, J., (1987). Lecciones de Física. CECSA: México.

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Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3a LAS APARIENCIAS ENGAÑAN

OBJETIVO: 2.1 FRICCIÓN CONTEXTO La fricción se refiere a la resistencia que se presenta durante el movimiento relativo entre dos objetos o medios que están en contacto. Esta resistencia ocurre para todos los tipos de medio: sólidos, líquidos y gaseosos y se conoce como fuerza de fricción. La fricción se presenta en diversas situaciones cotidianas como: cuando caminamos sobre arena o en la acera de una calle, cuando observamos un auto en movimiento o un niño jalando un carro de juguete; o cuando una hoja

que cae de un árbol o se arroja una moneda a la fuente de los deseos. OBJETIVO

• Establecer las características de la fuerza de fricción cinética y estática y como influyen en el movimiento libre y en el movimiento forzado.

PARA INICIAR Observa cuidadosamente los siguientes dibujos y contesta las preguntas que se presentan: a) b) F F 1. ¿Hay alguna diferencia entre las situaciones que se presentan en los dibujos? __________. ¿ Cuáles ? ______________________________________________________ __________________________________________________________________________ 2. Para analizar a estas situaciones, ¿cuáles variables consideras que son relevantes? __________________________________________________________________________ 3. ¿ Estas variables se refieren a características cualitativas o cuantitativas? __________________________________________________________________________ 4. Si ambos objetos son puestos en movimiento por una misma fuerza F (de corta duración). ¿ Alguno de ellos recorre mayor distancia? ________ ¿ Cuál ? ________________________ ¿ Por qué? _________________________________________________________________ 5. Después de cierto tiempo ambos se detendrán ¿ Por qué? __________________________________________________________________________

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PROBLEMA Té habrás dado cuenta que dentro de tus actividades cotidianas tú o los objetos se encuentran en constante movimiento. Ejemplos de esto son: conducir una bicicleta, jugar fut-bol, patinar sobre una pista de hielo, jalar una maleta con llantitas, entre otros. Incluso algunas veces tienes que cambiar algunos muebles de lugar, ¿Has notado lo que sucede con la fuerza que aplicas cuando empujas objetos pesados como un automóvil? ¿Por qué es necesario aplicar mayor fuerza para iniciar el movimiento que para mantenerlo? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros la posible respuesta. Escribe a continuación cuál piensas tú que es la respuesta al problema planteado en párrafo anterior.

ACTIVIDADES Para saber si tus hipótesis son correctas realiza las siguientes actividades, necesitarás dos bloques de madera con caras de diferente material, un carro de baja fricción, una rampa de formica, una regla, un trozo de resorte tubular (40 a 50 cm) o ligas. Actividad 1 Toma el bloque de madera y ata una liga (o un trozo de resorte tubular) en la argolla. Colócalo sobre la rampa de formica con la superficie de esponja, como se muestra en la figura:

Observa que cuando aplicas una fuerza

Jala pun mdeslizvalor

al bloque a través de la liga (o resorte tubular), éste se estira cambiando su longitud. En la figura se muestra a la longitud inicial (antes de que apliques fuerza) y a la longitud final (cuando aplicas fuerza)

oco a poco la liga (o resorte tubular) y observa como se va alargando hasta que llega omento en que si se incrementa un poco más la fuerza, el bloque comienza a arse. Mide el alargamiento de la liga justo antes de iniciar su movimiento y anota el en la tabla siguiente. Haz lo mismo para las otras superficies del bloque de madera.

50

Superficie del bloque Alargamiento

L f - L i Esponja Franela Perfocel Formica

Con base en esta actividad responde:

1. ¿Qué permaneció constante? __________________________________________ 2. ¿Qué características cambiaron? _______________________________________ 3. ¿El valor del alargamiento que obtuviste para cada superficie del bloque es

constante? __________, ¿En que casos el valor del alargamiento es mayor? ________________________________________ ¿ Por qué ? ________________ __________________________________________________________________

4. Nota que el alargamiento del resorte está asociado con la fuerza aplicada. A mayor alargamiento, mayor fuerza. Entre alargamiento y fuerza existe una relación directa. ¿En qué caso aplicaste más fuerza?_______________

5. Elabora un esquema del bloque de madera con las fuerzas horizontales que están actuando sobre él, justo antes de iniciar su movimiento.

6. Nota que se está estudiando el caso del bloque justo antes de iniciar su movimiento, es decir el bloque NO SE MUEVE. ¿Cuánto vale la fuerza neta sobre él?______________ ¿Por qué?________________________________________

Es común que se identifique (y se dibuje en los esquemas) a la fuerza aplicada. Pero, si un objeto se encuentra en reposo, sobre él la fuerza neta es cero. Si existe una fuerza aplicada, debe existir otra fuerza que contrarreste sus efectos de tal forma que la fuerza neta sea cero. Revisa las fuerzas que incluiste en la pregunta 5., ahí debe aparecer la fuerza que tú aplicas a través del resorte, pero también debe estar una fuerza opuesta a ella y de la misma magnitud que la equilibre. Ésta fuerza es la fricción. Y, como el bloque no se mueve a esta fricción se le llama fricción estática. Actividad 2 Vuelve a jalar el bloque cambiando sus caras, pero ahora aplica fuerza de tal manera que el bloque se mueva en línea recta de manera uniforme.

1. ¿Qué sucede si dejas de aplicar fuerza al bloque?

51

2. ¿Cómo es la magnitud de la fuerza que debes aplicar para mantener el movimiento del bloque, en comparación de la fuerza que debes aplicar para iniciar el movimiento? Recuerda que el alargamiento de la liga (o resorte tubular) te permite saber cuando hay más o menos fuerza, lo puedes comprobar con la ayuda de un dinamómetro.

3. Elabora un esquema del bloque en el que representes las fuerzas horizontales que están actuando sobre él cuando se encuentra en movimiento uniforme y en línea recta. Recuerda que al igual que para el reposo, en el movimiento uniforme y en línea recta la fuerza neta sobre el cuerpo es cero.

El esquema que construiste seguramente es muy parecido al esquema de la actividad anterior, solo que en esta ocasión como el bloque se encuentra en movimiento la fuerza de fricción recibe el nombre de fricción cinética. Actividad 3

Amarra una liga (o resorte tubular) en uno de los extremos del carro de baja fricción como muestra la figura:

Jala la liga (o resorte tuuniforme. 1. ¿ Qué debes hacer pa___________________ 2. Elabora un esquema sobre el carro de baja fr 3.¿Cómo se llama a___________________

bular) de tal forma que el carro se mueva en línea recta y de manera

ra mantener un movimiento constante? _______________________ _______________________________________________________

en el que representes a las fuerzas horizontales que están actuando icción cuando se está moviendo.

hora a la fuerza de fricción que actúa sobre el carro ? ________ ¿ Por qué?

52

4. Supongamos que es posible medir la fuerza que se aplica al carro y ésta es de 3 N, ¿cuánto vale la fuerza de fricción cinética? ______________ ¿Por qué? 5. Compara el sentido de la fuerza de fricción en la actividad 2 y en la actividad 3, identifica una semejanza y una diferencia. Actividad 4

Traba (pega cinta adhesiva) las ruedas del carro de baja fricción y aplica un empujón al carro. Observa lo que ocurre y contesta las preguntas siguientes.

1. ¿El carro cambia su velocidad después de que le diste un empujón? _____________ ¿Por qué?

2. ¿En este caso existe fuerza de fricción cinética durante el movimiento? Explica.

3. ¿En este caso existe fuerza aplicada por ti durante el movimiento? Explica:

4. Elabora un esquema que represente las fuerzas horizontales que actúan sobre el carro de baja fricción durante su movimiento.

53

5. ¿Por qué se detiene el carro de baja fricción? 6. ¿La fuerza neta sobre el carro de baja fricción es cero? Explica. 7. El movimiento del carro de baja fricción en estas condiciones, ¿es libre o forzado?

Explica CONCLUSIONES Con base en lo aprendido en esta actividad completa los siguientes enunciados con los conceptos que consideres pertinentes: La fuerza de fricción____________________ se presenta cuando se aplica fuerza sobre un objeto para moverlo, pero éste permanece en reposo. Ésta adquiere un valor ___________________ justo antes de que el objeto inicie su movimiento. Una vez que un objeto ha adquirido movimiento, la fuerza que se opone a éste se denomina ___________________. Cuando un objeto se desplaza con movimiento libre (en línea recta y de manera uniforme) la fuerza neta sobre el vale ________________. Si el movimiento ocurre sobre una superficie con fricción, entonces la magnitud de esta fuerza es _____________ a la magnitud de la fuerza aplicada de tal manera que sus efectos se equilibren. Cuando observamos que los objetos en movimiento se detienen paulatinamente, como una pelota que rueda por el pasto, esto se debe a que la fuerza neta sobre ella tiene una magnitud ________________ de cero y esta corresponde a la fuerza denominada fricción ____________________. EVALUACIÓN

Contesta cada una de las siguientes preguntas de acuerdo a los dibujos A. Automóvil con movimiento uniforme en línea recta (movimiento libre)

1. La fuerza de fricción entre las llantas del carro y el piso, ¿es estática o dinámica? Explica.

2. ¿Cuál es el valor de la fuerza neta sobre el carro?, ¿por qué?

54

B. Pelota que rueda por el pasto justo después de haber sido pateada por el futbolista

C. A pesar de la fuerza que s F

1. ¿ Qué tipo de fricción spretende que se deslic

_____________________2. ¿Cuál es la magnitud d

¿ Por qué? _________ 3. ¿Cuál es el valor de su AUTOEVALUACIÓN Imagínate que tu mejor amigoPor motivos de salud no le examen de física por lo que nque repruebe?. Antes de recontéstate a ti mismo. Pregunta ¿Cómo se llama el movimienfuerza neta es cero? ¿Por qué resulta más difícil eun móvil que continuar desp ¿Cómo es el movimiento cuaaplica a un cuerpo es mayor q

1.

2.

3. 4.

Qué tipo de fricción existe entre la pelota y el pastomientras rueda.____________________________ ¿Es nula la fuerza neta que actúa sobre la pelota? Explica.

Cómo se llama al movimiento que describe la pelota.

Qué pasa con la velocidad de la pelota, explica.

e aplica al objeto, éste no se mueve

e presenta entre el objeto y la superficie sobre la cual se e? _____________________¿Por qué? __________________ __________________________________________________ e la fuerza neta sobre el objeto? ________________________ __________________________________________________ velocidad? __________________________________________

tiene un problema y pide tu ayuda. fue posible asistir a sus clases y la próxima semana tendrá ecesita que le expliques algunos conceptos .............. ¿dejarías sponderle, reflexiona las preguntas y verifica lo que sabes

SI No

to en donde la

mpezar a desplazar lazándolo?

ndo la fuerza que se ue la fuerza de fricción?

55

BIBLIOGRAFIA

Hewitt, P., (1995). Física Conceptual. Ed. Addison Wesley Iberoamericana: México. Cetto, A. y otros., (1991). El Mundo de la Física. Ed. Trillas: México. Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física 1. Colegio de Bachilleres: México.

56


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3b ¿QUÉ DETIENE A LOS CUERPOS EN MOVIMIENTO?

OBJETIVO No. 2.1 ESTABLECER LA PRIMERA LEY DE NEWTON

CONTEXTO Cuando un cuerpo se desliza sobre otro o rueda sobre su superficie, se origina una fuerza entre las superficies, llamada fuerza de fricción o rozamiento. Estas fuerzas deben su origen a las rugosidades superficiales de los cuerpos, que ajustándose unas a otras, frenan el movimiento. Por ello cuanto más lisas o pulidas son las superficies, menor es la fricción. La fricción se puede disminuir o aumentar según se necesita, por ejemplo, ¿qué pasaría si no hubiera fricción en los frenos de un automóvil?, ¿entre los neumáticos y la carretera?, o ¿entre las suelas de los zapatos y el suelo?: no habría movimiento. En cambio en el caso de un motor, es necesario disminuir la fricción para evitar el desgaste de las piezas y genere calor. OBJETIVO

• Observar en un sistema los efectos de la fricción cuando se intenta “eliminarla” para explicar las condiciones en que se cumple la Primera Ley de Newton.

PARA INICIAR 1. Los siguientes dibujos representan a unos niños jalando una cuerda. En los ejes traza los diagramas de cuerpo libre (cuida que la longitud relativa de las flechas represente cómo sería la magnitud de las fuerzas horizontales que intervienen en cada caso), y calcula el valor de la fuerza neta.

Fneta = _________

F = 10 N F = 8 N F = 9 N F = 6 N

F = 9 N F = 6 N F = 7 N F = 8 N

Fneta = _________

57

2. En las siguientes figuras, dibuja los vectores que representan a: fuerza aplicada (F), fuerza de fricción estática (fe) y fuerza de fricción cinética (fc), según corresponda. Se aplica una fuerza Se aplica una fuerza y el cuerpo no se mueve y el cuerpo se mueve PROBLEMA Seguramente has observado que los repartidores de hielo por un lado ó los repartidores de los bultos de periódicos por otro, sin bajarse de su camioneta, avientan el trozo de hielo que se desliza a lo largo de la banqueta hasta que encuentra un obstáculo, ó el bulto de periódicos, que no se desliza y permanece en ese lugar. ¿De qué depende que el bloque de hielo y el bulto de periódicos no presenten el mismo comportamiento en cuanto a la forma en que se desplazan? HIPÓTESIS Formula tus hipótesis acerca de la relación que existe entre el comportamiento del bloque de hielo y del bulto de periódicos, con respecto a la forma en que se desplazan. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 1 Comenta con tus compañeros y escribe a continuación que material necesitas para comprobar tu hipótesis. Utiliza un bloque con diferentes superficies y una tabla de formaica como las que existen en el laboratorio. Para encontrar la relación entre la rugosidad de la superficie y la fuerza aplicada, realiza lo siguiente: Coloca la cara más lisa sobre la tabla de formica, sujeta el bloque con un hilo elástico y con la regla mide su longitud inicial. Tira de él lentamente y observa el alargamiento del hilo elástico en las siguientes situaciones:

a. Cuando el bloque permanece en reposo. b. Justo antes de iniciar el movimiento

58

Elabora un esquema que represente las fuerza horizontales que actúan sobre el bloque, en las situaciones a, b. 1. Al jalar el elástico y el bloque continua en reposo, ¿aplicas una fuerza externa? _____ ¿Por qué no se mueve el bloque? _______________________________________________ 2. ¿Para iniciar un movimiento sólo es necesario aplicar una fuerza externa? Explica ______ __________________________________________________________________________ 3. ¿Qué fuerza es la que impide que el bloque se desplace sobre la superficie de formaica, a pesar de que se está aplicando una fuerza para moverlo? ____________________________ La fuerza de fricción estática, se presenta cuando se aplica una fuerza a un objeto para desplazarlo sobre una superficie, pero éste permanece en reposo. La fricción estática adquiere diferentes valores:

Un valor de cero, cuando no se aplica ninguna fuerza para moverlo. Un valor máximo justo antes de iniciar el movimiento. El mismo valor que la fuerza aplicada, pero de sentido opuesto, momento antes de

moverse el objeto (las fuerzas están en equilibrio) ACTIVIDAD 2 Coloca el bloque sobre la superficie de formica, con un dinamómetro mide la fuerza aplicada justo antes de iniciar el movimiento, y la fuerza aplicada para que continué en movimiento. Repite lo mismo con las diferentes superficies (franela, perfocel, esponja). Elabora un dibujo en donde representes las fuerzas horizontales que actúan en el bloque cuando éste se desplaza. 4. En qué superficie aplicaste una mayor fuerza. Explica _________________________ __________________________________________________________________________ 5. Cómo es la fuerza aplicada justo antes de iniciar el movimiento del bloque, comparada con la fuerza cuando el bloque continua en movimiento? ________________________________ Explica ____________________________________________________________________

59

6. Elabora el diagrama de cuerpo libre, representando las fuerzas horizontales que actúan en el bloque para las siguientes situaciones: Continua en reposo Justo antes de iniciar su movimiento 7. ¿Cuál es el valor de la fuerza neta en cada caso? 8. Al iniciar el bloque su movimiento, éste es libre o forzado. Explica. 9. Para que el bloque continué en movimiento ¿fue necesario aplicar una fuerza externa continua? Explica ____________________________________________________________ 10. ¿Estos resultados están de acuerdo con las hipótesis que anteriormente propusiste? Explica ____________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ La fricción cinética, aparece cuando un objeto se mueve sobre una superficie, y se opone a que el objeto continué en movimiento :

Tiene un valor menor al de la fricción estática. Tiene el mismo valor que la fuerza aplicada, cuando el objeto presenta un movimiento

uniforme, se mueve a velocidad constante. Una vez iniciado su movimiento su valor no cambia.

ACTIVIDAD 3 Infla el globo del disco de baja fricción, colócalo sobre la superficie de formica, aplica con tu dedo un pequeño empujón. Observa su movimiento (trayectoria y velocidad). Elabora un esquema del sistema físico indicando las fuerzas que intervienen antes y durante el movimiento.

60

1. Al colocar el disco de baja fricción sobre la superficie de formica, ¿qué se requiere para que el disco inicie su movimiento? ______________________________________________ 2. Para que el disco continué en movimiento es necesario aplicarle una fuerza ______ Explica ____________________________________________________________________ 3. Además de utilizar un “colchón” de aire para disminuir la fuerza de fricción, ¿qué otras formas existen para disminuir la fricción? _________________________________________ 4. Compara el movimiento del bloque con el movimiento del disco y completa el siguiente cuadro.

Experiencia Interpretación Conceptos Aplico una fuerza al bloque y éste se mueve

Dejo de aplicar la fuerza al bloque y éste se detiene.

El disco se mueve sin que le aplique una fuerza.

5. Si se “elimina” la fricción entre las superficies de contacto, ¿cómo sería el movimiento de un cuerpo? _________________________________________________________________ Seguramente ya te diste cuenta que los cuerpos, no modifican su estado de movimiento uniforme (velocidad constante, Fneta = 0), hasta que una fuerza externa no equilibrada como la fuerza de fricción, entre otras, modifique su estado. Esta tendencia varia para cada cuerpo y se reconoce como la primera ley de Newton. CONCLUSIONES ¿Qué puedo concluir?, ésta pregunta la puedes contestar recordando: cómo es la fuerza aplicada cuando un cuerpo se mueve sobre diferentes superficies (caras del bloque), cómo es cuando se reduce la fricción entre las superficies que se deslizan (disco con globo) y, que relación tienen estas situaciones con la primera ley de Newton. EVALUACIÓN Aplica los conceptos revisados para resolver las siguientes cuestiones: 1. Sobre una mesa se encuentra una mochila, la empujas con tu mano y notas que ésta se desliza, pero termina nuevamente en reposo. Aplica la primera ley de Newton para responder las siguientes preguntas:

a. ¿Por qué permanece en reposo antes de aplicar la fuerza?

61

b. ¿Por qué se mueve cuando la empujas con la mano? c. Después que dejaste de aplicar la fuerza, ¿por qué vuelve al reposo? d. ¿En qué condiciones permanecerá en movimiento a velocidad constante?

2. ¿Por qué es más difícil empujar un auto con el freno puesto, que sin freno. Para contestar puedes apoyarte en las siguientes figuras**. _____ _____ AUTOInstruduran Aprend

Identiffuerza Reconreposo(movim Aplico BIBLJiménColeg Fascí **You

_______________________________________

_______________________________________

EVALUACIÓN cciones: marca con una la columna que cote la actividad.

izaje Me con

ico el tipo de movimiento de un cuerpo a partir de la neta.

ozco las condiciones para que un cuerpo este en y con movimiento a velocidad constante iento libre).

la primera ley de Newton en situaciones diversas.

IOGRAFÍA ez, E., (2000). Actividades de apoyo para la eio de Bachilleres: México.

culo 2., (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: M

ngner, P., (1980). Física. Publicaciones Cultural:

______________________________

______________________________

rresponde a los logros que obtuviste

fundo Si sé pero me falta practicar

Lo domino

nseñanza y la evaluación de Física I.

éxico.

México.

62


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3c ¡CUIDADO ALCONDUCIR!

OBJETIVO No. 2.1 ESTABLECER LA PRIMERA LEY DE NEWTON CONTEXTO Seguramente has observado en catálogos que los autos están equipados con cinturón de seguridad y respaldos altos, entre otros accesorios, para asegurar la integridad física de los conductores, evitando que durante algún impacto o choque resulten lesionados. Durante el desarrollo de esta actividad podrás comprender por qué los diseñadores de autos utilizan las leyes del movimiento en sus diseños. OBJETIVO

• Analizar, que los objetos en reposo o en movimiento uniforme cumplen la primera ley de Newton (también llamada ley de la inercia).

PARA INICIAR 1. En las siguientes situaciones4, representa las fuerzas que actúan sobre la pelota. Recuerda que las fuerzas se representan mediante flechas.

a. 2.ob Se

4 S5 V

se aplasta la pelota b. inicia su movimiento c.

Una niña empuja a velocidad constante una silla que tieneserva5. Explica el comportamiento de los libros cuando:

mueve a velocidad constante se detiene brusca

tollberrg, R., (1977). Física Ffundamentos y Fronteras. Publicaciones Cultural: México.ancleave, J., (1998). Física para niños y jóvenes. Limusa: México. Pag. 147

detiene su movimiento

encima libros como se

mente

Pag. 41

63

PROBLEMA El gestor de seguros de autos aún sin estar presente durante un choque, es capaz de reconocer las condiciones del choque, mismas que le permiten tomar la decisión en cuanto a quién lo ocasionó, y en función de los daños físicos saber si el conductor traía puesto ó no el cinturón de seguridad. ¿Qué evidencias debe tener presente el gestor de seguros de auto para saber si el conductor llevaba puesto el cinturón?

HIPÓTESIS Formula una hipótesis en donde relaciones el movimiento que experimenta el conductor con las evidencias de traer puesto ó no el cinturón de seguridad. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 1 Anota el material que consideras necesario para realizar, aquí en el laboratorio, una situación similar a la que ocurre cuando vamos en un vehículo, y éste se frena bruscamente? Utiliza un carrito de fricción de los de juguete, a cierta distancia coloca algún obstáculo. Ensaya la intensidad de la tracción que debes darle para que el carrito se impacte con el obstáculo y tengas el espacio bien delimitado. Sobre el carro de fricción coloca un muñequito (cualquier objeto) que hará las veces de conductor. El siguiente dibujo muestra el sistema físico a estudiar. Sugerencia: si no tienes carrito y muñeco, para simularlos, puedes emplear una tarjeta de teléfono y monedas respectivamente, o cualquier otro objeto. Ten presente que el obstáculo sólo golpea al carrito.

3. El obstáculo imprimió una fuerza, ¿sobre el c ______________________________________

Explica lo que ocurre después del impacto con... 1. El carrito _______________________ ¿Por qué?_________________________ El muñeco ________________________ ¿Por qué _________________________

arro ó sobre el muñeco?.Explica

__________________________________

64

Seguramente estas de acuerdo en que antes del impacto el carro y el conductor están en movimiento. Sin embargo al chocar, el carro se detiene porque el obstáculo ejerce una fuerza que desequilibra su movimiento, en cambio el conductor tiende a continuar en movimiento. Recuerda que: “Un cuerpo en movimiento permanece en movimiento, a menos que reciba la acción de una fuerza externa no equilibrada”6 ACTIVIDAD 2 Utiliza dos carros, en uno sujeta al conductor con su cinturón de seguridad (muñeco sujeto al carro con una liga) y su cabeza floja, déjalo enfrente y en reposo. Con el otro carro provoca un impacto por detrás. Elabora un esquema de lo que ocurre después del impacto. 4. Escribe en los espacios lo que observaste con . . .

a. El muñeco, explica.

b. La cabeza del muñeco, explica. c. Con el carrito, explica.

d. Para evitar que el muñeco (conductor) sufra algún daño, ¿qué modificación le harías

al respaldo del asiento?. ¿Por qué? 5. Compara la actividad 1 con la actividad 2. A partir de ella explica el comportamiento de lo ocurrido. 6. ¿Tu hipótesis coincide con lo que observaste en las actividades? Seguramente te diste cuenta que durante el impacto, la fuerza sólo actúa en el vehículo, pero no en el conductor, por lo que éste tiende a continuar en la misma posición. Recuerda que: “Para modificar el reposo o movimiento de un cuerpo, hay que aplicar sobre él una fuerza que desequilibre su estado” 6 Brandwein, R., (1984). Física, La energía sus formas y sus cambios. Publicaciones Cultural: México.

65

ACTIVIDAD 3 Utiliza dos carritos trabando las llantas con cinta adhesiva y amarra un elástico a cada uno. Aumenta la masa de uno colocando una pesa, fíjala con plastilina. Al mismo tiempo jala del elástico para ponerlos en movimiento. Observa lo que sucede. 7. ¿Cuál de los carritos se mueve más fácilmente?. Explica. Durante las actividades se observa que los cuerpos presentan resistencia para cambiar el estado de reposo o de movimiento y esta resistencia aumenta conforme aumenta la masa del cuerpo, a esta propiedad se le llama inercia. Cualquier cuerpo que modifique su estado de reposo o movimiento se comporta de acuerdo con la primera ley de Newton también llamada ley de la Inercia. CONCLUSIONES A partir de las afirmaciones a las que llegas durante las actividades elabora tu conclusiones. En tu descripción utiliza los términos: reposo, movimiento, inercia, fuerza externa.

EVALUACIÓN 1. Sobre un pedazo de tela, se colocan 3 monedas alineadas y sobre las monedas de los extremos coloca un vaso invertido, como se muestra. A partir de la primera ley de Newton explica, ¿cómo sacarías la moneda del centro sin tocar el vaso? NOTA: inténtalo. ¡Es más fácil de lo que te imaginas!

____________________________________ ____________________________________ ____________________________________

2. Seguramente habrás visto la película de “Titanic”, y también te habrás preguntado por qué a pesar de que los vigilantes descubrieron el “iceberg” mucho tiempo antes del impacto, no lograron los capitanes de máquinas evitar el accidente. A partir de la primera ley de Newton, redacta en las siguientes líneas los motivos por los que consideras fue imposible evitar el accidente.

66

AUTOEVALUACIÓN Con los conocimientos que adquiriste seguramente ya puedes contestar lo siguiente:

1. Por qué es recomendable usar el cinturón de seguridad.

2. Por qué los autos tienen respaldos más altos. BIBLIOGRAFÍA Alvarenga, B., (1994). Física general, con experimentos sencillos. Harla: México. Brandwein, R., (1984). Física, La energía sus formas y sus cambios. Publicaciones Cultural: México. Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física 1. Colegio de Bachilleres: México. Stollberg, R., (1977). Física fundamentos y fronteras. Publicaciones Cultural: México. Vancleave, J., (1998). Física para niños y jóvenes. Limusa: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 4a CAMINANTES

OBJETIVO 2.2 VELOCIDAD, MODELO tdv =

CONTEXTO En nuestro entorno gran cantidad de objetos se desplazan. Muchos de ellos describen una trayectoria recta durante todo su movimiento o en algunas partes de él. Esto sucede, por ejemplo, en el Periférico o en el Viaducto, hay unos tramos que son rectos. Si pensamos que hay objetos que viajan en línea recta (como los automóviles) y que en tramos cortos su velocidad permanece constante, ¿qué sucede con la fuerza neta que actúa sobre estos objetos?. El gasto de combustible para el movimiento de vehículos (aunque viajen en línea recta y con velocidad uniforme) nos invita a pensar en la existencia de fuerzas generadas por el motor del vehículo, pero también en la existencia de fuerzas de fricción entre las llantas del automóvil y el pavimento, que es necesario vencer continuamente para que el automóvil permanezca en movimiento. OBJETIVO

• Identificar la relación que existe entre la distancia recorrida y el tiempo empleado por un móvil que se desplaza de manera uniforme a lo largo de una trayectoria recta.

• Relacionar al movimiento uniforme a lo largo de una línea recta (velocidad constante) con la fuerza neta que actúa sobre el móvil.

PARA INICIAR

1. Explica las características de las relaciones directa proporcional e inversa proporcional entre variables.

2. Marca con una X cuál de los siguientes objetos puede tener movimiento libre hacia la izquierda:

B 15 N15 N A

13 N 10 N

D

15 N

13 N C

15 N 13 N

Explica:

68

3. Con base en el esquema que se muestra a continuación escribe dentro del paréntesis

una V si consideras que el enunciado es verdadero o una F, si consideras que es falso.

El bloque A, que se presenta a continuación se mueve hacia la derecha con movimiento libre sobre la cubierta de una mesa de laboratorio.

Ff = 40 N A F1 = 40 N a. ( ) El bloque A, NO puede moverse hacia la derecha porque las dos fuerzas

mostradas son iguales.

b. ( ) La fuerza neta que actúa sobre el bloque es cero.

c. ( ) El bloque A tiene movimiento libre.

d. ( ) La fricción cinética entre el bloque y la cubierta de la mesa es nula.

e. ( ) El bloque A se encuentra en reposo.

f. ( ) La fricción estática NO se presenta en este caso.

PROBLEMA Un estudiante de primer semestre, después de haber entrado a la clase de física, observó que en el patio varios de sus compañeros se movían en línea recta y de manera uniforme. Al recordar el inicio de semestre llegó a su mente la posibilidad de elegir sistemas físicos para su estudio en los cuales era posible identificar variables dependientes e independientes. Así, se preguntó si un alumno podría ser parte de un sistema físico para identificar la relación que existe entre la distancia que recorre y el tiempo que emplea. ¿Qué relación existe entre la distancia recorrida y el tiempo empleado por un alumno que se desplaza de manera uniforme a lo largo de una línea recta? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros y escribe a continuación cuál piensas que es la respuesta al problema anterior.

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ACTIVIDADES Antes de iniciar lee todas las indicaciones y asegúrate de comprenderlas. Comenta con tus compañeros qué material piensas que se requiere para estimar la distancia que recorre un alumno y el tiempo que emplea. Escribe a continuación la lista de materiales que requieras y solicítalo al laboratorista. Marca, con ayuda de papel y cinta adhesiva, distancias iguales (por ejemplo de metro en metro) en el piso o en el muro del pasillo del laboratorio. Ahora, con la participación de los integrantes del equipo, un alumno caminará de manera uniforme y en línea recta pasando junto a las marcas puestas con anterioridad. Junto a él, caminará otro alumno con cronómetro en mano e irá diciendo en voz alta el tiempo que marca este instrumento cuando el caminante pasa por cada marca. Otro de los integrantes del equipo tomará nota de los tiempos. Organiza tus datos en una tabla como la que se muestra. Sugerencia: si el caminante se desplaza muy rápido y el alumno que observa los tiempos en el cronómetro no alcanza a dar la lectura, ésta puede hacerse cada dos o tres metros en lugar de cada metro.

1. Repite la caminata del alumno dos veces. Una más rápidomás despacio que la primera vez. Recuerda retirar las marcas que colocaste para realizar las

2. Construye las tablas una para cada caminata y las gráficasanexas. Recuerda que en Física se tiene la convención dede las abscisas. Para poder comparar los valores obtenido

tabla

Distancia d (m)

Tiempo t (s)

que la primera vez y otra

mediciones. correspondientes en hojas ubicar al tiempo en el eje

s en los tres casos emplea

70

el mismo eje de referencia para ubicar a los tres conjuntos de datos. Así, en un eje te quedarán tres líneas, una para cada movimiento.

3. Explica qué tipo de relación existe entre la distancia y el tiempo en cada caso.

4. Calcula la constante de proporcionalidad para cada caso.

5. El valor de la constante de proporcionalidad ¿tiene relación con el hecho de que el movimiento del caminante sea lento, normal o rápido? Explica.

6. Construye el modelo matemático que describe al movimiento del alumno. Es común emplear de manera indistinta, los términos rapidez y velocidad, pero en Física tienen un significado diferente. La velocidad es una medida de que tan aprisa se mueve un objeto y en que dirección y sentido lo hace. En cambio rapidez, es sólo la magnitud de la velocidad sin considerar su dirección y sentido. Considerando esto, ¿qué mediste, velocidad o rapidez? Explica.

7. ¿Cuál es el valor de la fuerza neta que actúa sobre el alumno? Explica.

71

En efecto, cuando un móvil recorre distancias iguales en tiempos iguales, se mueve a velocidad constante y por consiguiente la fuerza neta que actúa sobre él es igual a cero. CONCLUSIONES Completa el siguiente enunciado con las siguientes palabras: fuerza neta, distancia recorrida, línea recta, tiempo empleado, directamente proporcional. Entre la _______________________ y el tiempo empleado por un móvil que se desplaza uniformemente y en línea recta, existe una relación __________________________. Porque la gráfica de estas dos variables es una ________________________ que pasa por el origen del eje de referencia, y además, a aumentos iguales en la distancia recorrida corresponden aumentos iguales en el _______________________. Este movimiento recibe el nombre de Movimiento Libre, porque la ________________________ que actúa sobre el móvil es cero. EVALUACIÓN

1. Un avión que viaja en línea recta y de manera uniforme recorre 400 Km en 3 horas: a. ¿qué distancia recorrerá en 4.5 horas? Explica

b. ¿Cuál es su velocidad?

c. Si la fuerza que impulsa al avión es de 9 200N, ¿Cuánto vale la fuerza de fricción cinética? Explica.

d. ¿Cuánto tiempo empleará este avión en recorrer 619 km? AUTOEVALUACIÓN

1. Diseña un problema en el que consideres a un objeto de tu entorno que se mueva con movimiento libre. Incluye datos de magnitudes pertinentes, es decir no señales, por ejemplo que un auto viaja a 900 km/ h o que una persona se desplaza sobre una escalera eléctrica 130 metros.

72

2. Escribe la solución al problema que tu diseñaste.

3. El resultado obtenido, ¿te parece correcto? Explica.

4. El procedimiento seguido, ¿te parece correcto? Explica. BIBLIOGRAFÍA Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México. Fascículo 2., (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: México. Hewitt, P. , (1998). Física Conceptual. Addison – Wesley Iberoamericana: México.

73


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 4b TUBO DE BURBUJA


CONTEXTO Existen muchos objetos en nuestro entorno que se desplazan con movimiento libre. Éste se presenta cuando la FUERZA NETA que actúa sobre el objeto es cero. Muchas personas piensan que el movimiento libre sólo se presenta cuando no existen fuerzas aplicadas sobre un cuerpo. Esto es un error, pueden existir muchas fuerzas aplicadas sobre un cuerpo, pero si entre ellas se equilibran, entonces éste puede tener movimiento libre, o reposo, como lo señala la primera Ley de Newton. OBJETIVO

• Identificar la relación que existe entre la distancia y el tiempo de un móvil que se desplaza con movimiento libre.

PARA INICIAR Comenta con tu equipo y elaboren una lista de los pasos que seguirían para establecer una

relación cuantitativa entre dos variables relevantes de un sistema en estudio.

74

PROBLEMA Un tubo se llena con aceite, y se deja una pequeña burbuja de aire en su interior. ¿Cuál es la velocidad con que se desplaza la burbuja, al inclinar el tubo? HIPÓTESIS Comenta con tu equipo y escribe a continuación cuál piensas que es la respuesta al problema anterior. ACTIVIDADES Para esta actividad será necesario un tubo de burbuja, un cronómetro, regla y cinta adhesiva. Marca, con la cinta adhesiva, distancias iguales en el tubo de burbuja. Pueden ser cada 10 ó 20 cm., como se observa en la figura. Inclina un poco el tubo de burbuja. Observa qué sucede con la burbuja. Como el propósito es que midas el tiempo en que ésta se desplaza, analiza qué tan rápido avanza dentro del tubo. Elige una inclinación en la que puedas medir los tiempos con facilidad. En ocasiones, una inclinación muy grande hace que la burbuja avance muy rápido y no se puedan medir los tiempos. Coloca algún objeto (mochilas, cuadernos) en un extremo de la mesa de laboratorio, de tal forma que logres una inclinación adecuada para el tubo.

1.

2.

Con ayuda de tus compañeros de equipo, mide el tiempo en que la burbuja en recorre las distancias marcadas. Acciona el cronómetro cuando la burbuja pase por la primera marca, y después, sin detener el cronómetro, indica los tiempos que éste va registrando cuando la burbuja pasa por cada marca.

Completa la tabla con la información de distancias y tiempos:

75

d (cm) t (s)

1 2 3 4 5 6 7 8

3. Construye la gráfica distancia – tiempo. Recuerda que en física se tiene la convención

de ubicar al tiempo en el eje horizontal.

4. ¿Qué relación existe entre la distancia y el tiempo en el movimiento de la burbuja? Explica.

5. Copia los datos de la tabla que construiste en el punto 2 y calcula la constante de

proporcionalidad.

d (cm) t (s) Constante de proporcionalidad

1 2 3 4 5 6 7 8

PROMEDIO

6. Construye el modelo matemático para el movimiento de la burbuja.

76

La constante de proporcionalidad que obtuviste corresponde a la velocidad con que se desplaza la burbuja. Si cambias la inclinación del tubo, ¿el valor de ésta magnitud cambiará? Explica.

7. ¿Cómo es la trayectoria de la burbuja?_____________________________________ Compara los intervalos de distancia recorridos, ¿Cómo son entre sí? _____________ Compara los intervalos de tiempo empleados, ¿Cómo son entre sí?_______________ ¿Cómo es el valor de la velocidad de la burbuja? _____________________________

8. Con base en las respuestas a la cuestión anterior señala, ¿cuáles son las características del movimiento que describe la burbuja?, ¿este es un movimiento libre o rectilíneo uniforme? Argumenta tu respuesta.

9. ¿Cuánto vale la fuerza neta sobre la burbuja? Explica.

Seguramente ya sabes que el movimiento rectilíneo uniforme es aquel en el que un móvil viaja en línea recta, con velocidad constante, recorre distancias iguales en tiempos iguales, además el valor de la fuerza neta que actúa sobre el móvil es cero. En este caso la burbuja, recorre distancias iguales en tiempos iguales y por consiguiente se mueve a velocidad constante, presenta un movimiento rectilíneo uniforme, pero recuerda que también se le conoce como movimiento libre. CONCLUSIONES Escribe las conclusiones que hayas obtenido de esta práctica. En ellas debes incluir los siguientes términos: distancia, tiempo, velocidad constante, movimiento libre, movimiento

rectilíneo uniforme, fuerza neta, trayectoria recta, tdv = .

77

EVALUACIÓN A. Si el tubo tuviera una longitud de 175 cm, ¿en qué tiempo la burbuja recorrería ésta distancia?. B. El sonido viaja en el aire con una velocidad constante de 340 m/s, ¿a qué distancia se encuentra un excursionista que oye el eco de su voz después de 4 segundos de haber gritado? Nota que el sonido de la voz del excursionista llega al acantilado y se refleja para regresar nuevamente a él. AUTOEVALUACIÓN Escribe tres aprendizajes que hayas logrado en esta actividad. Intercambia puntos de vista con tus compañeros, ¿aprendieron cosas diferentes? 1. 2. 3. BIBLIOGRAFÍA Hewitt, P. ,(1998). Física Conceptual. Addison – Wesley Iberoamericana: México. Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres: México. Fascículo 2., (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: México.

78


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 4c CARRO DE PILAS


CONTEXTO Los juguetes de los niños nos pueden ayudar al estudio de la física, sobre todo los que tienen movimiento. Un carro de pilas servirá en esta ocasión para estudiar a la velocidad en el movimiento libre. Éste se presenta cuando sobre un objeto la fuerza neta que actúa sobre él es nula. El movimiento libre también se llama movimiento rectilíneo uniforme. El primer nombre responde a ideas de la Dinámica, en donde se describe el movimiento con base en las causas que lo producen, por eso se dice que es el movimiento que se presenta cuando la fuerza neta (causa) que actúa sobre el objeto es cero. El segundo nombre responde a ideas de la Cinemática, en donde únicamente se describe el movimiento pero sin atender a sus causas, así, se dice que el movimiento rectilíneo uniforme es aquel en el que un móvil viaja en línea recta, con velocidad constante y recorriendo distancias iguales en tiempos iguales. Son dos formas de conocer al mismo movimiento, sólo que uno atiende a las causas y otro a las descripciones. OBJETIVO

• Establecer la relación entre la distancia y el tiempo empleado por un móvil que se desplaza con un movimiento rectilíneo uniforme.

• Reconstruir el modelo matemático de la velocidad constante (tdv = )

PARA INICIAR 1. A continuación se presentan una serie de acciones que puedes realizar para

establecer relaciones cuantitativas entre variables. Ordénalas en la tabla de la derecha.

• Construir una gráfica 1 2 3 4 5 6 7 8 9

• Identificar a las variables y a las constantes de un sistema

• Calcular la constante de proporcionalidad • Modificar a la variable independiente • Construir una tabla • Identificar cuál es la variable dependiente y cuál

la independiente • Observar los cambios en la variable

independiente • Construir un modelo matemático • Decidir qué tipo de relación existe entre la

variable independiente y la variable dependiente • Hacer predicciones

10

79

2. Comenta con tus compañeros y escribe qué se propone en la primera ley de Newton.

3. ¿A qué tipo de movimiento se refiere la primera ley de Newton? Explica. PROBLEMA Un carrito de pilas se desplaza en línea recta sobre una superficie horizontal, ¿qué relación existe entre la distancia recorrida y el tiempo que emplea el carrito en desplazarse? HIPÓTESIS Cuál supones que sea la respuesta.

ACTIVIDADES Marca en el piso distancias iguales, puedes usar cinta adhesiva. Si la actividad la realizas en el laboratorio puedes usar como marcas las divisiones entre loseta y loseta, solo tendrás que medir una de ellas. Acciona el carro de pilas, recuerda que es fundamental que se mueva en línea recta. Se sugiere que acciones el carro antes de la primer marca, de tal forma que cuando pase por esta primer marca acciones tu cronómetro y empieces a medir el tiempo. Recuerda que no debes detener el cronómetro, cuando el carro pase por una marca debes decir el tiempo que observas y otra persona lo debe escribir.

1. Registra l
as distancias y los tiempos en la siguiente tabla:
d (cm) t (s) 1 2 3 4 5 6 7 8

80

2. Construye la gráfica distancia – tiempo. Recuerda que en física se acostumbra ubicar

al tiempo en el eje horizontal

3. ¿Qué tipo de relación existe entre la distancia recorrida por el carro y el tiempo

empleado? Explica.

4. Copia los datos de la tabla que elaboraste en la cuestión 3 y calcula la constante de proporcionalidad:

d (cm) t (s) Constante de

proporcionalidad 1 2 3 4 5 6 7 8

PROMEDIO

5. Construye el modelo matemático también llamado fórmula para el movimiento del

carro de pilas.

6. La constante de proporcionalidad que obtuviste ¿está relacionada con la velocidad del carro? Explica.

81

7. A partir de tu modelo matemático predice:

a. Qué tiempo emplearía el carro en recorrer una distancia de 14 metros. Explica.

b. En 7 minutos ¿qué distancia recorrería el carro?

8. Dibuja, de manera sencilla al carro y, representa en tu dibujo a la fuerza que se aplica

para lograr que se mueva y a la fuerza de fricción.

9. ¿Cómo es la trayectoria del carro?_________________________________________ ¿Cómo es la velocidad del carro?__________________________________________ Compara los intervalos de distancia recorridos, ¿Cómo son entre sí? _____________ Compara los intervalos de tiempo empleados, ¿Cómo son entre sí?_______________ ¿Cuánto vale la fuerza neta que actúa sobre el carro? _________________________

10. Con base en las respuestas a la cuestión anterior, señala cuáles son las características del movimiento que describe el carro. Este es un movimiento libre o rectilíneo uniforme.

CONCLUSIONES Escribe las conclusiones que hayas obtenido de esta práctica. En ellas debes incluir los siguientes términos: distancia, tiempo, velocidad constante, movimiento libre, movimiento

rectilíneo uniforme, fuerza neta, trayectoria recta, tdv = .

82

EVALUACIÓN Actualmente los topógrafos emplean dispositivos que emiten una luz laser para medir los terrenos y las construcciones (telémetros). Un topógrafo empleó un telémetro para medir la distancia de un gran terreno que colinda con una gran barda de 3.5 metros de altura. Si la luz viaja en el aire a una velocidad de 300 000 km/s y el topógrafo registró en su medidor un tiempo de 0.000 005 segundos desde que se emitió el laser hasta que regresó, ¿cuál es la longitud de este terreno?

barda

d AUTOEVALUACIÓN Responde mentalmente las siguientes cuestiones, si sabes la respuesta de todas, lograste el objetivo de esta actividad:

1. Cuáles son las características del movimiento rectilíneo uniforme. 2. En qué se diferencia el movimiento rectilíneo uniforme del movimiento libre. 3. Cuánto vale la fuerza neta en el movimiento rectilíneo uniforme. 4. Cuál es el modelo matemático del movimiento rectilíneo uniforme. 5. Un móvil viaja en línea con una velocidad constante de 60 Km / h:

a. en una hora qué distancia recorre b. en dos horas y media qué distancia recorre c. cuando ha recorrido una distancia de 180 km, cuánto tiempo ha empleado

BIBLIOGRAFÍA Hewitt, P. (1998). Física Conceptual. Addison – Wesley Iberoamericana: México.

Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I.

Colegio de Bachilleres: México.

Fascículo 2., (1992). Física I. Colegio de Bachilleres: México.

83

COLEGIO DE BACHILLERES Física I

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5a SE QUEDÓ CON EL CAMBIO

OBJETIVO 2.3 SEGUNDA LEY DE NEWTON (ANÁLISIS CUALITATIVO)

CONTEXTO En el lenguaje común, el término aceleración se emplea con referencia a un automóvil, motocicleta, avión, entre otros, se asocia con un aumento de velocidad. Sin embargo en el lenguaje científico significa cambio en el movimiento, en donde el cambio de velocidad es positivo (aumenta su velocidad) o negativo (disminuye su velocidad). Cuando un móvil disminuye su velocidad se esta desacelerando. Cuando un móvil se desplaza con movimiento forzado éste presenta cambios de velocidad y de trayectoria. OBJETIVO

• Identificar las variables que determinan los cambios de velocidad en un objeto. • Analizar, en forma cualitativa, la relación entre las variables que determinan el

cambio de velocidad en un objeto. PARA INICIAR Contesta lo que se te pide:

1. Un auto parte del reposo y después de cierto tiempo alcanza una velocidad de 100 h

km .

a. Su velocidad _________________________

Cambia / permanece constante

b. Su movimiento es __________________________

Libre / Forzado

c. ¿Cuál es el valor del cambio de velocidad? ____________________________

d. El valor de la Fneta que actúa sobre el auto es ___________________________

Igual a cero / diferente de cero

84

e. Si al entrar a una curva disminuye su velocidad de 100 h

km a 80 h

km , ¿cuál es su

cambio de velocidad? Explica. PROBLEMA Habrás notado que cuando viajas en un automóvil por una avenida donde hay bastantes semáforos, puedes apreciar muchos cambios de velocidad. De igual manera Ricardo observa que su amigo Alfonso al jugar con su patín del diablo, en ocasiones va lento y en otras va más rápido. Es decir, el patín cambia su velocidad. Entonces le entra la curiosidad por saber ......... ¿De qué variables depende el cambio de velocidad de un objeto?, ¿cómo se relacionan estas variables? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros y escribe una posible respuesta al problema anterior. ACTIVIDADES Para poner a prueba tus hipótesis, se sugiere que emplees tres balines (uno de diferente tamaño), una regla y un riel. Actividad 1 Variables que intervienen para el cambio de velocidad de un objeto.

a. Toma los dos balines iguales, a uno dale un empujón pequeño con tu mano (aplicar fuerza de corta duración) y a otro dale un empujón mayor (también aplicar fuerza de corta duración, pero de mayor intensidad). ¿Su cambio de velocidad es el mismo?_________ ¿cuál es la variable que tú estas cambiando? _____________________________

b. Toma nuevamente dos balines iguales, a uno dale un empujón (aplicar fuerza de corta duración) y al otro, al darle el empujón, mantén tu mano más tiempo empujándolo (aplicar una fuerza prolongada), ¿Su cambio de velocidad es el mismo?_________ ¿cuál es la variable que tú estas cambiando? ____________________________

c. Ahora toma dos balines de diferente tamaño (diferente masa también), aplica a ambos un empujón igual. ¿Su cambio de velocidad es el mismo?_________ ¿cuál es la variable que tú estas cambiando? _____________________________

d. Al resumir las observaciones de las actividades anteriores, es posible señalar que el cambio de velocidad depende de: 1)___________________, 2)_________________, y 3) ________________________

85

Hasta aquí tienes razón, pero haz considerado cambiar la superficie de contacto, ¿ocurre algo con la fuerza de fricción?, ¡consideras que ésta influye en el cambio de velocidad?. Explica. 1. ¿Estas afirmaciones están de acuerdo con tus hipótesis? Actividad 2 Relación entre fuerza y cambio de velocidad Utiliza el material disponible para armar el dispositivo que se muestra en la figura 1. Paso1. Coloca un balín en el extremo del riel y golpea flexionando una regla de plástico, como se muestra en la figura. Observa el cambio de velocidad que presenta el balín. Paso 2. Coloca n(aplica más fuerz Contesta las sigu 2.-¿En cuál de lo 3. Si comparas evelocidad del balí 4. ¿Qué variable

uevamente el balín sobre el riel pero ahora flexiona mucho más la regla a) para golpearlo.

ientes preguntas de acuerdo a tus observaciones.

s pasos 1 ó 2, se aplica mayor fuerza? Explica.

l cambio de velocidad que el balín adquiere en el paso 1, con el cambio de n del paso 2, ¿en qué caso presenta mayor cambio de velocidad? _______

provoca el cambio de velocidad? ______________________

86

5. ¿Qué relación observas entre la fuerza y el cambio de velocidad? ___________________ Escribe cómo la representas. ________________________ 6.¿Que variables permanecen constantes en esta actividad? 1) ______________________, 2) _____________________ Actividad 3 Relación entre tiempo y cambio de velocidad Inclina ligeramente el riel de aluminio, como se observa en la figura, coloca el balín en el extremo más alto (posición A), suéltalo y observa su movimiento hasta llegar al final (posición C). Repite lo mismo pero ahora coloca el balín a la mitad del riel (posición B). Contesta la siguientes preguntas según tus observaciones. 1.-¿En que posición A ó B, se aplica la fuerza al balín durante más tiempo? Explica. 2.-¿En qué caso se observa mayor cambio de velocidad en el balín cuando pasa por la posición C? 3.-¿Qué variable provoca la diferencia en el cambio de velocidad que el balín adquiere en las dos posiciones? 4.-¿Qué relación observas entre el tiempo de aplicación de la fuerza y el cambio de velocidad? Explica. 5.-¿Cómo es la masa del balín que usaste en la posición A y B? 6.-¿Cómo es la fuerza aplicada sobre el balín comparando las dos posiciones A y B?

87

Actividad 4 Relación entre masa y cambio de velocidad. Paso 1. Coloca el riel en forma horizontal y con una regla golpea al balín como lo hiciste en la actividad 2. Observa el cambio de velocidad. Paso 2. Repite el paso 1, pero ahora coloca un balín de masa diferente. Es importante que la regla se flexione exactamente igual en los dos casos. Contesta las siguientes preguntas de acuerdo a tus observaciones de los dos pasos anteriores. 1.-¿En cuál caso el balín es de mayor masa? 2.-¿En qué caso se observó mayor cambio de velocidad? 3.-¿Qué relación se presenta entre la masa y el cambio de velocidad? , ¿cómo representas estas relación?. 4.-¿Qué variable provoca la diferencia en el cambio de velocidad que los dos balines presentan? 5.-¿Qué variables permanecen constantes en esta actividad? 1) ______________________, 2) _________________________. De las afirmaciones que haz obtenido, puedes asegurar que el cambio de velocidad de un móvil depende de: fuerza neta, tiempo y masa del objeto. La relación que existe entre ellas

se representa de forma integrada de la siguiente manera ∆v ∝ tm

Fneta , misma que

corresponde a una aproximación cualitativa de la segunda ley de Newton.

88

CONCLUSIONES Coloca dentro de las elipses la palabra o palabras que correspondan. Para contestar correctamente, analiza los resultados obtenidos en las actividades anteriores. VARIABLE VARIABLES

FUERZA NETA

DEPENDIENTE INDEPENDIENTES

MASA

RELACIÓN DIRECTA

EVALUACIÓN

Completa los siguientes enunciados: Alfonso juega con su “patín del diablo” y su amigo Ricardo que lo observa se da

cuenta de que cuando Alfonso aplica una fuerza al patín, este presenta un cambio de_________________.

Si Alfonso aplica una fuerza mayor el cambio de velocidad que presenta el patín es

____________________________.

Ricardo auxiliándose de su reloj observa que cuando Alfonso aplica una fuerza a su patín durante un segundo, el cambio de velocidad que muestra es __________________que cuando aplica la misma fuerza durante dos segundos. Alfonso va a la tienda por 5 kilos de azúcar en su patín y cuando regresa a pesar de que aplica la misma

fuerza que cuando iba, el patín del diablo presenta un cambio de velocidad ___________________ .

Al terminar sus observaciones Ricardo le comenta a su amigo del alma, a quién por cierto le interesa mucho la Física, que el cambio de velocidad que un objeto presenta depende de _______________________, ___________________ y ________________________

89

AUTOEVALUACIÓN: Responde mentalmente las siguientes cuestiones:

1. ¿Cuáles son las variables que intervienen en un cambio de velocidad? 2. ¿Cuáles son las diferencias entre el Movimiento libre (MRU) y el movimiento forzado? 3. En base a los aprendizajes que el objetivo de esta práctica menciona, en que grado

los lograste tú._______________________ bueno / regular / malo ¿Por qué?

BIBLIOGRAFÍA Brandwein, R., (1984). Física, La energía sus formas y sus cambios. Publicaciones Cultural: México. Jiménez, E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de física, Colegio de Bachilleres: México. Romero, R. (2000). Física I, Colegio de Bachilleres: México

90


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5b CAMBIO DE VELOCIDAD

OBJETIVO 2.3 SEGUNDA LEY DE NEWTON (ANÁLISIS CUANTITATIVO)

CONTEXTO En ocasiones al observar la calle y ver a personas caminando, otras corriendo, algunos en auto, otros en bicicleta u otro medio de transporte. Se percibe que algunos “móviles” conservan una misma velocidad, pero otros, modifican su velocidad a lo largo de su recorrido, una de las causas de ese cambio de velocidad es una fuerza externa desequilibrada (FNETA ≠ 0), que actúa sobre el objeto. La segunda ley de Newton se utiliza para analizar el movimiento de estos cuerpos. OBJETIVO

• Analizar en forma cuantitativa la relación entre cambio de velocidad fuerza aplicada, masa y tiempo.

PARA INICIAR 1. En los siguientes casos muestran cuerpos en movimiento. Argumenta en qué caso(s) el movimiento es libre, y en cuál(es) un movimiento forzado?

a) Un bloque se mueve de izquierda a derecha en una superficie sin fricción

v

b) Una pelota se mueve sobre el pasto hasta detenerse c) Un disco de baja fricción se mueve sobre una superficie totalmente lisa

globo

d) Bloques a los que se les aplican las fuerzas mostradas.

Fcinética = 3 N A F= 3 N

Fcinética = 10 N

2. ¿Cuál es el cambio de velocidad que experimenta una bicicleta si

final es de 20 m/s? _______________________________

B

parte del rep

F = 45 N

oso y su velocidad

91

3. De qué variables depende el cambio de velocidad: 1) ___________________________

2) _____________________________ y 3)__________________________________

PROBLEMA Un chico al regresar a casa le llamó la atención un niño que iba en su patín del diablo, llevaba cargando una bolsa de mandado y se desplazaba muy lento. Se preguntó, ¿qué sucedería con el cambio de velocidad si el niño aplicara el doble de fuerza?, ¿el cambio de velocidad sería también del doble?, y si dejara la bolsa del mandado....... ahora ¿cuál sería el cambio de velocidad? ¿Cómo se modifica el cambio de velocidad de un cuerpo? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros la posible respuesta al problema anterior. A continuación escribe en este espacio tus hipótesis. ACTIVIDADES: Para contrastar tus hipótesis realiza las siguientes actividades. Observa la figura que aparece al final de la página y anota en el siguiente espacio el material que consideras necesario. Nota: se sugiere haber revisado antes la actividad: ¿Qué es un ticómetro?, ¿cómo funciona un ticómetro? Actividad 1

Relación entre fuerza y cambio de velocidad.

Caso A

Ubica el ticómetro en un extremo de la mesa, coloca la cinta de papel por las grapas pasando por debajo del papel carbón y pégala en la parte posterior del carro de baja fricción. Del otro extremo del carro, amarra un hilo de cáñamo y del extremo libre cuelga una pesa de 50 gramos de masa. Pasa el hilo sobre la polea que se encuentra, de tal forma que cuelgue la pesa a unos 50 cm de altura. Tal como se muestra en la figura, debes sostener el carro en tanto no acciones el ticómetro. Si no te sale a la primera, no te desesperes, vuelve a intentarlo.

92

Ten presente que el peso de la “pesita” que cuelga, es el valor de la fuerza que estas aplicando sobre el carro de baja fricción. Para conocer su valor utiliza un dinamómetro. 1. Mide la distancia entre doce o seis marcas (depende del ticómetro) sucesivas en la cinta marcada por el ticómetro. El tiempo en estos intervalos es de 0.10 segundos.

O A B C D NOTA: En el laboratorio existen dos tipos de ticómetro, uno da 120 golpes en un segundo y el otro da solamente 60 golpes por segundo. Dependiendo de cual utilices las marca sucesivas son 12 o 6 respectivamente, consulta con el profesor.

2. Registra tus resultados en la siguiente tabla, y completa la tabla

Intervalo

(entre 12 ó 6 marcas sucesivas)

Distancia recorrida

d (m)

Tiempo entre cada intervalo

t (s)

Velocidad en el intervalo

t

rm t

dv = (m/s)

Cambio de velocidad que se presenta entre los puntos ∆v = v – v0

O A

A B

B C

C D

D E

3. Observa tus resultados, ¿qué tipo de movimiento presenta el carro?

Caso B. El caso B, es idéntico al caso A, pero ahora cambia el valor de la pesa a 100 gramos, de tal manera que la fuerza que reciba el carro de baja fricción es mayor. Compara el caso A con el caso B, y contesta las siguientes preguntas.

4. ¿En que caso se presenta mayor fuerza aplicada?

_______________________________________________________________________

93

5. ¿En que caso se presenta mayor cambio de velocidad? __________________________________________________________________________ 6.En mediciones más detalladas se ha encontrado que al duplicar la fuerza aplicada, el cambio de velocidad se duplica. Con base en esta información, ¿qué relación existe entre la fuerza aplicada y el cambio de velocidad?

Actividad 2 Relación entre tiempo y cambio de velocidad. Si aplicas durante un tiempo mayor la fuerza, ¿cómo esperas que sea el cambio de velocidad?, ¿qué relación existe entre estas variables?, ¿cómo se te ocurre que podrías comprobarlo?, adelante ¡INTENTALO! En mediciones más detalladas se ha encontrado que al triplicar el tiempo que se aplica la fuerza, el cambio de velocidad también se triplica. Entre estas variables existe una relación directa proporcional. Actividad 3 Relación entre masa y cambio de velocidad. La actividad 3 es similar al caso A de la actividad 1 pero ahora coloca encima del carro de baja fricción una masa de 1 kg. Registra tu resultados en las siguientes tablas.

Intervalo

(entre 12 ó 6 marcas sucesivas)

Distancia recorrida

d (m)

Tiempo entre cada intervalo

t (s)

Velocidad en el intervalo

t

rm t

dv = (m/s)

Cambio de velocidad que se presenta entre los puntos ∆v = v – v0

O A

A B

B C

C D

D E

94

Contesta las siguientes preguntas. 7. ¿Cuál variable es la que controlas en la actividad 3?____________________ 8. Comparando la actividad 3 con el caso A de la actividad 1.

a. ¿En que caso es mayor la masa del carrito de baja fricción?________________ b. En que caso se presenta mayor cambio de velocidad?____________________

9. En mediciones más detalladas se ha encontrado que al duplicar la masa del móvil, su cambio de velocidad se reduce a la mitad. Con base en esta información, ¿qué relación existe entre la masa y el cambio de velocidad?_____________________________________ 10. El modelo matemático se obtiene observando los tipos de relación que existen entre variables. La relación directamente proporcional se representa de la siguiente manera a α b

La relación inversamente proporcional se representa de la siguiente manera a α b1

a. ¿Cómo se representa la relación entre cambio de velocidad y fuerza? b. ¿Cómo se representa la relación entre cambio de velocidad y el tiempo?

c. ¿Cómo se representa la relación entre cambio de velocidad y masa? 11. Integra las tres relaciones en una sola. Seguramente ya te diste cuenta, que el cambio de velocidad depende de la fuerza (F), del tiempo (t), y de la masa (m) del cuerpo. A partir de la relación de proporcionalidad que existe entre ellas y con apoyo en la definición operacional de Newton el signo α, se puede cambiar por un signo = para obtener el modelo

matemático de la segunda Ley de Newton ∆v = m

tFneta ))((

95

Regresa a las hipótesis que planteas, ¿sigues pensando igual?, argumenta tu respuesta. CONCLUSIONES Coloca dentro de las elipses la palabra o palabras que correspondan. Para contestar correctamente, analiza los resultados obtenidos en las 3 actividades anteriores. VARIABLE VARIABLES

DEPENDIENTE INDEPENDIENTES

RELACIÓN DIRECTA

RELACIÓN DIRECTA

RELACIÓN INVERSA

EVALUACIÓN Luis patea una pelota de 0.25 kg, el tiempo que dura el pie en contacto con la pelota (tiempo de aplicación de la fuerza) es de 0.8 segundos, ¿Qué sucederá con el cambio de velocidad si el tiempo disminuye en una cuarta parte permaneciendo la fuerza constante? Explica. Del problema anterior, ¿qué sucederá con el cambio de velocidad, si la masa de pelota aumenta al triple? Explica.

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AUTOEVALUACIÓN Describe por lo menos dos situaciones cotidianas, en donde consideras se manifiesta la segunda ley de Newton. BIBLIOGRAFÍA Romero, R. (2000). Física I, Colegio de Bachilleres: México. Jiménez, E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de física, Colegio de Bachilleres: México.

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ANEXO PRÁCTICA No. 5b SEGUNDA LEY DE NEWTON

¿Qué es un ticómetro? ¿Cómo funciona el ticómetro?

El ticómetro es un dispositivo que se utiliza para medir tiempos cortos (hasta milésimas de segundo). Se compone de una base de madera con una pieza móvil, un vibrador eléctrico cuya frecuencia es de 115 ± 2 por segundo y un interruptor de paso adaptado al cable de conexión que se conecta a la línea de 120 VCA. A un costado del vibrador se coloca un disco de papel carbón, el cual debe girar libremente en un clavo que hace la función de eje, en esta misma sección del ticómetro se encuentran dos grapas que sirven de guía a una cinta de papel que pasa entre las grapas y por debajo del disco de papel carbón. Al poner a funcionar el ticómetro el brazo del vibrador golpeará sobre el disco de papel carbón y la cinta de papel dejando la marca del golpe, de esta forma en el papel se registrarán los impactos del brazo vibrador. Existe en los laboratorios otro tipo de ticómetro que consiste en un motor eléctrico en cuyo eje se ha montado un cuerpo cilíndrico. En él está incrustada una pequeña cadena en cuyo extremo se ubica una pequeña esfera metálica. Cuando gira el eje del motor, gira el cilindro y con él la esfera que es la encargada de marcar el papel del ticómetro. La frecuencia de este dispositivo es de 60 golpes por segundo. Ubica qué tipo de ticómetro es el que tienes para realizar tu actividad. Con la cinta de papel marcada por los golpes del brazo del vibrador se puede encontrar la velocidad de un cuerpo en movimiento, por ejemplo, la de un carro de baja fricción. La cinta de papel marcada por el ticómetro presenta el siguiente aspecto: ¿Cómo se mide la velocidad de un objeto empleando el ticómetro? Fundamento. El ticómetro imprime aproximadamente 115 (o 60) marcas por segundo, pero cuando se trabaja en un laboratorio difícilmente se podrían medir en un papel ticómetro 115 (o 60) marcas, por que implica que un cuerpo que presenta la aceleración de la gravedad tan solo recorrería una distancia de 4.9 m en un solo segundo. Por esto, es necesario que se trabaje con rangos de marcas más pequeños y que se conozca el tiempo en que se presentan. Vamos a considerar que tomamos como referencia 12 (o 6) marcas, ¿En cuanto tiempo se presentan 12 marcas en el papel ticómetro (para el ticómetro cuya frecuencia es de 115 golpes por segundo)?. La respuesta se obtiene con una simple regla de tres. 1 segundo 115 marcas x 12 marcas

98

x = 0.10 segundos

Para el ticómetro cuya frecuencia es de 60 golpes por segundo

1 segundo 60 marcas x 6 marcas

x = 0.10 segundos

Sí nosotros tenemos una cinta ticómetro ya marcada, debemos seleccionar la marca más clara y próxima a la mancha que nos indica el inicio del movimiento de un cuerpo cualesquiera. Por ejemplo: A partir de esta marca contamos 12 (o 6) marcas, que nos indicará la distancia que se recorrió en un tiempo de 0.10 segundos. Ejemplo. d = ? t = 0.10 seg NOTA: la cinta de papel ticómetro no solo quedará marcada con las 12 marcas que se resaltan en el dibujo anterior, se presenta con mucho más marcas y por lo tanto habrá que contar cada 12 marcas y ponerles una señal como se indica en la siguiente figura y asociarlas con una letra para poder tener un mejor control.

O A B Se mide las distancia de separación que existe entre las 12 (o 6) marcas y se calcula la velocidad en el punto A, B, C, ..... En la siguiente figura se presenta como ejemplo un cálculo para un ticómetro de 115 golpes por segundo de frecuencia. O A B dA = 5 cm tA = 0.10 seg dB = 15 cm

99

vA = d/t tB = 0.10 seg vA = 0.05 m/0.10 seg vB = d/t vA = 0.5 m/seg vB = 0.15 m/0.10 seg vB = 1.5 m/seg. Con los datos del ejemplo anterior nos podemos dar cuenta que este cuerpo presenta un cambio en la velocidad y que por lo tanto presenta un movimiento forzado. El cambio de velocidad se pude determinar restando dos velocidades sucesivas, tomando en cuenta el ejemplo anterior quedaría: ∆vAB = vB - vA

∆vAB = (1.5 – 0.5) sm

∆vAB = 1 sm

Actividad 1. 1. Familiarízate con el funcionamiento del ticómetro. Pasa la cinta del papel ticómetro por

debajo de las grapas, hazlo funcionar y jala la cinta rápidamente con tu mano. 2. Mide la distancia entre 12 (o 6) marcas sucesivas y calcula la velocidad (media) para

cada intervalo. Registra tus resultados en la siguiente tabla. Punto A B C D E Intervalo A B B C C D D E Distancia entre 12 (o 6) marcas sucesivas (d)

m m m m

Tiempo entre cada intervalo (t)

0.10 s 0.10 s 0.10 s 0.10 s

Velocidad en el punto

t

tm t

dv = (m/s)

vA = m/s vB = m/s vC = m/s vD = m/s

3. Calcula el cambio de velocidad que se presenta entre cada punto. Registra tus resultado

en la siguiente tabla:

Punto A B C D E

Cambio de velocidad

que se presenta entre

los puntos ∆V

∆VA = VA - O ∆VB = VB - VA ∆VC = VC – VB ∆VD = VD - VC

100


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5c SEGUNDA LEY DE NEWTON

OBJETIVO 2.3 SEGUNDA LEY DE NEWTON (ANÁLISIS CUANTITATIVO)

CONTEXTO Para este momento del curso ya revisaste casos en los cuales la velocidad de un objeto cambia. El cambio de velocidad depende de la fuerza neta que actúa sobre el objeto, de su masa y del tiempo que dure la fuerza aplicada. Además entre el cambio de velocidad y la fuerza neta existe una relación directa. Es decir, si aumenta la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, el cambio de velocidad será mayor. Entre el cambio de velocidad y la masa, existe una relación inversa y entre el cambio de velocidad y el tiempo que dura actuando la fuerza neta existe una relación directa. OBJETIVO

• Reconstruir el modelo de la Segunda Ley de Newton m

tn0

F v- v = .

PARA INICIAR Simbólicamente, una relación directa entre a y b se representa: a α b ; una relación inversa

entre a y b se representa: a α b1

Empleando esta representación, la relación directa entre cambio de velocidad y fuerza neta se representará entonces:

∆v α Fn

1. Representa la relación directa entre cambio de velocidad y tiempo: 2. Representa la relación inversa entre cambio de velocidad y masa 3. Une estas tres relaciones en una sola:

Como ∆v = v – v0, entonces, la relación que existe entre el cambio de velocidad y las variables que la modifican es:

m

tn0

F v- v α

101

PROBLEMA La representación simbólica de las relaciones cualitativas entre el cambio de velocidad, la fuerza neta, el tiempo y la masa no permite hacer cálculos. ¿Cómo pasar de esta relación cualitativa a una relación cuantitativa?, ¿qué pueden hacer los científicos para construir las fórmulas que en muchas ocasiones empleamos para resolver problemas? ¿Cómo reconstruir el modelo de la Segunda Ley de Newton? HIPÓTESIS De acuerdo a la definición operacional de Newton al aplicar una fuerza neta de 1N sobre el carro de baja fricción de 1 kg, durante 1 seg, si parte del reposo alcanzará una velocidad de 1 m/s. Comenta con tus compañeros cómo esta definición operacional te puede ayudar para reconstruir el modelo matemático de la Segunda Ley de Newton. Escribe a continuación tus ideas. ACTIVIDADES Nota: se sugiere realizar estas actividades después de haber resuelto el ejercicio de lápiz y papel ‘Análisis de cintas con marcas’ en Jiménez (2000)., p. 54 – 58. Para todas las actividades deberás unir dos mesas de laboratorio a lo largo y nivelarlas poniendo calzas bajo sus patas. Como móvil emplearás un carro de baja fricción y para estimar el cambio de velocidad usarás un ticómetro y una regla. ¿Qué necesitarás para medir la fuerza? ¿Qué necesitarás para medir el tiempo? A continuación de presenta una tabla donde aparecen las variables significativas:

Variables significativas constantes Dependientes Independientes

Velocidad final (v final)

Fuerza (F) Masa (m) Tiempo (t)

Velocidad inicial (v0)

Con base en esta tabla: ¿a qué magnitudes deberás asignar un valor? ¿Qué valor asignarás a la fuerza? ¿Qué valor asignarás a la masa? ¿Qué valor asignarás al tiempo?

102

Pega, con cinta adhesiva, un trozo de cinta de papel ticómetro al carro de baja fricción. Jala al carro con el dinamómetro procurando aplicar una fuerza constante de 1 N, como se indica en la figura. Con ayuda de uno de tus compañeros que observe el cronómetro asegúrate que aplicas la fuerza solo durante un segundo. Repite esta operación varias veces. Hasta que controles bien que la fuerza de 1 N se mantiene constante y que la aplicas durante un segundo, puedes accionar el ticómetro. Una vez que cual el carro run tiempo de Anota a contin

Escribe tu respuede hacerspromedio del

la representac

¿Es posible su

hayas marcado tu cinta, analízala. Calcula la velocidad para el intervalo en el ecorre distancias iguales, recuerda verificar si son 12 ó 6 marcas sucesivas en 0.1 segundo.

uación el valor de las magnitudes que intervinieron es esta actividad: Fn = t= m= Vo= V=

ultado en una tabla que concentre los resultados de todo el grupo. Esta tabla e en el pizarrón. Una vez que todos hayan anotado sus resultados calcula el cambio de velocidad que todos los equipos obtuvieron. Sustituye tus valores en

ión que se tenía inicialmente: m

tn0

F v- v α

stituir el símbolo α por el símbolo =? Explica.

103

En los textos, la expresión F = m a, se reconoce como la segunda ley de Newton. Recuerda que la aceleración se define como el cambio de velocidad en la unidad de tiempo y su

expresión matemática es, tvv 0−

=a , si la sustituyes en la expresión de arriba se obtiene la

expresión, m

tn0

F v- v = , como podrás observar ésta es otra forma de expresar la segunda

ley de Newton. CONCLUSIONES ¿Cuál es el modelo matemático de la Segunda Ley de Newton?, argumenta tu respuesta EVALUACIÓN 1. Describe el procedimiento que seguiste para pasar de una relación cualitativa a una relación cuantitativa. 2. ¿Existe alguna ventaja al disponer de una relación cuantitativa? AUTOEVALUACIÓN En una escala de 1 a 10, califica tu desempeño durante esta actividad experimental. Justifica por qué te pones esa calificación. BIBLIOGRAFÍA Jiménez, E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de física, Colegio de Bachilleres: México. Brandwein P., Stollberg R. y Burnett R. (1972). Física. La energía – sus formas y sus cambios. Publicaciones Cultural: México.

104


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6a EL TREN DE FUERZAS

OBJETIVO 2.4 TERCERA LEY DE NEWTON CONTEXTO Las dos primeras leyes de Newton son suficientes para explicar el movimiento de un solo cuerpo por causa de las fuerzas que sobre él actúan. Pero si queremos extender nuestro estudio del movimiento a dos o más cuerpos, es necesario conocer una tercera ley, enunciada también, como las anteriores, por el genio científico Newton. A TODA ACCIÓN CORRESPONDE UNA REACCIÓN IGUAL Y DE SENTIDO CONTRARIO. No importa a que fuerza le llamemos acción y a cuál reacción, lo importante es que ambas fuerzas son iguales y contrarias, inseparables, no puede existir una sin la otra. Si damos un puñetazo sobre una mesa (acción), la mesa ejerce sobre nosotros de igual manera una fuerza (reacción) que nos hace arrepentirnos de haberlo dado. OBJETIVO

• Establecer la Tercera Ley de Newton, todo cuerpo al aplicarle una fuerza (de acción), este ejerce una fuerza (de reacción) de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario.

PARA INICIAR Contesta las siguientes preguntas. Comenta las respuestas con tus compañeros. ¿Cuál es tu peso7? Mi peso es de ___________ N (Newton) Ahora siéntate en una silla ¿Cuál será la fuerza que estás aplicando a la silla? (marca con una X)

60 Kg (aprox) 700 N (aprox) Exactamente lo que yo tengo de peso

7 Si en clase aún no revisas el concepto de peso, esta información te servirá. El peso de un cuerpo corresponde a la fuerza que ejerce cuando se suspende de un dinamómetro. La lectura del dinamómetro es entonces el peso del cuerpo. Sin embargo, como tu no te puedes ‘suspender’ de un dinamómetro para saber tu peso puedes hacer este sencillo cálculo: peso = masa x 10 y obtendrás tu peso aproximado en newtons. Posteriormente, cuando ya revises este concepto en clase, tu profesor te proporcionará información detallada. Para esta actividad, con la información que se proporciona en este pie de página es suficiente.

105

Observa las figuras, elabora el diagrama de las fuerzas que actúan en cada situación. Toma en cuenta la silla y la persona.

Comenta con tus compañeros, escribe brevemente las ideas que desarrollaste en las cuestiones anteriores. PROBLEMA Cierto día caminaban cerca de las vías del tren Pépe y Luis en ese momento al ver pasar al tren con sus vagones Luis le pregunto a Pépe: ¿Qué fuerzas actúan entre los vagones del tren para que estos no choquen entre sí ? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros de equipo la posible respuesta Escribe a continuación cuál piensas que es la respuesta del problema anterior. ACTIVIDADES Actividad 1 Para esta actividad necesitaras: dos carros de baja fricción, dos dinamómetros y cinta adhesiva. Bloquea las ruedas de los carros de baja fricción, uniéndolos por medio de los dinamómetros tal como se muestra en la figura, y observa la magnitud de la fuerza que registra cada dinamómetro cuando se están moviendo.

106

1. ¿A cuál de estas fuerzas llamarías acción y a cuál reacción?. Explica. Existen situaciones en las que no es fácil identificar la acción y la reacción en un par de fuerzas. Para evitar cualquier confusión, puedes identificarlas de la siguiente manera: la fuerza que ejerce el carro A sobre el carro B, la llamaremos FA/B , mientras que la fuerza que ejerce el carro B sobre el carro A será FB/A. 2. Registra aquí el valor de las fuerzas FA/B =___________ N

FB/A =___________ N 3. Compara la FA/B con la FB/A . Explica cuáles son las diferencias si es que existen. 4. Traza el diagrama de fuerzas de cada carro.

Carro A Carro B

107

Actividad 2 Para esta actividad necesitaras : Hilo cáñamo, un clavo y un imán. Amarra el imán dejándolo colgar libremente. Acerca ligeramente el clavo al imán sin que lo llegue a tocar. Ahora retíralo ligeramente y observa que pasa. Repite los pasos anteriores pero ahora cuelga el clavo en vez del imán. 1. C Comen intesob 2. ¿ 3. R

ompara las dos situaciones, ¿cómo puedes explicar lo que ocurre?

o habrás notado, se presenta entre el imán y el clavo una interacción. Aunque no están contacto existe entre ellos una fuerza de atracción, llamada a distancia. Durante ésta racción la fuerza que ejerce el imán sobre el clavo es igual a la fuerza que ejerce el clavo re el imán.

Cómo explicas que su movimiento no sea igual?

egresa a tu hipótesis, ¿sigues pensando igual?. Explica.

108

Como pudiste observar, identificar cuál es la fuerza de acción y cuál la de reacción, no es tan importante como saber que este par de fuerzas son: fuerzas de interacción que se manifiestan simultáneamente en cuerpos diferentes, con la misma intensidad y dirección pero de sentidos opuestos, aunque el cambio de velocidad que originan depende de la masa de los cuerpos. Estas fuerzas de acción y de reacción nunca se podrán cancelar a pesar de ser de igual magnitud y de sentido contrario, recuerda que actúan en cuerpos diferentes. CONCLUSIONES Explica con tus palabras dos situaciones cotidianas en donde consideres se manifiesta la tercera ley de Newton : Explica con tus palabras por qué los vagones de un tren no chocan cuando se mueven a lo largo de una vía, En tu relato utiliza los términos, interacción, fuerza, sentido, tercera ley de Newton, dirección. EVALUACIÓN De regreso a su casa Blanca y Elías presenciaron un grave choque. Un camión de tres toneladas que viajaba a 50 km/h sobre una avenida recta chocó de frente con un auto compacto (1 tonelada aproximadamente) que viajaba en sentido opuesto, también a velocidad de 50 Km / h. a) Haz un diagrama que represente las fuerzas en el momento del choque. b) ¿Qué vehículo ejerció más fuerza?__________________________ ¿Porqué? c) Teniendo en cuenta las condiciones del problema, ¿cómo consideras que sea el movimiento del camión y del auto? Argumenta tu respuesta.

109

AUTOEVALUACIÓN A partir de los conocimientos que ahora posees respecto a la Tercera Ley de Newton, en la siguiente tabla de valoración. Marca con una la columna que corresponde a los logros que obtuviste durante la actividades.

Aprendizaje

Me confundo Si sé, pero me falta practicar

Tengo un dominio total

Identificar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo

Identificar la magnitud de las fuerzas durante una interacción

Identificar qué cuerpo actúa sobre qué otro cuerpo.

Identificar cambios en el movimiento debidos a una interacción

BIBLIOGRAFÍA Hewitt, P. ( 1998 ). Física Conceptual. Addison- Wesley Iberoamericana: Estados Unidos. Jiménez C. Emma. Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Ed. Colegio de Bachilleres, México, 2000 Oyarzabal J. ( 1976 ). Lecciones Elementales de Física. C. E. C. S. A: México

110

COLEGIO DE BACHILLERES

Física 1 ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6b

CAMINANDO CON FUERZAS OBJETIVO 2.4 TERCERA LEY DE NEWTON

CONTEXTO Cuando dos cuerpos interactúan, aparecen simultáneamente dos fuerzas de igual magnitud pero en sentido contrario que actúan sobre cada uno de ellos. Esta situación en física se enuncia en los siguientes términos : A TODA FUERZA (LLAMADA ACCIÓN ) SE OPONE OTRA IGUAL (LLAMADA REACCIÓN), CON LA MISMA DIRECCIÓN PERO EN SENTIDO CONTRARIO . En este enunciado debemos tomar en cuenta que las fuerzas de acción y de reacción se presentan de manera simultánea y cualquiera puede ser considerada indistintamente como acción o como reacción. Por ejemplo : Cuando un carro choca contra una pared, el carro ejerce una fuerza sobre la pared que se puede llamar fuerza de acción. La pared ejerce a su vez, una fuerza sobre el carro que se llama fuerza de reacción y que produce en el carro grandes desperfectos

Reacción

Acción OBJETIVO

• Establecer que a toda fuerza aplicada en un cuerpo se opone otra de la misma intensidad durante la interacción.

PARA INICIAR José y Lulú fueron a patinar a una pista ubicada en el parque cercano. Durante el patinaje, entre juego y juego, Lulú empujo a José con una fuerza de 40 N Observa la siguiente figura y contesta las preguntas.

m = 50 kg

a) ¿P

b)

m = 75 kg

¿Quién piensas que se movió, José o Lulú?

or qué?

En la misma figura representa las fuerzas horizontales que están actuando.

111

PROBLEMA En cierta ocasión Clara y Luis observaban sentados en el parque como caminaban y corrían las personas . Entonces Luis le pregunto a Clara: ¿Que impulsa a las personas para que estas puedan caminar o correr?, ¿tiene algo que ver la Tercera Ley de Newton? HIPÓTESIS Escribe a continuación cuál piensas que es la respuesta del problema anterior. ACTIVIDADES Actividad 1 Para esta actividad necesitarás: Un tablón de un metro y 4 palos de escoba. Coloca el tablón sobre los palos de escoba, como se muestra en la figura. Marca en el piso eejemplo un cuaderpasa con tu compa 1. En base en la marc

2. Representa las fun diagrama de fue

l lugar en que se encuentra inicialmente el compañero que caminará. Por no sobre el piso. En seguida caminara sobre el tablón, observa lo que ñero y con el tablón.

a que pusiste en el piso, ¿cómo avanza tu compañero? ¿Cómo explicas esto?

uerzas horizontales que están actuando en esta situación, puedes realizar rzas.

112

Actividad 2 Para esta actividad necesitas: un carro de tracción (de juguete), una hoja de papel cascaron y 5 palos redondos (por ejemplo como los que se emplean en los algodones de dulce). Coloca el papel cascarón los palos redondos separados entre si unos 8 cm aproximadamente. Sostén el carro de tracción sobre el papel cascaron, retrocédelo para accionar la tracción y suéltalo. Observa lo que sucede. 1. Se mueve el papel cascarón al accionar la tracción del carro de juguete?______ ¿Por qué ? 2. ¿Se desplaza el carro de tracción ? _________ ¿Por qué ? 3. ¿Cómo te explicas que un auto real no empuje el pavimento hacia atrás? 4. ¿Si nosotros camináramos sobre una superficie que se desplaza como la hoja de papel cascarón que sucedería? 5. Explica cómo es que podemos desplazarnos cuando caminamos. 6. Si la acción y la reacción son iguales, pero de sentidos opuestos. ¿Se pueden equilibrar sus efectos ? Explica.

113

CONCLUSIONES Completa el siguiente enunciado, con los siguientes palabras : opuestos, diferentes, acción , tiempo, instante, reacción, magnitudes, pares . Las fuerzas siempre se presentan por ____________________una recibe el nombre de _________________ y la otra de ________________ ambas se generan en el mismo ________________ y duran el mismo _______________ actuando cada una de ellas, sobre cuerpos ______________ con ____________ iguales pero de sentidos _______________ Comenta con tus compañeros y explica brevemente, con base en la tercera ley de Newton, que fuerzas se presentan entre nuestros pies y el piso cuando caminamos. EVALUACIÓN Al aplicar una fuerza sobre un carrito y hacer que choque con un obstáculo de diferentes materiales como madera, concreto, papel y la mano. Contesta las siguientes preguntas: Madera ¿El carro al chocar para bruscamente o se regresa ? Argumenta tu respuesta.

114

AUTOEVALUACIÓN. En la figura se observan diferentes situación, imagina un relato para cada una en donde quede de manifiesto la tercera ley de Newton.

BIBLIOGRAFÍA Hewitt, P. ( 1998 ). Física Conceptual. Addison- Wesley Iberoamericana: Estados Unidos. Jiménez E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I, Ed. Colegio de Bachilleres. México. Oyarzabal J. ( 1976 ). Lecciones Elementales de Física. C. E. C. S. A. :México.

Oyarzábal, F, 1976

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.7a

LOS SENTIDOS A VECES NOS ENGAÑAN OBJETIVO 2.5 CAÍDA DE LOS CUERPOS

CONTEXTO El movimiento de caída libre de los cuerpos fue estudiado a profundidad en el siglo XVII por Galileo Galilei. Sus trabajos permitieron entender que tanto los cuerpos pesados como los ligeros caen con el mismo cambio de velocidad, es decir, que todos los cuerpos caen al mismo tiempo, independientemente de su masa. OBJETIVO

• Determinar la función que tiene el medio dentro del cual caen los objetos.

PARA INICIAR El movimiento de caída libre ha sido estudiado desde la antigüedad por Aristóteles en el siglo IV a de C. Aristóteles decía que los cuerpos tendían a buscar su lugar natural y que estaban contenidos por alguno de los cuatro elementos: tierra, agua, aire o fuego. Aristóteles señalaba que: “si dejamos caer en el aire un objeto metálico (como un balín de los que hay en el laboratorio, éste tiene mayor elemento tierra y cae porque busca su lugar natural que es abajo y desciende a través del aire”.

1. Si dejas caer un balín y un trozo de papel al mismo tiempo, ¿cuál de los dos objetos llega primero al piso.___________________ ¿Por qué

2. Si esto lo hicieras dentro de un medio diferente al aire, por ejemplo miel, ¿caería el trozo de papel hasta el fondo del recipiente que contiene la miel?_________ ¿Porqué?

3. ¿El medio a través del cual se mueven los objetos influye en su caída? Explica

116

PROBLEMA

Desde tu punto de vista

como explicarías la caída de

una gran llave en diferentes

¿Cómo influye el medio a través del cual se mueve un objeto cuando cae? HPÓTESIS Comenta con tus compañeros y escribe, con base en tus experiencias, cuál sería la respuesta. ACTIVIDADES Prepara tres probetas, una con agua, otra con aceite o glicerina y la última únicamente con aire. Deja caer los balines al mismo tiempo en cada probeta, cuidando que en todas ellas se tenga en el fondo un pequeño colchón de plastilina para evitar que se rompa cuando los balines lleguen al fondo. Además amarra un trozo de hilo a cada balín para que puedas sacarlos de la probeta una vez terminada la experiencia sin necesidad de vaciarla. Repite la experiemismo medio.

ncia pero ahora utiliza dos balines de diferente masa y déjalos caer en el

117

Analiza los resultados que obtuviste escribe una V (verdadero) si el enunciado coincide con lo que observaste y una F (falso) si el enunciado no coincide con lo que observaste:

1. ( ) Los dos balines caen el mismo tiempo en el mismo medio.

2. ( ) El balín pequeño en la glicerina tarda más en llegar al fondo que el balín grande.

3. ( ) El balín grande cae más rápido en la glicerina que en el aire.

4. ( ) La fricción del medio es mayor en el agua.

5. ( ) En la probeta con aire existe una caída libre.

6, ( ) Solamente en la glicerina los balines cayeron con un movimiento forzado.

7. ( ) La fuerza neta sobre el balín, cuando va cayendo en la probeta con agua, es cero.

8. ( ) En la probeta con agua la única fuerza que actúa es la fuerza de gravedad.

9. ( ) Los balines tardan más en llegar al fondo en la probeta con glicerina.

10. ( ) En la probeta con aire, no hay resistencia para que el balín caiga.

11.

¿ Creo que si me sueltan puedo tener una caída libre, ¿en cuál probeta me deberían soltar para amortiguar el golpe?

____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________

Es muy fácil decir si una situación es falsa o verdadera, pero lo importante es que trates de explicar cómo es que ocurre tal cosa. Inténtalo es más sencillo de lo que te imaginas.

118

CONCLUSIONES Anota las afirmaciones a las que llegaste durante esta actividad.

EVALUACIÓN

1. ¿Es posible que la manzana y el papel caigan de manera simultanea?. ¿Qué tendrías que hacer?

AUTOEVALUACIÓN Escribe tres ideas nuevas que se hayan revisado durante la actividad.

BIBLIOGRAFÍA Hewitt, P. (1999). Física Conceptual. Editorial Pearson: México. Jiménez E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Ed. Colegio de Bachilleres. México. Tippens, P. (1996). Física. Conceptos y aplicaciones. Ed. Mc. Graw Hill: México.

119


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 7b ¡ESE TIEMPO PRECIADO! OBJETIVO 2.5 CAÍDA DE LOS CUERPOS

CONTEXTO Es común observar que las cosas caen. Como siempre sucede esto, pocas veces nos ponemos a pensar por qué y cómo pasa. Aproximadamente en el año de 1630, Galileo Galilei decidió analizar a fondo este fenómeno físico que describe un movimiento, dando lugar a una revolución en la forma de pensamiento de las personas de esa época. Hasta nuestros tiempos, sigue siendo un fenómeno físico difícil de entender. OBJETIVO

• Establecer que los cuerpos caen al mismo tiempo, sin importar su masa, cuando se encuentran en caída libre.

PARA INICIAR Cuenta una anécdota que Galileo era un filósofo que intentaba implantar una forma diferente para hacer ciencia: la experimentación. Tenía la firme idea de justificar que todos los cuerpos, independientemente de su masa, caen igual. Para ello, subió a la torre inclinada de Pisa y tiro dos objetos frente a toda la gente que se encontraba ahí reunida.

.

Yo vi que los dos objetos llegaron igual

120

Algunas personas dijeron que los habían visto llegar al mismo tiempo al piso y otros dijeron lo contrario. 1. ¿Tú que crees?

2. Ahora, si dejas caer una goma y una hoja de papel al mismo tiempo desde la orilla de tu mesa en el laboratorio, ¿cuál llega primero al piso? 3. ¿Estás de acuerdo en que la masa de los objetos es diferente? _____________

Entonces que pasa con la masa y la caída de los cuerpos.

_____________________________________________________ _____________________________________________________

4. las siguientes tiras marcadas corresponden a objetos que caen desde cierta altura, indica con una flecha . . . ¿Cuál es la tira que indica un

MRU? Explica.

¿En cuál de ellas la velocidad no es constante? Explica.

121

PROBLEMA

Es importante saber qué sucede durante la caída de un cuerpo. Por ello, es necesario que uses el ticómetro. Este aparato funciona con corriente eléctrica como un timbre, cada vez que lo accionas empieza a trabajar un motorcito, el cual tiene en un extremo un balincito que golpea a un papel calca. Este a su vez golpea una cinta de papel, dejando la marca de los golpes en la misma con una frecuencia definida: 6 golpes por 0.1 segundos, es decir, 6 golpes marcados en la cinta equivalen a 0.1 segundos transcurridos. Si tienes duda, consulta con tu profesor. Entonces ¿Por qué observamos que algunos cuerpos caen más rápido que otros?

¿Para que sirve todo esto, del ticómetro? y ¿por qué se dice que todos los cuerpos caen igual, si observo que los pesados caen primero?.

HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros y escribe a continuación una posible respuesta al problema anterior: ACTIVIDADES Para esta actividad necesitarás: un ticómetro, cinta de papel, papel calca, dos balines de tamaño diferente y regla. Ahora, sujeta el balín con cinta adhesiva a la cinta de papel ticómetro y déjalo caer al mismo tiempo que accionas el ticómetro para que se marquen los golpes en la cinta. Observa la figura.

122

Repite la actividad para el otro balín.

1. Observa las marcas en las tiras de papel y analiza a que crees que se debe el resultado que obtuviste. 2. ¿En las cintas que obtuviste tienes un MRU? ___________ , ¿por qué?

Si la velocidad no es constante y al parecer esta aumentando conforme pasa el tiempo, entonces los balines se están acelerando. Esto explica la Ley de la Caída de los Cuerpos y el experimento pensado de Galileo, que se refiere al análisis de la caída, no a observar a los diferentes objetos llegar al mismo tiempo al piso.

3. Con base en las cintas marcadas ¿qué sucede con la velocidad del balín que cae? Explica. 4. La caída de los cuerpos ¿es un movimiento libre o forzado? Explica. 5. ¿Qué sucede con la fuerza de fricción al dejar caer el balín grande y el balín pequeño? CONCLUSIONES Comenta con tus compañeros y escribe a continuación tus conclusiones sobre esta actividad.

123

EVALUACIÓN 1. Deja caer dos hojas iguales al mismo tiempo, de la misma altura: ¿Cuál llega primero? h 2. Ahora una de ellas hazla “bolita”: h ¿Cuál llega primero? 3. ¿Qué variable fue la que modificaste? ___________________________

Masa Forma Volumen Densidad 4. ¿Cómo explicas que las hojas no caen igual? 5. Si dejas caer objetos de diferente masa (m), observa que los más pesados llegan primero. Explica que hacer en el tubo para poder ver que una manzana y una hoja caen al mismo tiempo: ___________________________________ ___________________________________

__________________________________

124

AUTOEVALUACIÓN ¿Por qué es importante estudiar la caída de los cuerpos?, ¿Conoces algunas situaciones en donde se presente la caída de los cuerpos?

BIBLIOGRAFÍA Hewitt, P. (1999). Física Conceptual. Editorial Pearson: México. Jiménez E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Ed. Colegio de Bachilleres. México. Tippens, P. (1996). Física. Conceptos y aplicaciones. Ed. Mc. Graw Hill: México.

125


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 7c UN EXPERIMENTO PENSADO

OBJETIVO 2.5 CAÍDA DE LOS CUERPOS

CONTEXTO El movimiento de caída libre de los cuerpos fue estudiado por Galileo Galilei en el siglo XVII. Sus trabajos determinaron que los cuerpos pesados y ligeros caen con el mismo cambio de velocidad en un intervalo de tiempo, es decir que de manera independiente de su masa, todos los cuerpos caen igual. OBJETIVO

• Identificar las variables que intervienen en la caída de los cuerpos, interpretar el llamado el

experimento pensado de Galileo.

PARA INICIAR ¿Es correcto señalar que los cuerpos pesados caen primero que los más ligeros? _________ Si contestaste que si, entonces es probable que no hayas tenido oportunidad de reflexionar más allá de lo que te reportan tus sentido. Una de las intenciones de estudiar física es poder interpretar los fenómenos que suceden en la naturaleza sobrepasando lo que percibimos de manera inmediata con nuestros sentidos. ¿Un objeto que cae describe un movimiento libre o un movimiento forzado? Explica. ¿ Te gustaría saber en donde se encuentra el truco de la ley de la caída de los cuerpos y con esto entender uno de los misterios de la ciencia que se mantuvo oculto por mas de 1000 años?. Si te gustan los retos empecemos.

PROBLEMA Todos hemos dejado caer objetos diferentes, una pelota, una piedra, una hoja de papel, una servilleta de papel, ¿caen todos del mismo modo?, ¿de qué depende que sus caídas difieran? ¿Qué variables intervienen en la caída de los cuerpos?

HIPÓTESIS

Comenta con tus compañeros sus experiencias cuando han dejado caer diferentes objetos. Explica qué variables consideras que intervienen en la caída de los cuerpos.

126

ACTIVIDADES

El material que requerirás es: un riel de aluminio, dos balines de diferente tamaño, un cronómetro y un transportador de madera. Coloca un extremo del riel sobre algunos cuadernos como se muestra en la figura. La intención es dejar caer los balines por éste.

Coloca marcas cada 20 cm en el riel. Deja caer al balín más grande y mide el tiempo que tarda en pasar por cada marca. Debes tener cuidado en la medición de tus tiempos. Éstos son datos experimentales que puedes repetir varias veces y después sacar un promedio para disminuir errores. Para esta actividad, si eres cuidadoso, con dos mediciones de tiempo será suficiente. Anota tus datos en la siguiente tabla:

Distancia (metros)

Tiempo experimental

(s)

Tiempo experimental

(s)

Tiempo promedio

(s) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

127

Repite las mediciones pero ahora con el balín pequeño, anota tus medidas en la siguiente tabla:

Distancia (metros)

Tiempo experimental

(s)

Tiempo experimental

(s)

Tiempo promedio

(s) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

¿Pero, para que sirve todo esto y que relación tiene con la caída de los cuerpos?

En 1632 (hace casi 400 años) Galileo Galilei tuvo un problema similar, él tenia una finalidad, comprobar que los cuerpos pesados y ligeros caen igual. ¿Los datos obtenidos, tendrán alguna utilidad? Explica. Galileo Galilei trató de buscar una relación entre la distancia y el tiempo. Si la relación era la misma para diferentes cuerpos, esto indicaría que caerían de igual modo.

En el siguiente espacio construye la gráfica distancia – tiempo para ambos balines (emplea el tiempo promedio). Recuerda colocar al tiempo en el eje horizontal.

128

a

Observ¿Existe Trata asiguien

Disd

000011

Distd 000011

distanci

tiempo

a las líneas que obtuviste en la gráfica. alguna relación de proporcionalidad? Explica.

hora graficar distancia y tiempo al cuadrado. Para que sea más sencillo completa la te tabla. Emplea el tiempo promedio.

BALÍN GRANDE tancia (m)

Tiempo promedio

t (s)

Tiempo2

t (s2) .2 .4 .6 .8 .0 .2

BALÍN GRANDE

ancia (m)

Tiempo promedio

t (s)

Tiempo2

t (s2) .2 .4 .6 .8 .0 .2

distancia

tiempo2

¿Qué relación existe entre la distancia y el tiempo2? Explica. ¿Existen diferencias en las gráficas? Explica. Con base en estos resultados ¿podrías afirmar que el balín grande cae más rápido que el pequeño? Los cuerpos que caen, ¿cambian su velocidad? Los cuerpos que caen, ¿describen un movimiento libre o forzado?. Explica. Si, como se observa con estas experiencias, los cuerpos grandes y pequeños caen al mismo tiempo, ¿por qué una hoja de papel tarda más tiempo en llegar al piso que una piedra? Explica. Además de que Galileo Galilei encuentra que los cuerpos pesados y los ligeros caen al mismo tiempo, él identifica que entre la distancia y el tiempo2, existe una proporción directa. Como ya revisaste en la Unidad 1, es posible identificar una constante de proporcionalidad

en estos casos. Determina cuál es esa constante ( 2tdcte = ) en hojas anexas.

¿Cuánto vale esta constante de proporcionalidad?

1

Con esta información vamos a reconstruir un modelo matemático muy importante en la física. Al despejar a la distancia tenemos: d = cte t2 Si obtuviste un valor aproximado a 4.9 m/s2 para tu constante nota que este valor es lo mismo que tener 9.8/2. Este 9.8 corresponde a la aceleración de la gravedad terrestre (g). Si ahora consideramos que la distancia desde la que cae un cuerpo comúnmente recibe el nombre de altura (h), tendremos:

2

21 gth =

Esta expresión corresponde a la Ley de la Caída de los Cuerpos. CONCLUSIONES Explica por qué observamos que los cuerpos pesados caen más rápido que los ligeros. En tu explicación incluye, como mínimo, las palabras: fricción, proporción directa, aire, distancia, tiempo, aceleración de la gravedad.

EVALUACIÓN 1. Analizando resultados, responde si o no :

¿La proporcionalidad 2td es constante?

¿Qué sucedería si aumentamos la inclinación de la rampa, podrías medir el tiempo?

¿Crees que se mantendría la misma relación de proporcionalidad cuando cayera cualquier objeto?

Si la relación de proporcionalidad es constante en el movimiento de los dos balines, entonces ¿podrías decir que todos los cuerpos caen con la

misma relación 2td independientemente de su masa?.

2

2. Contesta las siguientes preguntas y argumenta tus respuestas

¿Crees que a Galileo Galilei su experimento le dio resultado la primera vez que lo hizo?

¿Has tenido dificultades en el desarrollo de esta práctica?

¿Qué problemas pudo haber encontrado?

a.

b.

. .
c AUTOEVALUACIÓN Determina la altura de un edificio, si al dejar caer una piedra, ésta tarda en llegar al piso, 1.43 segundos. 1. PUEDO DETERMINAR LA ALTURA
2. NO PUEDO DETERMINAR LA ALTURA

3. NO ENTIENDO LA PREGUNTA

Si seleccionas la casilla 1, cuál es el valor de la altura del edificio _____________ Si seleccionas la casilla 2 ó 3, consulta con tu profesor la manera de determinar la altura.

BIBLIOGRAFÍA Hewitt, P. (1999). Física Conceptual. Editorial Pearson: México. Tippens, P. (1996). Física. Conceptos y aplicaciones. Ed. Mc. Graw Hill: México.

3


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8a EQUILIBRISTAS

OBJETIVO 2.6 MÉTODO DEL PARALELOGRAMO

CONTEXTO El hecho de que una fuerza pueda descomponerse en otras es de gran aplicación en nuestra vida, sin embargo esto generalmente pasa desapercibido. Por ejemplo, cuando colgamos un objeto pesado como un cuadro con ayuda de un cable o cadena. Además de descomponerse las fuerzas, ¿pueden componerse?. Por ejemplo cuando no “arranca” un carro, y tenemos que “empujar”. Si son varias las personas que empujan, el carro se moverá con más facilidad. ¿A que se debe esto?, ¿qué esta sucediendo con la fuerza de cada uno?, ¿acaso las fuerzas se están sumando y existe una sola fuerza ó resultante?. OBJETIVO

• Aplicar la Ley del Paralelogramo para dar solución a problemas de nuestro entorno. PARA INICIAR Comienza la función; el redoble de los tambores da la entrada a dos equilibristas. Ellos se dirigen a sus respectivas cuerdas. El silencio se apodera de la arena del circo. La gente, apenas puede contener la respiración, al ver que los malabaristas al dar el salto mortal de grado de dificultad siete en el centro de la cuerda floja, los equilibristas pierden el equilibrio, pero afortunadamente logran asir sus manos a la cuerda y quedan, como lo muestra la foto que un periodista sensacionalista les tomó. 1. Los rescatistas al llegar tienen sólo una escalera, y la pregunta que se hacen es, ¿a cuál de los dos hay que salvar primero?. Esto lo tienen que decidir rápidamente ya que las cuerdas se pueden romper. Con tus conocimientos que posees acerca de las fuerzas, puedes ayudar. ¿A quién sugieres que salven primero?. ¿Por qué?

“EQUILIBRISTA A”

EQUILIBRISTA “B”

2. ¿Se podría rescatar a los dos equilibristas, aplicando fuerza en los extremos de la cuerda, de tal manera que ésta recobrara su posición original?

4

PROBLEMA En qué caso se ejerce más fuerza sobre la cuerda que detiene a un objeto, ¿cuándo se tiene mayor ángulo con respecto a la horizontal o cuándo se tiene menor ángulo?. ¿Cómo determinar las fuerzas (tensiones), que soportan las cuerdas?

mayor ángulo

CUERDA

α

α

menor ángulo

CUERDA HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros y escribe una posible respuesta al problema planteado. ACTIVIDADES ¿Qué material utilizarías para poner a prueba tu hipótesis? Tienes razón no es tan difícil elegir el material, puede ser tu cuaderno o cualquier otro objeto. Arma un dispositivo como el que se muestra en la figura.

1. Recuerda que pes

α α

o, es una fuerza que se dirige hacia abajo. Si tu dispositivo no se mueve, ésta fuerza está equilibrada por otra fuerza de igual magnitud pero que se dirige hacia arriba.

2. La fuerza equilibrant

las fuerzas (tensiones) que soportan las cuerdas.

3. Mide los ángulos α.

e se conforma por peso

equilibrante

5

4. Elabora un diagrama de cuerpo libre donde identifiques las fuerzas que están involucradas. Traza a una escala adecuada al peso y a su equilibrante y con ayuda del método del paralelogramo encuentra la magnitud de las tensiones en la cuerda. Utiliza hojas anexas.

5. Repite este procedimiento pero ahora modifica la longitud de la cuerda que sostiene al cuaderno, de

tal forma que los ángulos α, cambien. Concentra tus resultados en la siguiente tabla:

Tabla:

ANGULO INTERIOR TENSION LADO DERECHO

TENSION LADO IZQUIERDO

PROMEDIO DE LAS DOS TENSIONES

α = β = 1. Compara las tensiones, ¿qué ocurre al aumentar el ángulo? 2.- ¿A qué equilibrista hay que ayudar primero, antes que se rompa la cuerda? Explica. 3. ¿Tu respuesta al problema, coincide con los resultados que obtuviste?. Explica. CONCLUSIONES Comenta con tus compañeros y explica en qué consiste el método del paralelogramo, y en qué situaciones cotidianas lo puedes aplicar.

6

EVALUACION 1. Supongamos que una lámpara de 12 kilos es suspendida del techo por dos cables colocados según se indica en la siguiente figura. ¿Cuál es la magnitud de las tensiones de los cables que la sostienen? 2. Utiliza el método del paralelogramo para obtener la fuerza neta sobre un péndulo que se encuentra en reposo, pero desviado de la vertical como se muestra en la figura. El peso del péndulo es de 5 N.

α = 40 °

45° 90° 45°

AUTOEVALUACION Reflexiona y responde para ti mismo las siguiente preguntas:

1.- ¿Realmente aprendí que es el método del paralelogramo? 2.- ¿Para que me sirve la descomposición de fuerzas? 3.- ¿Podré aplicar el método del paralelogramo en otros problemas de física? BIBLIOGRAFÍA Jiménez, E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres. México. Pérez, H. (1999). Física 1. Publicaciones Cultura: México. Romero, R. (2000). Física 1. Colegio de Bachilleres: México.

7


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8b LA LÁMPARA


CONTEXTO Una fuerza se pude descomponer en otras y si es así ¿para qué nos sirve?. La descomposición de fuerzas, es tan cotidiana que pasa desapercibida a nuestros sentidos. Un ejemplo común es cuando tenemos necesidad de colgar cualquier objeto pesado: ¿el cable o lazo aguantará el peso del objeto?, ¿conviene tensar la cuerda para que el objeto quede bien sostenido?. OBJETIVO

• Aplicar la Ley del Paralelogramo para dar solución a problemas de nuestro entorno. PARA INICIAR Luis tiene una misión, debe colgar del techo una lámpara, como lo muestra la figura. Utiliza el taladro y los tornillos de la caja de herramienta

y una bonita cuerda que combina con el color de la lámpara. Después de varios “machucones” en la mano, al fin la coloca, todos aplauden su hazaña. Poco después sucede algo desagradable, la cuerda no soporta el peso de la lámpara, ésta ¡se cae!. . . .En ese momentos se lanza y logra evitar que se rompa, pero de los regaños no se salva. El principal, ¿para qué vas a la escuela?. En ese momento recuerda las clases de física donde se hablaba de un método llamado paralelogramo

45° 90° 45° y que algo tenía que ver con las fuerzas, pero nada más. Tú le puedes ayudar para que su misión sea un éxito: ¿recuerdas en qué consiste este método del paralelogramo?, ¿consideras que el utilizar éste método hubiera evitado que la lámpara cayera?, ¿cómo lo explicarías?

8

PROBLEMA ¿Cómo determinar la tensión que soporta una cuerda cuando de ella colgamos algún peso? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros una posible respuesta al problema planteado y escríbela a continuación. Incluye cómo piensas que te podría ayudar el método del paralelogramo. ACTIVIDADES Para comprobar tu hipótesis puedes emplear un dispositivo llamado Abanico de Fuerzas. Este se muestra a continuación: 2. Construye varias ligas (resorte tubulapermitan estimar fuerzas iguales. Procede

a. Coloca un trozo de resorte en un aliga de referencia.

clip Liga

referencia

a

b. Coloca otro trozo de resorte en largolla quede en el centro. Esto fuerza. La fuerza de una liga sepermanece en el centro.

clip liga referencia

arg

1. Revisa el abanico de fuerzas e identifica sus componentes: A los trozos de madera se les llama aspas, también incluye una argolla, algunos clips y trozos de resorte tubular de aproximadamente 15 centímetros de longitud.

r), que cuando tengan alargamientos iguales te así: spa del abanico, amárralo y márcalo. Esta será tu

rgolla

a aspa opuesta. Amárralo de tal manera que la te asegurará que ambas ligas aplican la misma equilibra con la fuerza de la otra y la argolla

olla en el centro

liga nueva

9

c. Repite esta operación 9 ó 10 veces, de tal forma que tengas varias ligas para tu

experimento.

3. Coloca la cantidad de ligas que desees en cada una de las aspas. Mueve las aspas de tal forma que logres colocar a la argolla en el centro. Esto te indicará que las fuerzas de las tres aspas están equilibradas. 4. Con la punta de los tornillos, presiona sobre una hoja o cartulina, de tal forma que ésta quede con pequeñas marcas. 5. Traza líneas que unan a estas marcas y empleando la escala de 1 cm = 1 unidad de fuerza, traza las fuerzas que se ejercen en cada aspa. A continuación se muestra una posible figura: 3 unidades

de fuerza

2 unidades de fuerza4 unidades de

fuerza

6. Elige dos fuerzas, traza líneas paralelas, y encuentra su resultante (a este método se le conoce como regla del paralelogramo). 7. Compara a la resultante con la tercera fuerza, ¿qué observas? Explica. 8. Elige ahora a otras dos fuerzas, traza líneas paralelas y encuentra la resultante. Compárala con la tercera fuerza, ¿qué observas?. Explica. 9. Vuelve a trazar las fuerzas como lo hiciste en el punto 4. Probablemente ya tienes muchos trazos en la misma hoja y se pueden complicar los trazos que ahora vas a realizar, para evitarlo utiliza un lápiz de color diferente. Elige la fuerza que quieras, continúa la línea de acción de las otras dos fuerzas y traza líneas paralelas a éstas de tal forma que pasen por la punta de la fuerza que elegiste inicialmente, ¿qué observas? Explica. Seguramente “descubriste” que la fuerza resultante de dos fuerzas, representadas como segmentos, con un origen en común, corresponde a la diagonal del paralelogramo. Las fuerzas y todas aquellas magnitudes que cumplan la ley del paralelogramo se les llama magnitudes vectoriales.

10

Si cuelgas un objeto de la argolla del abanico de fuerzas, ¿qué harías para conocer el peso de dicho objeto?. CONCLUSIONES Comenta con tus compañeros y explica cómo el método del paralelogramo te puede ayudar a ‘componer’ dos fuerzas en una sola (encontrar su resultante) y a ‘descomponer’ una fuerza en otras dos. EVALUACION 1. Considera que la lámpara de 12 kilos, es suspendida del techo por dos cables colocados según se indica en la siguiente figura. ¿Cual es la magnitud de las tensiones de los cables que la sostienen?

45° 90° 45°

AUTOEVALUACION Reflexiona las siguientes cuestiones y dales respuesta 1.- ¿Realmente aprendí que es el método del paralelogramo? 2.- ¿Para que me sirvió el abanico de fuerzas? BIBLIOGRAFÍA Jiménez, E. (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física I. Colegio de Bachilleres. México. Pérez, H. (1999). Física 1. Publicaciones Cultura: México. Romero, R. (2000). Física 1. Colegio de Bachilleres: México.

11


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8c ¿CÓMO PESO UN OBJETO QUE REBASA LA ESCALA DEL

DINAMÓMETRO? OBJETIVO 2.6 MÉTODO DEL PARALELOGRAMO

CONTEXTO El general, el método del paralelogramo se ha utilizado para encontrar la resultante de dos fuerzas concurrentes no colineales. Sin embargo, una manera interesante de emplearlo es a la inversa. Es decir, a partir de una fuerza (que hace el papel de resultante), es posible obtener otras dos fuerzas cuyos efectos, al combinarse, son los mismos que los de la fuerza original. OBJETIVO

• Aplicar la Ley del Paralelogramo para dar solución a problemas de nuestro entorno. PARA INICIAR Comenta con tu equipo y responde las siguientes cuestiones:

1. Para qué se emplea el método del paralelogramo. 2. En qué consiste el método del paralelogramo. PROBLEMA En una ocasión, con motivo de una fiesta familiar, a Tere la enviaron al Mercado sobre Ruedas para comprar 32 kg de naranja. Al llegar con el vendedor, éste tenía una báscula muy parecida a los dinamómetros del laboratorio, pero su escala llegaba hasta 20 kg. Tere le dijo: ‘va a tener que pesar dos veces’. Sin embargo el vendedor, que era muy aficionado a la física, le contestó: ‘no, con el método del paralelogramo puedo pesar la naranja que necesita de una sola vez’.

¿cómo medir el peso de un objeto que es mayor al de la escala del dinamómetro que se posee?

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HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros y escribe a continuación una posible respuesta al problema planteado en el párrafo anterior:

ACTIVIDADES Para llevar a cabo esta actividad necesitarás un lazo y dos dinamómetros, uno de 0 a 10 N y el otro de 0 a 50 N. 1. Suspende de alguna saliente del techo (un soporte, o la marquesina de la puerta), un

banco del laboratorio. Jálalo con el dinamómetro de 10 N. Registra la fuerza que marca el dinamómetro, con un transportador mide el ángulo que forma con respecto a la horizontal como se observa en la figura.

2. Elabor

fuerzas

a el diagrama de fuerzas para el sistema (respeta la dirección y sentido de las involucradas), elige una escala conveniente, por ejemplo 2N = 1 cm.

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Seguramente tomaste en cuenta el peso del banco, y las tensiones sobre el lazo. Además debes tener presente que cuando un objeto esta en reposo, se cumple la condición de equilibrio, la suma de las fuerzas horizontales y verticales es igual a cero (∑Fx = 0; ∑Fy = 0). 3. Traza a la equilibrante (como el banco está en reposo, la equilibrante es igual a la fuerza

que aplicas pero de sentido opuesto). Traza líneas paralelas de forma que pasen por la punta de la equilibrante, y crucen con el eje vertical.

4. Observa tu diagrama, ¿cuánto pesa el banco? Explica. 5. Solicita un dinamómetro de 0 a 50 N y pesa directamente el banco, ¿coincide con el valor

que obtuviste? Explica tu respuesta. 6. Recuerdas tus hipótesis, ¿quién tenía la razón Tere o el vendedor? Explica.

CONCLUSIONES Comenta con tus compañeros y explica cómo es posible pesar un objeto que rebasa la escala del dinamómetro de que dispones.

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EVALUACIÓN 1. En una fábrica, un empleado jala con una fuerza de 200 N una carga que debe colocar en un furgón. Si la cadena soporta una tensión de 1000 N, ¿se romperá? 3. Una caja se arrastra sobre una superficie horizontal, al aplicarle una fuerza constante de

100 N, como se observa en la figura. Si la caja se desplaza a velocidad constante, ¿cuál es el valor de la fuerza de fricción cinética?

Escribe a continuació1. 2. 3.

Jiménez, E. (2000). Colegio de Bachillere

70º

cadena

30°

F = 100 N

AUTOEVALUACIÓN n tres aprendizajes que hayas logrado con esta actividad:

BIBLIOGRAFÍA Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física 1. s: México.

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ANEXO ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 8a y 8b

MÉTODO DEL PARALELOGRAMO

Si tenemos varias fuerzas estas ¿se pueden sumar?. La respuesta es sí y hasta realizar diferencias de fuerzas. Esto se debe a la REGLA DEL PARALELOGRAMO que nos dice; si a un cuerpo se le aplican las fuerzas F1 y F2 el efecto que producen es equivalente al que produciría la fuerza Fresultante , que es el resultado de s

1 y F2 que se cortan en un punto como lo muesumar esas fuerzas. Es decir, si hay dos

fuerzas F tra figura, pude ser sustituida por una sola fuerza Fresultante cuya magnitud y dirección se obtienen construyendo el paralelogramo de fuerzas mostrado en esa figura.

En cámara lenta, para que puedas observar como se construye la regla del paralelogramo, observa. Primero dibuja a escala las fuerzas involucradas F1 y F Se Traza una línea paralela de F1 sobre F2 , de preferencia una línea punteada. Repite lo mismo ahora con F2 sobre F1 :

Fresultante F2

F1

La suma de dos fuerzas se obtiene construyendo el paralelogramo defuerzas

2

F2

F1

F2

F1

F2

F1

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Si observas la figura obtenida te darás cuenta que es un cuadrilátero cuyos lados opuestos son paralelos, por eso se le denomina paralelogramo. Pero todavía no se obtiene la Fresultante, para lograrlo. . . ,se traza una línea recta del origen a la intersección de las dos paralelas, y su sentido coincide con la intersección de las paralelas: Matemáticamente el resultado de la suma de las dos fuerzas se denota, Si se define la equilibrante, como aquella fuerza que “anula” a la resultante con la mmagnitud, la misma dirección, pero de sentido contrario. En este caso se tiene: Las fuerzas F1 y F2 se conocen como componentes de la fuerza F, ya que sumadas endan por resultante la fuerza F. Una de las componentes, puede ser determinada conociendo la resultante o lacomponente, por ejemplo. La línea paralela que cruza con el eje vertical, indica la magnitud del peso.

w =

F1 = 10 N

Se traza la equilibrante de F1 y líneas paralelas de forma que pasen por la punta de la equilibrante y crucen por el eje vertical.

F2

F1 = 10 N

w =

F2

equilibrante F

Para conocer el peso (w), primero se dibuja a escala el diagrama de fuerzas. La única fuerza que se conoce es F1.

Es muy sencillo este para encontrar la resultante de dos fuerzas que se suman, ¡no lo crees así!

→ FR = F1 + F2

F

FresultanteF2

F1

Fresultante F2

→
→
isma

tre si

otra

F1 = 10 N

w =

F1 equilibrante

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 9a NO ANDA TAN PERDIDA

OBJETIVO 3.1 TRABAJO Y ENERGÍA

CONTEXTO Si observas a tu alrededor, verás que la energía hace que las cosas sucedan, por ejemplo: durante el día, el Sol nos proporciona energía en forma de luz y de calor; apenas obscurece, recurrimos a los focos, usan energía eléctrica para iluminar; un auto se mueve gracias a la gasolina, un tipo de energía almacenada; nuestros alimentos tienen energía almacenada, usamos esa energía para jugar, estudiar. . . para vivir. Desde una perspectiva científica, podemos entender la vida como una compleja serie de transacciones energéticas, en las cuales la energía es transformada de una forma a otra, o transferida de un sistema a otro. Transferimos energía a una pelota cuando la chutamos, transferimos energía a una bicicleta cuando pedaleamos, transferimos energía a un carrito de compras cuando lo empujamos, . . . Transferir energía a un cuerpo haciendo que se mueva se denomina realizar un trabajo. La energía es un concepto físico muy útil, ya que permite analizar una infinidad de fenómenos cotidianos. OBJETIVO

• Determinar la cantidad de energía que se transfiere a un cuerpo a través del trabajo realizado.

• Establecer la relación entre las variables que modifican la energía potencial.

PARA INICIAR 1. Observa las figuras, ¿en cuál se realiza un trabajo mecánico? Explica

Cargar una Sostener Empujar un coche Subir y maleta las pesas con el freno accionado bajar pesas __________________________________________________________________________

2. El “hombre más fuerte del mundo” es capaz de arrastrar 27 m una locomotora de tren con una fuerza constante de 12 000 N.

a. ¿Qué trabajo ha realizado? b. ¿Cuánta energía se transfiere?

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3. Una roca de 100 N de peso se eleva de distintas maneras hasta una altura de 2 metros, tal como se indica en la siguiente figura. ¿en qué caso se realiza mayor trabajo?, demuéstralo.

PROBLEMA El ruido en la calle es insales a ver que pasaconstruyendo. Te qued(una grúa enorme), levasiguiente en la clase deenergía (de posición y dse te ocurre mencionar realiza las siguientes pre¿Cómo se relaciona laenergía se convierta en HIPÓTESIS Comenta con tus comcontinuación. ACTIVIDADES Qué material se te ocurr En caso de que en el lab

200 J

2 m
4 m
soportable, no permite la concentración en tus actividades. Decidido , te das cuenta que el ruido proviene de un edificio que están as observando cómo entierra los pilotes, con la ayuda de la pluma nta pesos a diferentes alturas y luego los deja caer sobre ellos. Al día física el profesor pide ejemplos donde se manifiesten los tipos de e movimiento). Algunos compañeros empiezan a dar ejemplos, a ti

el levantamiento de los pilotes. Partiendo de ese ejemplo el profesor guntas: energía potencial con el trabajo?, ¿De qué depende que toda la trabajo?

pañeros la posible respuesta a este problema y escríbela a

e para comprobar tus hipótesis, anótalo a continuación.

oratorio no cuenten con ese material, aquí te doy una sugerencia.

2 m2 m

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Arma el sistema mostrado en la figura, utiliza pesas de diferente masa (100, 200 y 300 g) y súbelas a la misma altura utilizando la polea. Registra la lectura del dinamómetro en cada caso. Completa la siguiente tabla. Repite lo anterior, pero ahora sube el mismo objeto (una pesa de 200 g) a diferentes alturas. Tabla

Fuerza aplicada

F (N)

altura del objeto

h (m)

Masa del objeto

m (kg)

Trabajo W = F h

Energía potencial gravitatoria EPG =mgh

A partir de tus resultados contesta lo siguiente:

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1. Al subir objetos de diferente masa a la misma altura, ¿se realiza el mismo trabajo? Explica. 2. Si sostienes unos instantes el objeto a determinada altura, ¿aplicas más fuerza? ______ , ¿Cuándo se realiza trabajo sobre el objeto? Explica. 3. Cuando la masa permanece constate, ¿qué relación existe entre la energía potencial y la altura? 4. Cuando la altura permanece constante, ¿qué relación existe entre la energía potencial y la masa? 5. Compara el trabajo realizado por la fuerza aplicada, con la energía potencial gravitatoria del objeto. Explica tu respuesta. Tienes razón los valores de trabajo (W), y energía potencial gravitatoria (EPG), son iguales, recuerda que realizar un trabajo es una manera de transferir energía. Así entonces para conocer la energía que se ha transferido podemos calcular el trabajo realizado. A menudo se dice: el trabajo es una medida de la cantidad de energía transferida.

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Actividad 2 Arma un dispositivo tal como se indica en la figura. Elige una pesa y colócala a determinada altura, déjala caer sobre el palito de madera y observa su hundimiento en la plastilina. En ocasiones es difícil ‘atinarle’ bien al palito, te sugerimos que practiques antes de tomar tus mediciones. Para medir el hundimiento del palito, primero debe medirse la longitud inicial y posteriormente la longitud una vez que la pesa lo ha golpeado, así el hundimiento del palito será igual a la longitud inicial menos la longitud del palito hundido. 1. Determina la EPG de la pesa, y el trabajo (W) realizado por la pesa sobre el palito.

2. Analiza el proceso teniendo en cuenta las transferencias de energía que se producen entre un punto y otro del sistema, ¿cómo es el valor de la energía potencial gravitacional comparado con el valor del W?, ¿eso esperabas?, Explica.

EPG = m g h W = F h

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Seguramente en tu explicación mencionaste que parte de la energía se disipo entre los elementos del sistema y el entorno por la fricción. También debes tener presente que la fricción provoca un calentamiento que no se puede aprovechar para hacer trabajo útil. Cuando el sistema pierde la posibilidad de producir trabajo, . . . En el lenguaje cotidiano diríamos que “la energía se ha consumido”, “se ha gastado”. En el lenguaje científico diremos que la energía se ha degradado. Estos dos fenómenos: disipación y degradación de la energía, van siempre acompañados. La energía se degrada cuando se dispersa, esto es deja de estar “concentrada”. Esto no significa que la energía no se conserve, sino que sólo una parte de ella se aprovecha, si fuese posible medir la energía no aprovechada y sumarla con la energía útil, obtendríamos el mismo valor que al inicio. CONCLUSIONES Según tus resultados obtenidos, ¿crees que la energía anda perdida? piensa tu respuesta en función del tipo de sistema. EVALUACION 1. Un portero lanza un balón de fútbol de 300 gramos hacia arriba y éste alcanza una altura de 2.5 metros.

a. Cuánta energía potencial tiene e

b. De dónde recibió la pelota la ene

c. ¿Es posible que el portero hayaExplica.

Altura = 2.5 metros

l balón a la altura de 2.5 metros

rgía para poder elevarse.

efectuado un trabajo de 10 J para elevar la pelota?

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d. ¿Es posible que el portero haya efectuado un trabajo de 7 J para elevar la pelota? Explica.

AUTOEVALUACION Observa algunas máquinas, aparatos o juguetes: un montacargas, un abrelatas, una batidora un coche de fricción, ... Explica en voz alta su funcionamiento, emplea el lenguaje que aprendiste en esta actividad.

BIBLIOGRAFÍA.

Alvarenga .B (1983). Física general con experimentos sencillos. Ed.Harla. 3ª Edición: México

Hewitt. P. (1996).Física Conceptual. Ed. Addison-Wesley. Iberoamericana. 2ª Edición: Estados

Unidos.

Hewitt P. y Robinson H. (1988). Física. Manual de laboratorio. Addison-Wesley, 1ª Edición: México. Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física 1. Colegio de Bachilleres: México.

24


ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No 9b OSCILACIONES

OBJETIVO 3.2 CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA CONTEXTO Mucha gente –incluso a menudo los científicos- habla de la energía como si la hubiera de muchas maneras: energía calorífica, energía sonora, energía nuclear, energía luminoso, energía cinética, energía mecánica, energía potencial, etc. A pesar de esto, todos estos tipos se pueden reducir a dos: energía de movimiento y energía almacenada. Las otras nada más suelen ser calificativos de los fenómenos que acompañan a diversos procesos de transferencia de energía. La energía asociada al movimiento se le denomina energía cinética. A la energía almacenada debido a la configuración, disposición e interacción, se le denomina energía potencial (gravitatoria, eléctrica, elástica...). La energía total de un sistema es la suma de su energía cinética y potencial. En un sistema aislado la energía se conserva, la suma de estas dos energías en un momento dado, tendrá que ser igual a dicha suma en cualquier otro momento. 0BJETIVO

• Aplicar la ley de la conservación de la energía mediante el reconocimiento de los tipos de energía.

PARA INICIAR. ¿Alguna vez te has subido al juego mecánico del martillo? Seguramente sí, y si no lo has hecho, lo has observado por lo menos. En su funcionamiento el martillo, se mueve de forma análoga a un péndulo. 1.- Cuando el men tanto que su 2.- En la posiccinética?, ¿a qu

A C

B
altura
artillo está en el punto más elevado A, adquiere su mayor energía ________ energía _____________ vale cero.

ión B, ¿cuál es el valor de la energía potencial?, y ¿el valor de la energía é crees que se debe?.

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PROBLEMA Lesly una niña muy traviesa pide a su mamá que la suba en un columpio. del parque que está cerca de

su casa.

¿ Habrá alguna relación entre la energía cinética y la energía potencial de la niña del columpio?

HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros, qué relación piensan que hay entre la energía potencial y energía cinética de un objeto que se mueve como un péndulo, para ello considera que la energía se conserva. ACTIVIDADES Para llevar a cabo esta actividad deberás construir un péndulo. Qué material necesitarás, cómo se te ocurre armarlo, dónde consideras posible colocarlo. Actividad 1 Si no tienes al alcance el material que propones, aquí te doy una sugerencia: Para construir un péndulo simple sujeta en el extremo de un hilo resistente un cuerpo pesado de pequeñas dimensiones (un balín de metal o una pesa estarán bien). Fija el extremo libre de la cuerda a

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una varilla ubicada en el soporte universal. Átalo de tal manera que la longitud del péndulo sea de aproximadamente 50 cm. Aleja el objeto de la línea de reposo y suéltalo, el péndulo comenzara a oscilar como se observa en la figura. Como el moviéste es un sisMide la altura Determina la Calcula la eneen la siguiente

Pun

ABC

1. ¿Cuál es elNOTA: debes fija 2. Al consideracinética en el

miento se retema cíclico h en metros

masa del pé

rgía potenc tabla.

to

valor de la erte en la confi

r la energíapunto C? Ex

h

A

C

pite varias veces de igual manera (aproximadamente), se dice que . desde el punto en que inicia la oscilación, h = ____m

ndulo, m = ____kg.

ial gravitacional en cada uno de los puntos, y anota tus resultados

Masa m (kg)

Energía potencial gravitacional EPG = m g h

nergía disponible en este sistema? Explica.

guración del sistema.

disponible en este sistema, ¿Cuál será el valor de la energía plica.

B

27

3. ¿Podrías afirmar que el valor de la energía potencial en los puntos A y B debiera tener el mismo valor que la energía cinética del péndulo en el punto inferior C?, Explica. 4. Completa el siguiente cuadro con las palabras: máxima o mínima.

A

B C

Energía potencial gravitacional

Energía Cinética traslacional

Energía mecánica total

La energía mecánica total, para este sistema cíclico, es la misma para los puntos A, B y C. En estos casos, se dice que no hay disipación de energía. Con disipación y sin disipación de energía , se cumple el principio de conservación de energía. Actividad 2 Con una nuez de sujeción coloca una varilla, como se aprecia en la figura, suelta el péndulo y registra tus observaciones. 1. ¿Qué habría pasado si la varilla estuviera colocada más arriba o más abajo del cordel? Anota tus comentarios.

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2. Comenta con tus compañeros y explica tus observaciones en términos de energía potencial gravitacional, energía cinética traslacional y conservación de la energía. CONCLUSIONES Comenta con tus compañeros y escribe tus conclusiones. Debes incluir como mínimo a las palabras: energía cinética traslacional, energía potencial gravitatoria, conservación de el energía, energía disponible, configuración del sistema, disipación de energía.

EVALUACIÓN El chamaco Guzmán se encuentra jugando con su bicicleta en una rampa semicircular. Si tiene una masa de 60 kg y la rampa tiene una altura máxima de 2.50 metros a. ¿cuál será la energía potencial del chamaco? b. Si desprecias la fricción entre la superficie y la bicicleta (lo que es imposible)¿cuál sería el valor de la energía cinética del chamaco Guzmán en la parte más baja de la rampa? c. ¿Crees que la energía potencial que adquiere el chamaco Guzmán se transforma totalmente en energía cinética?. Explica

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AUTOEVALUACIÓN 1.-Se reconocer la energía potencial y cinética de los sistemas cíclicos simples. Sí.____. No. _____. ¿Porqué? 2.-Se calcular los valores de la energía potencial y cinética de los sistemas cíclicos simples. Sí.____. No.____. ¿Porqué? 3.-¿A tu alrededor encuentras algún sistema en donde no haya disipación de energía? Argumenta tu respuesta. BIBLIOGRAFÍA.

Alvarenga .B (1983). Física general con experimentos sencillos. Ed.Harla. 3ª Edición: México

Hewitt. P. (1996).Física Conceptual. Ed. Addison-Wesley. Iberoamericana. 2ª Edición: Estados

Unidos.

Hewitt P. y Robinson H. (1988). Física. Manual de laboratorio. Addison-Wesley, 1ª Edición: México. Jiménez, E., (2000). Actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física 1. Colegio de Bachilleres: México.

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 9c JUGANDO CON LA ENERGÍA


CONTEXTO Cada cuerpo o cada sistema tiene, en cada momento, unas propiedades de velocidad, de temperatura, de color, de altura, de estado de agregación, . . . Y por lo tanto se le asigna una cierta energía. Cuando transferimos energía a un sistema o de una a otra parte de él, notamos unos cambios o variaciones en algunas de sus propiedades, por ejemplo: La energía que se transfiere a una pelota al chutarla la hace cambiar su posición o su velocidad; la que una pelota te puede transferir a ti si te toca puede hacer cambiar el color de tu piel; la energía que una resortera transfiere a un trozo de gis hace cambiar su posición, etc. El análisis desde el punto de vista energético de un fenómeno necesita, en su inicio aclarar dos aspectos: cuál es el sistema que se estudia y qué le analizamos a este*. OBJETIVO

• Identificar transformaciones de energía y su disipación. PARA INICIAR La energía que una resortera transfiere a un trozo de gis hace cambiar su posición. Una forma de representar la energía que interviene en la transferencia entre los sistemas es la siguiente*: 1. Reel por * Proy

a

* Gis

* * Liga tensada

* * * * * Gis

La liga tensada le transfiere energíaal cuerpo que sale

* * * * * * * Liga tensad

presenta esquemátictero atrapa al balón.

ecto STTIS. La energía.

o entorno*

disparado.

entorn

amente, la energía que interviene cuando un delantero tira a gool y

Dep. de Didáctica de la Matemática y las Ciencias Experimentales. UAB

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PROBLEMA En varias ocasiones nosotros efectuamos algún trabajo mecánico (aplicamos fuerza sobre un cuerpo y éste se desplaza), pero nos queda la sensación de que trabajamos más de lo realmente se movió un objeto. Esto sucede en diversas situaciones: al mover los muebles de la casa, especialmente los refrigeradores sin llantitas; cuando jugamos básquet; cuando lanzamos dardos. . . . ¿la energía se pierde durante los procesos? HIPÓTESIS Comenta con tus compañeros la posible respuesta al problema anterior. Anótala a continuación.

ACTIVIDADES

Actividad 1. Para esta actividad necesitarás una pelota de esponja y una regla graduada o flexómetro. Mide la masa de la pelota con ayuda de una balanza. Masa m = ________ kg

Deja caer la pelota desde cierta altura H1 que previamente hayas medido. Pon atención y fíjate a que altura llega cuando rebota H2. Anota estos valores en metros:

H1 = ____________ H2 = ___________ 1. Cuál es el valor de la energía potencial

gravitacional de la pelota antes de dejarla caer.

2. Cuál es el valor de la energía potencial gravitacional de la pelota a la altura máxima que llega al rebotar.

3. Compara estos valores, ¿son iguales o difieren?

4. ¿En el rebote perdió energía la pelota? Explica.

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Actividad 2 Para esta actividad será necesario un balín, un trozo de plastilina (suave) y una regla.

1. Determina la masa del balín con ayuda

de la báscula. Masa = ________________

2. Eleva el balín a determinada altura H1

(mídela) y déjalo caer sobre la plastilina.

3. ¿Cuánto trabajo realizaste para elevar el balín?

4. ¿Cuál es la energía potencial del balín en la altura H1?

5. ¿Qué sucedió a la plastilina?

6. El balín no rebotó, ¿qué sucedió a la energía potencial que poseía? Explica.
CONCLUSIONES Comenta con tus compañeros y escribe a continuación tres afirmaciones que hayas obtenido durante la actividad experimental.

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EVALUACIÓN Construye, con tu equipo, un mapa conceptual con los siguientes conceptos: energía, energía potencial gravitatoria, transformación, disipación, conservación, energía cinética traslacional, transferencia, trabajo. AUTOEVALUACIÓN Lo que ha ocurrido al hombre, a la cuerda y al peso de la piñata esta muy claro en las figuras*. ¡NO LO CREES!. Elabora un relato acerca de lo que ocurrió, emplea el concepto de energía. * Nuffield, F., (1967). Física Básica BIBLIOGRAFÍA.

Hewitt. P. (1996).Física Conceptual. Ed. Addison-Wesley. Iberoamericana. 2ª Edición: Estados Unidos. Hewitt P. y Robinson H. (1988). Física. Manual de laboratorio. Addison-Wesley, 1ª Edición: México. Alvarenga .B (1983). Física general con experimentos sencillos. Ed.Harla. 3ª Edición: México

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LISTA DE MATERIAL

Jorge Arias Reyes José Eric Belmont Cortés

Leticia Bueno Piña Jesús Ernesto Flores López

María Concepción García Arana Joel Guzmán Contreras

León Gabriel Hernández Martínez Irene Lojero Velásquez

María Claudia López González José Guadalupe Muñoz Huijón

Bernardo Ordóñez Pérez Coordinación: Emma Jiménez Cisneros

SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE SERVICIOS ACADÉMICOS

SUBDIRECCIÓN DE LABORATORIOS LABORATORIO CENTRAL DE FISICA

Julio de 2002

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LISTA DE MATERIAL

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1a

¿DE QUÉ TAMAÑO ES TU SOMBRA? OBJETIVO 1.1. CONTROL DE VARIABLES EN SISTEMAS FÍSICOS

Laboratorio Alumno

Arreglo de focos en paralelo o una

lámpara

Popotes

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1b UNA AVENTURA EN EL DESIERTO


LABORATORIO

ALUMNOS

Probeta

Tachuelas

Agua Plastilina (1 barra)

Cartón (caja de zapatos o cartulina)

Tijeras

Cinta adhesiva

36

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1c

ARMANDO UN CIRCUITO OBJETIVO 1.1. CONTROL DE VARIABLES EN SISTEMAS FÍSICOS

Laboratorio Alumno

Focos con socket

3 pilas de 1.5 volts

Bolsita con caimanes

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1d EL BRILLO DE LOS FOCOS


LABORATORIO

ALUMNOS

Arreglo de focos en serie y paralelo.

2 focos de 40 y/o 60 W

37

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2a VARILLAS CORTAS Y LARGAS

OBJETIVO 1.2 RELACIONES CUANTITATIVAS

Laboratorio Alumno

Balanza

Palitos de madera o popotes

Regla graduada (metro de madera)

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2b UN DÍA EN EL PARQUE


Laboratorio Alumno

Balanza Aritmética

Hilo de cáñamo


Marco de pesas

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2c FILTROS PARA CAFÉ


Laboratorio

Alumno

Cronómetro de tres tiempos

Filtros para café (de canastita)

Flexómetro

38

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2d

EL NIVEL DE AGUA OBJETIVO 1.2 RELACIONES CUANTITATIVAS

Laboratorio

Alumno

Probeta

Regla graduada ( 30 cm)

Cristalizador 2 Hojas milimétricas.

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3a LAS APARIENCIAS ENGAÑAN

OBJETIVO: 2.1 FRICCIÓN

Laboratorio

Alumno

2 Bloques de madera con caras

diferentes

Resorte tubular (40 – 50 cm)

Carro de baja fricción

Tabla de formica

Regla o felxómetro

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3b ¿QUÉ DETIENE A LOS CUERPOS EN MOVIMIENTO?


Laboratorio Alumno

Bloque de baja fricción

Resorte tubular (40 – 50 cm)

39

Dinamómetro 1 globo pequeño

Tabla de formica

Disco de baja fricción

Regla o flexómetro

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3c ¡CUIDADO ALCONDUCIR!


Laboratorio

Alumno

Vaso de precipitados

2 carritos de juguete de fricción

3 monedas iguales

Un pedazo de tela del tamaño de un

pañuelo.

Ligas

Plastilina

Cinta adhesiva

40

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4a CAMINANTES

OBJETIVO No. 2.2 VELOCIDAD

Laboratorio

Alumno

Cronómetro

Cinta adhesiva

Flexómetro Hojas de papel (cuadrícula o

milimétrico)

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4b TUBO DE BURBUJA

OBJETIVO No. 2.2 VELOCIDAD, MODELO V = D/T

Laboratorio

Alumno

Tubo de burbuja

Cinta adhesiva


Cronómetro

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4c CARRO DE PILAS

OBJETIVO No. 2.2 VELOCIDAD, MODELO V = D / T

Laboratorio

Alumno

41

Cronómetro Cinta adhesiva

Regla Carro de Pilas (que se desplace en

línea recta)

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 5a SE QUEDÓ CON EL CAMBIO

OBJETIVO 2.3 SEGUNDA LEY DE NEWTON (ANÁLISIS CUALITATIVO)

Laboratorio

Alumno

3 Balines (dos del mismo tamaño)


Tabla con riel de aluminio

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 5b CAMBIO DE VELOCIDAD

OBJETIVO 2.3 SEGUNDA LEY DE NEWTON (ANÁLISIS CUANTITATIVO))

Laboratorio

Alumno

Ticómetro

1.5 m de hilo cáñamo o similar

Cinta para Ticómetro

Papel carbón (1 hoja por grupo)

Polea

Marco de pesas


Flexómetro o regla graduada (metro de

madera)

42

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 5c SEGUNDA LEY DE NEWTON

OBJETIVO 2.3 SEGUNDA LEY DE NEWTON (ANÁLISIS CUANTITATIVO))

Laboratorio

Alumno


Cinta adhesiva

Ticómetro

Cinta para ticómetro, papel calca

Dinamómetro

Cronómetro

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6a EL TREN DE FUERZAS

OBJETIVO 2.4 TERCERA LEY DE NEWTON

Laboratorio

Alumno

Imán

Hilo cáñamo o similar

Base de soporte universal Uno o dos clavos

Dos varillas Cinta adhesiva

Nuez de sujeción

Dos carros de baja fricción

Tres dinamómetros

43

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6b CAMINANDO CON FUERZAS

OBJETIVO 2.4 TERCERA LEY DE NEWTON

Laboratorio

Alumno

Tablón, cubierta de mesa o puerta

Palos redondos (pueden ser de escoba)

Carro de tracción o de pilas

Trozo de papel cascarón (usado)

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.7a LOS SENTIDOS A VECES NOS ENGAÑAN


Laboratorio

Alumno

3 probetas de 1 litro

Plastilina para el colchón del fondo de la

probeta

Tres balines o canicas de igual tamaño Hilo nylon

Cinta adhesiva

44

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 7b ¡ESE TIEMPO PRECIADO! OBJETIVO 2.5 CAÍDA DE LOS CUERPOS

Laboratorio

Alumno

Ticómetro

Cinta para ticómetro y papel calca

Dos balines de diferente tamaño

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 7c UN EXPERIMENTO PENSADO


Laboratorio

Alumno

Tabla con riel de aluminio

Regla graduada ( 30 cm)

Dos balines de diferente tamaño Cinta adhesiva

Cronómetro

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8a EQUILIBRISTAS


Laboratorio

Alumno

Dinamómetro

Hilo cáñamo o similar

Transportador de madera Escuadras, regla, transportador

45

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8b

LA LÁMPARA OBJETIVO 2.6 MÉTODO DEL PARALELOGRAMO

Laboratorio

Alumno

Abanico de fuerzas

Clips, resorte tubular

Escuadras y regla graduada.

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 8c ¿CÓMO PESO UN OBJETO QUE REBASA LA ESCALA DEL

DINAMÓMETRO? OBJETIVO 2.6 MÉTODO DEL PARALELOGRAMO

Laboratorio

Alumno

Dinamómetro de 0 a 10 N

1 lazo

Dinamómetro de 0 a 50 N Escuadras y transportador

Transportador de madera

46

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 9a NO ANDA TAN PERDIDA


Laboratorio

Alumno

Base de soporte universal con nuez de

sujeción

Palitos de madera (redondos o

cuadrados)

Varilla larga (40 – 50 cm) Plastilina (o jabón de pastilla suave)

Marco de pesas Regla graduada (30 cm)

Dinamómetro Hilo de cáñamo

Polea

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No 9b OSCILACIONES

OBJETIVO 3.2 CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA

Laboratorio

Alumno

Base de soporte universal

Regla graduada (30 cm)

Varilla larga (40 – 50 cm) Hilo cáñamo o similar

Dos varillas cortas (20 – 25 cm)

Dos nueces de sujeción

Marco de pesas

47

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 9c

JUGANDO CON LA ENERGÍA OBJETIVO 3.2 TRABAJO Y ENERGÍA

Laboratorio

Alumno

Balín

Plastilina (1 barra)

Regla (100 cm) o flexómetro Pelota de esponja o similar

Balanza

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