experimentos con itp c ex

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Experiments for the Nova5000 First Edition August 2008

Table of Contents

Physics

Correspondencia de las Gráficas de Movimiento .............................................................. 1

Medida de Fuerzas ............................................................................................................. 5

Gravedad ............................................................................................................................ 9

Campo magnético de una barra magnética ..................................................................... 13

Radiación .......................................................................................................................... 17

Resistencias en paralelo................................................................................................... 20

Resistencias en Serie ....................................................................................................... 26

Medida de la velocidad del sonido ................................................................................... 31

Velocidad .......................................................................................................................... 36

Resistencia de un alambre ............................................................................................... 40

Efecto de la Variación de Volumen del Aire en la Presión de Aire – Ley de Boyle ....... 46

Biology

La vuelta alrededor del ciclo de agua............................................................................... 53

Medida de las condiciones abióticas que reinan en el habitat creado debajo de rocas,

con sensores de humedad y temperatura........................................................................ 57

Medida de las condiciones abióticas que reinan en el habitat creado debajo de rocas,

con sensores de luz y temperatura .................................................................................. 63

Cantidad de CO2 exhalado durante la respiración humana ............................................ 69

Efecto del ejercicio físico en la temperatura del cuerpo humano y el ritmo del corazón 76

ECG y Respiración en condiciones de descanso y de actividad..................................... 83

Evaporación de agua en plantas terrestres – Transpiración ........................................... 91

Medida de la cantidad de CO2 liberado durante la respiración de semillas en

germinación....................................................................................................................... 98

Velocidad de respiración de semillas en germinación................................................... 102

Circulación de agua en brotes y hojas de plantas terrestres......................................... 108

Chemistry

Reacciones Endotérmicas – Mezcla de Cristales de Hidróxido de Bario e Isotiocianato

de Amonio ....................................................................................................................... 118

Efecto de la Variación de Temperatura del Aire en la Presión del Aire – La Ley

Combinada de los Gases 124

Contenido energético de alimentos................................................................................ 130

Reacciones de Reducción y Oxidación (Redox) – Cloruro de cobre con aluminio....... 136

Estudio de la llama de una vela...................................................................................... 141

Congelación y fusión del agua ....................................................................................... 144

Medida de la Lluvia Acida............................................................................................... 148

Reacciones Endotérmicas - Reacción entre Acido Cítrico y Soda de Hornear ............ 152

Reacciones Exotérmicas - Disolución de NaOH en Agua ............................................. 157

1

Correspondencia de las Gráficas de Movimiento

Figura 1

Introducción En este experimento usaremos el sensor de Distancia a fin de reproducir gráficas de

posición y velocidad. Ud. caminará hacia atrás y hacia adelante frente al sensor de

Distancia, y tratará de reproducir las gráficas obtenidas con las gráficas que Ud.

recibirá.

Camine hacia atrás frente al detector de movimiento

2

Equipo • Nova5000

• Sensor de distancia.

Montaje del equipo Note: Asegúrese de que el adaptador CA/CC esté conectado dado que el sensor

Distancia consume relativamente alta corriente.

1. Ponga en funcionamiento el MultiLab.

2. Conecte el sensor Distancia a la entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Marque Configurar en la barra superior de herramientas y programe el

registro de datos de acuerdo a las especificaciones siguientes.

Instalación del registro de datos

Sensores:

Entrada 1: Distancia

Frecuencia:

10 muestras por segundo

Muestras:

1000 muestras

Método Experimental 1. Coloque el sensor de Distancia sobre una mesa de manera que esté dirigido hacia

un espacio libre de por lo menos 4m de largo (vea Figura 1).

2. Use tiras cortas de cinta adhesiva sobre el piso para marcar posiciones a 1 m, 2 m,

3 m, and 4 m respecto al sensor de Distancia.

3. Produzca una gráfica de su movimiento cuando Ud. camina alejándose del sensor

de Distancia con velocidad constante. Para eso, párese aproximadamente a 1m del

sensor de Distancia y haga que su compañero marque Correr en la barra

3

superior de herramientas, para comenzar a registrar los datos. Camine lentamente

alejándose del sensor de Distancia cuando escuche el “click”.

4. Cuando alcance la marca de 3m, pida a su compañero que marque Detener .

5. Marque Agregar al proyecto en la barra de herramientas de la gráfica, y a

continuación marque Guardar. .

Correspondencia con la Gráfica Posición vs. Tiempo Repita los pasos 3 a 5 a fin de hacer corresponder con la gráfica siguiente (Figura 2):

Figura 2: Gráfica Posición vs. Tiempo

Correspondencia con la Gráfica Velocidad vs. Tiempo 1. Agregue la predicción de la gráfica Velocidad vs.Tiempo a la gráfica Posición

vs.Tiempo. Marque Pausa/Continuación en la barra de herramientas de la

gráfica, para congelar la gráfica de Posición vs. Tiempo. Marque Agregar

Predicción en la barra de herramientas para habilitar la herramienta Predicción.

Marque los puntos en la gráfica donde Ud .suponga que continuará la gráfica. Cada

punto que Ud, agregue a la gráfica será conectado con una línea recta. Marque

para inactivar la herramienta de Predicción.

2. Marque Derivada en la barra superior de herramientas para hacer aparecer la

gráfica Velocidad vs. Tiempo

3. Compare su predicción con la gráfica de Velocidad .

4

Análisis de Datos 1. Describa cómo Ud. caminó para cada una de las gráficas que Ud. hizo

corresponder.

2. Explique el significado de la gráfica posición vs tiempo. Incluya en la discusión el

significado de pendiente positiva y negativa.

3. ¿Qué tipo de movimiento ocurre cuando la pendiente de la gráfica posición vs.

tiempo es cero?


tiempo es constante?


tiempo cambia? Compruebe si su respuesta a esta pregunta es correcta utilizando

el sensor de Distancia.

6. Describa como Ud. caminó para cada una de las gráficas que Ud. hizo

corresponder.

7. ¿Qué tipo de movimiento ocurre cuando la pendiente de la gráfica velocidad vs.

tiempo es cero? Compruebe su respuesta usando el sensor de Distancia.

8. Qué tipo de movimiento ocurre cuando la pendiente de la gráfica velocidad vs.

tiempo no es cero ? Compruebe su respuesta usando el sensor de Distancia.

5

Medida de Fuerzas Encontrar la constante de un resorte

Figura 1

Introducción Cuando se aplica una fuerza a un resorte, éste se estira. Los estiramientos del resorte

son proporcionales a la fuerza aplicada:

(1) kxF =

Donde:

F – Fuerza aplicada

Sensor de

Fuerza

Masa en un

resorte

Sensor de

distancia

6

x – Estiramiento del resorte

k – Constante del resorte

Esta ley es conocida como Ley de Hooke. Ella nos permite utilizar el resorte para medir

fuerzas.

En este experimento utilizaremos el sensor de Fuerza y el sensor de Distancia para

calibrar el resorte y utilizarlo como un dinamómetro (medidor de fuerza).

Equipo • Nova5000

• Sensor de fuerza

• Sensor de distancia

• Resorte (~15 N/m)

• Conjunto de masas

• Gancho para colgar las masas

• Pie y barra de soporte

• Abrazadera con gancho para colgar el resorte

Montaje del Equipo Nota: Asegúrese que el interruptor CA/CC esté conectado ya que el sensor de Distancia

consume relativamente alta corriente.

1. Arme el equipo como se muestra en la Figura 1.

a. Utilice una masa de 100 g.

b. La distancia entre ellos debe ser aproximadamente de unos 70 cm.

c. Asegúrese de que no hay obstáculos físicos entre la masa que cuelga y el

sensor de Distancia.


3. Conecte el sensor de Distancia a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

4. Conecte el sensor de Fuerza a la Entrada 2 (I/O-2) del Nova5000.

7

5. Marque Configurar en la barra superior de harramientas y programe el

registro de datos de acuerdo a lo especificado a continuación .

Configuración del registro de datos Sensores:

Entrada 1: Distancia

Entrada 2: Fuerza ±10 N

Frecuencia de muestreo:


Muestras:

1000 muestras

Método experimental

Encuentre la constante del resorte 1. Asegúrese que la masa que cuelga esté en reposo.

2. Marque Correr en la barra superior de herramientas y comience a registrar los

datos. .

3. Espere 20 segundos y entonces agregue un peso de 50 g sobre la masa que

cuelga de modo que la masa total sea ahora de 150 g. Ponga todo en reposo.

4. Espere otros 20 segundos y agregue nuevamente una masa de 50 g .Ponga todo

en reposo nuevamente.

5. Repita el paso 4 y aumente las masas colgantes en 50g cada vez hasta llegar a los

500g..

6. Marque Detener .

7. Guarde sus datos marcando Guardar en la barra superior de herramientas.

8

8. Use ambos cursores y para encontrar el estiramiento del resorte para cada

masa que cuelga. Registre estos valores en la tabla de datos.

Tabla de datos Masa colgante (g.) Fuerza Aplicada (N) Estiramiento (m)

100

150

200

250

300

350

400

Análisis de Datos 1. ¿Qué fuerza se aplicó al resorte cuando la masa colgante era 100g ?

2. Complete la columna Fuerza Aplicada en la tabla de datos en N.

3. Dibuje una gráfica de fuerza aplicada vs.estiramiento del resorte.

4. Ajuste la mejor línea recta que pase por el origen y los puntos obtenidos de sus

datos.

5. ¿Cuáles son las unidades de la pendiente?

6. Use la gráfica para calcular la constante del resorte.

9

Gravedad

Figura1

Introducción En esta actividad exploraremos el movimiento de cuerpos en caída. Usaremos dos

fotocompuertas. Una fotocompuerta consiste de un foco de luz infrarroja que manda un

rayo de luz angosto a un sensor de luz ubicado en el otro brazo de la fotocompuerta. El

registro de datos usa su reloj electrónico para registrar el tiempo durante el cual el rayo

10

de luz está bloqueado o desbloqueado. Al usar dos fotocompuertas se puede medir la

velocidad de caída de un cuerpo en cada fotocompuerta y el tiempo que lleva al cuerpo

llegar de una compuerta a la otra – permitiendo así calcular la aceleración:

Resultado:

(1)

tvv

a

ttttt

ttwv

ttwv

Δ−

=

−−+=Δ

−=

−=

12

1234

342

121

2

;

Donde w es el ancho del cuerpo en caída.

Equipo • Nova5000

• Fotocompuerta (2)

• Distintas pelotas chicas

• Soporte

• Abrazadera a ángulo recto (2)

• Calibre o metro

t1

t2

t3

t4

Entrada 1

Entrada 2

Δt

11

Montaje del equipo Nota: Asegúrese que el interruptor AC/CC esté conectado, dado que el sensor de la

fotocompuerta consume relativamente alta corriente.


2. Coloque las fotocompuertas una sobre otra, a una distancia de 20 cm, tal que una

pelota pueda pasar libremente entre los brazos de la compuerta.

3. Mida el diámetro de la pelota y anótelo en su cuaderno.

4. Pese la pelota y anótelo en su cuaderno.

5. Ponga el MultiLab en funcionamiento.

6. Conecte la fotocompuerta superior a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

7. Conecte la fotocompuerta inferior a la Entrada 2 (I/O-2) del Nova5000.

8. Marque Configurar en la barra de herramientas superior y programe el registro

de datos de acuerdo a lo especificado a continuación.


Entrada1: Voltaje 0 – 5 V (la compuerta es identificada como un sensor de

voltaje)

Entrada 2: Voltaje 0 – 5 V (la compuerta es identificada como un sensor de

voltaje)

Método Experimental 1. Marque Interface en el menú principal y luego marque Asistente de

fotocompuertas a fin de abrir el módulo Tiempo:

12

2. Elija Aceleración.

3. Marque el módulo Método.

4. Marque Entre compuertas.

5. Anote el ancho del cuerpo en mm y marque OK.

La medición de tiempo comienza cada vez que el cuerpo bloquea la compuerta de la

Entrada 1 y termina cuando la compuerta 2 se desbloquea. El MultiLab muestra los

resultados en una gráfica de barras y en la tabla de datos.

6. Deje caer la pelota entre las dos compuertas.

Consejo: Preste atención de tirar la pelota de forma vertical para evitar interferencia

con la caída. Centre la pelota para que el diámetro cruce el rayo de la fotocompuerta.

7. Repita el proceso varias veces.

8. Luego de varias pruebas, seleccione Interface en el menú principal y luego Detener para salir del módulo de tiempo.

9. Guarde sus datos marcando Guardar en la barra de herramientas principal.

Análisis de datos 1. Calcule la aceleración promedio para cada pelota (puede usar la herramienta de

estadística del MultiLab).

2. ¿Los resultados están de acuerdo con el valor aceptado?

3. La aceleración de la caída libre, ¿depende del peso del cuerpo?

4. La aceleración de la caída libre, ¿depende de la forma del cuerpo?

5. Explique porque todos los cuerpos caen con la misma aceleración.

13

Campo magnético de una barra magnética

Figura 1

Introducción Una barra magnética es una pieza ordinaria de metal que induce un campo magnético a

su alrededor. Este campo magnético afecta a todo material magnético que esté en él.

En este experimento Ud. explorará la naturaleza del campo magnético que rodea a la

barra magnética.

14

Equipo • Nova5000

• Sensor de campo magnético

• Barra magnética

• Regla métrica (no metálica)

• Cinta adhesiva transparente

Montaje del equipo 1. Adhiera la regla a la mesa con la cinta adhesiva

2. Coloque la barra magnética cerca de la regla de modo tal que el extremo de la

barra este próximo a la marca de 4 cm. en la cinta (vea figura 1). Esto le permitirá

mapear el campo magnético a 4cm de distancia de la barra magnética.

3. Conecte el Nova 5000.

4. Conecte el sensor de Campo Magnético a la entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.


6. Marque Configurar en la barra principal de herramientas y configure el

registro de datos de acuerdo a lo especificado más abajo.

Configuración del registro de datos Sensores

Entrada 1: Campo magnético ±10 mT

Velocidad de muestreo

Manual

Muestras

50 muestras

15

Método Experimental 1. Coloque el extremo de la sonda magnética en el CERO de la regla. Asegúrese de

que la sonda esté perpendicular a la cinta métrica.

2. Marque Correr en la barra principal para registrar la intensidad del campo

magnético en ese punto.

3. Recoja los datos manualmente: Marque Correr en la barra principal cada vez

que quiera introducir un dato de la muestra.

4. Ahora coloque el extremo de la sonda magnética en la marca de 1 cm. de la regla

cuidando que la sonda esté perpendicular a la cinta, entonces marque Correr

nuevamente.

5. Desplace el sensor a lo largo de la cinta a intervalos de 1cm. Tome cada vez una

medida en forma manual marcando Correr hasta que haya llegado a un

punto 4cm. más allá del otro extremo de la barra magnética.

6. Marque Detener en la barra principal para suspender el proceso de

recolección de datos.

7. Conserve sus datos marcando Guardar en la barra principal.

Análisis de los Datos Observe el gráfico en la pantalla de la Nova5000 y responda a las siguientes

preguntas:

Para leer los valores en la gráfica marque Primer cursor en la barra inferior y

desplace el cursor al punto deseado, tanto arrastrando el cursor con el ratón o

marcando en . Los valores del punto serán mostrados en la barra de información

debajo de la gráfica.

1. ¿Cuál fue el campo magnético positivo más fuerte en la vecindad de la barra

magnética?

16

2. ¿Donde midió Ud. el campo magnético positivo más fuerte en la propia barra

magnética?

3. ¿Cuál fue el campo magnético más negativo en la vecindad de la barra magnética?

4. ¿Donde midió Ud. el campo magnético más negativo en la propia barra magnética?

5. ¿Donde midió en la barra magnética campo magnético CERO?

6. ¿Que puede deducir Ud. del hecho de que el campo magnético alrededor de la

barra tiene valores positivos y negativos? ¿Acaso dos barras magnéticas se

atraerán o se repelerán?

Otras sugerencias 1. Explore el campo magnético de un par de barras magnéticas.

2. Explore el campo magnético de una herradura magnética (en forma de U).

17

Radiación Introducción ¿Ha caminado alguna vez descalzo sobre asfalto en un día soleado de verano? El

pavimento oscuro está caliente porque absorbe energía transferida por el sol por

radiación. Radiación es el movimiento de energía en forma de ondas. Distintos

materiales absorben energía del sol de manera diferente. En este experimento Ud.

comparará cómo materiales intensamente coloreados y materiales coloreados de negro

difieren en su capacidad de absorber energía del sol..

Qué va a Investigar • Cómo la energía del sol aumenta la temperatura del agua.

• Cómo influye el color en la cantidad de radiación solar que es absorbida.

Equipo • Nova5000

• Sensores de temperatura (2)

• Papel de construcción (negro)

• Papel de construcción (blanco)

• Recipientes (2 plásticos 500 ml)

• Tijeras

• Cinta adhesiva

• Cilindro graduado (100 ml)

• Agua

Precauciones de seguridad • Utilice los métodos de seguridad científicos corrientemente empleados en clase y en

el laboratorio.

• Tome precauciones cuando use objetos filosos.

18

Montaje y configuración del equipo 1. Ponga en marcha el Nova5000.

2. Conecte un sensor de temperatura a la entrada 1 (I/O-1).

3. Conecte un sensor de temperatura la entrada 2 (I/O-2).

4. Ponga en funcionamiento el MultiLab CE.

5. Marque Configurar en la barra superior de herramientas y organice el

MultiLab como se especifica a continuación.

Sensores

Entrada1: Temperatura

Entrada 2: Temperatura

Frecuencia :

Cada 10 segundos

Número de muestras

200 muestras

Método Experimental 1. Sujete el papel negro de construcción en la base y en los lados de uno de los

recipientes.

2. Sujete el papel blanco de construcción en la base y en los lados del otro recipiente.

3. Agregue 250 ml de agua a temperatura ambiente en cada uno de los recipientes.

4. Coloque los recipientes uno al lado del otro sobre el alfeizar de una ventana

soleada. Asegúrese que ambos recipientes reciban la misma cantidad de sol.

5. Coloque un medidor de temperatura en cada recipiente

6. Marque Correr En la barra de herramientas superior y comience a registrar los

datos.

El MultiLab muestra la temperatura registrada vs tiempo. Los datos acumulados

terminarán de registrarse automáticamente al cabo de 33 minutos.

19

7. Guarde sus datos. Marque Guardar en la barra de herramientas superior.

Análisis de Datos Usando la gráfica que aparece en la pantalla del MultiLab, conteste las siguientes

preguntas.

Para leer los valores en la gráfica marque Primer cursor en la barra de

herramientas inferior y mueva el cursor al punto elegido, ya sea arrastrándolo con el

ratón o usando las flechas derecha e izquierda en el tecleado. Los valores de los puntos

aparecerán en la barra de información debajo de la gráfica. Para leer la diferencia entre

dos puntos de la gráfica coloque un cursor en el primer punto, y un Segundo cursor

en el segundo punto.

1. ¿Cuál fue la temperatura final del agua en el recipiente oscuro?

2. ¿Cuál fue la temperatura final del agua en el recipiente claro?

3. ¿Cuántos grados aumentó la temperatura del agua en el recipiente oscuro?

4. ¿Cuántos grados aumentó la temperatura en el recipiente claro?

Preguntas y Conclusiones 1. ¿Hubo algún recipiente en el cual el agua se calentó más rápidamente que en el

otro? ¿Cuál de ellos?

2. ¿Cómo afecta el color de un objeto en la forma en que éste absorbe energía del sol?

3. Si colocara los recipientes en la sombra, ¿Se obtendrían resultados similares?

Explique su respuesta.

4. ¿Si Ud. fuera abandonado en un desierto caliente, preferiría usar un T-shirt de color

claro u oscuro? ¿Por qué razón?

5. ¿Puede determinar como influye el color en la absorción de la radiación solar?

20

Resistencias en paralelo

Figura 1

Introducción Las resistencias pueden ser conectadas de modo tal que emergen de un solo punto

(conocido como nodo) y se juntan en algún otro lugar del circuito. Esta es conocida

como conexión en paralelo. Cada una de las dos resistencias en la Figura 1 suministra

otra trayectoria por la cual la corriente puede desplazarse entre los puntos A y B. La

flecha indica la dirección positiva de la corriente.

21

Figura2

En A el potencial debe ser el mismo para cada resistencia. En forma similar, el

potencial en B también debe ser el mismo para cada resistencia. Así pues entre los

puntos A y B la diferencia de potencial es la misma. Esto significa que para dos

resistencias en el circuito en paralelo la caída de potencial es la misma.

También la corriente se divide cuando viaja de A a B. Por lo tanto la suma de las

corrientes a través de las dos ramas es la misma que la corriente en A y B (donde se

reúnen las corrientes de las dos ramas).

Resistencias conectadas en serie pueden ser reemplazadas por una sola resistencia

llamada resistencia equivalente. Para resistencias conectadas en paralelo, la inversa de

la resistencia equivalente es igual a la suma de las inversas de las resistencias

individuales:

(1) 21

111RRREQUIVALENT

+=

La resistencia equivalente extrae de la batería la misma corriente, tal como el circuito

original.

Equipo • Nova5000

• Sensor de voltaje (±2.5 V)

• Sensor de corriente (±250 mA)

22

• Resistencia (10 Ω)


• Batería (1.5 V) y soporte de batería

• Cables

• Interruptor (Si/No)

Montaje del equipo (Parte1) 1. Antes de comenzar, cortocircuite los dos extremos del sensor de Voltaje y

cortocircuite los dos extremos del sensor de Corriente. Para hacer esto toque

simplemente el extreme positivo (rojo) del sensor con el extremo negativo (negro)

del mismo sensor.


3. Conecte el sensor de Voltaje a la entrada 1 (I/O-1) del Nova5000 y el sensor de

Corriente a la entrada 2 (I/O-2).

4. Desconecte los dos extremos del sensor de Voltaje y los dos extremos del sensor de

Corriente.

5. Marque Configurar en la barra principal de herramientas y programe el



Entrada1: Voltaje ±2.5 V

Entrada 2: Corriente ±250 mA


Manual

Muestras:

10 muestras

23

Montaje del equipo (Parte 2) 1. Reúna el circuito como se muestra en la Figura 1 y Figura 3.

Figura 3

2. Asegúrese de que los sensores están conectados con la polaridad correcta. El

extremo rojo del sensor es la entrada positiva y el negro es la negativa.

Método Experimental 1. Gire el interruptor de su circuito a la posición Si (ON).

2. Marque Correr en la barra de herramientas principal a fin de comenzar a

registrar los datos. Marque Tabla de datos en la barra de herramientas

principal y verá los valores que deberá introducir en la Tabla de Datos más abajo.

3. Recopile los datos manualmente: Marque Correr en la barra de herramientas

principal cada vez que desee registrar datos de la muestra.

Nota: Si el valor de la corriente está dado en mA deberá dividirlo entre 1000 a fin de

convertir el valor a A.

4. Vuelva a armar el circuito para medir la corriente que circula a través de la

resistencia R: retire el sensor de Corriente, conecte el terminal negativo de la batería

directamente al punto A y a la resistencia R1 (vea Figura 4).

24

Figura 4

5. Marque Correr y registre el valor de la corriente en su tabla de datos.

6. Vuelva a armar el circuito para medir la corriente que circula a través de la

resistencia R2. Marque Correr y registre el valor de la corriente en su tabla de

datos.

7. Cuando haya recolectado los datos que Ud .necesita, marque Detener en la

barra de herramientas principal.

Tabla de datos

Descripción Símbolo y

Unidad Paso de método

experimental Valor

Voltaje aplicado a cada

resistor V(V) 2

Corriente a través de la

batería I(A) 2

Corriente a través de

R1 I1(A) 4

Corriente a través de

R2 I2(A) 6

25

Análisis de datos 1. ¿Cuál es la relación entre la corriente que fluye a través de la batería (I), la corriente

a través de R1 (I1) y la corriente a través de R2 (I2)?

2. Use la Ley de Ohm y datos de sus mediciones para calcular R1.

3. Use la Ley de Ohm y datos de sus mediciones para calcular R2.

4. Aplique la Ley de Ohm a todo el circuito para calcular la resistencia equivalente,

REQUIVALENT, del circuito.

5. ¿Cuál es la relación entre R1, R2 y REQUIVALENT? ¿Está de acuerdo con la ecuación

(1) en la introducción?

26

Resistencias en Serie

Figura 1

Introducción Las resistencias pueden ser conectadas en serie; es decir, la corriente fluye a través de

ellas una después de la otra. Los circuitos en las Figuras 1 y 2 muestran las dos

resistencias conectadas en serie. La flecha indica la dirección positiva de la corriente.

Dado que sólo existe una trayectoria para la corriente, la corriente a través de todas las

resistencias es la misma.

27

Figura 2

Las caídas de voltaje a lo largo de las resistencias deben sumarse al voltaje total

suministrado por la batería.

Las resistencias conectadas en serie pueden ser reemplazadas por una sola

resistencia, llamada resistencia equivalente, cuyo valor es la suma de las resistencias

individuales.

(1) 21 RRREQUIVALENT +=

La resistencia equivalente extraerá de la batería la misma corriente que el circuito

original.

Equipo • Nova5000


• Sensor de corriente (±250 mA)



• Batería (1.5 V) y soporte para sostener la batería

• Cables


Montaje del Equipo (Parte 1) 1. Ponga el MultiLab en funcionamiento.

2. Cortocircuite los dos extremos del sensor de voltaje y cortocircuite los dos extremos

del sensor de Corriente .Para cortocircuitar los sensores, conecte el extremo positivo

(rojo) con el negativo (negro).

28

3. Conecte el sensor de Voltaje a la entrada 1 (I/O-1) del Nova5000 y el sensor de

Corriente a la entrada 2 (I/O-2).


Corriente.




Entrada1: Voltaje ±2.5 V

Entrada 2: Corriente ±250 mA

Velocidad de muestreo:

Manual

Muestras:

10 muestras

Montaje del Equipo (Parte 2) 1. Arme el equipo como se muestra en las Figuras 1 y 3.

Figura 3

29

2. Asegúrese que los sensores están conectados con la polaridad correcta. El extremo

rojo del sensor es la entrada positiva y el negro la negativa.

Método Experimental 1. Gire el interruptor a la posición Si (On).

2. Marque Correr en la barra de herramientas principal y comience a recopilar

los datos . Marque Tabla de datos para ver los datos y luego registre los

valores de voltaje y corriente en su tabla de datos.

Nota: Si el valor de corriente aparece en mA Ud. debe dividir entre 1000 para convertir

el valor a A (Amperes) .

3. Recoja los datos manualmente: Marque Correr en la barra principal de

herramientas cada vez que quiera registrar un dato de muestra.

4. Conecte los extremos del sensor de Voltaje a lo largo de la resistencia R1. Marque

Correr y registre el valor en su tabla de datos.

5. Conecte los extremos del sensor de Voltaje a lo largo de la resistencia R2. Marque

Correr y registre el valor de voltaje en su tabla de datos.

6. Marque Interface y luego marque Detener en la barra principal de herramientas,

para detener la acumulación de datos.

Tabla de Datos

Descripción Símbolo y unidad

Paso en método experimental

Valor

Voltaje aplicado a

ambas resistencias V(V) 2

Corriente I(A) 2

Voltaje a través de R1 V1(V) 3

Voltaje a través de R2 V2(V) 4

30

Análisis de Datos 1. ¿Cuál es la relación entre el voltaje aplicado a ambas resistencias (V), el voltaje en

R1 (V1) y el voltaje en R2 (V2)?

2. Use la Ley de Ohm y los datos de sus mediciones para calcular R1.

3. Use la Ley de Ohm y los datos de sus mediciones para calcular R2.

4. Aplique la Ley de Ohm al circuito completo para calcular la resistencia equivalente,

REQUIVALENT, del circuito.

5. ¿Cuál es la relación entre R1, R2 y REQUIVALENT? ¿Está de acuerdo con la ecuación

(1) de la introducción?

Otras sugerencias Planifique y realice un experimento para demostrar que la corriente es la misma en

todos los puntos del circuito.

31

Medida de la velocidad del sonido

Figura 1

Introducción En este experimento se mide el tiempo que necesita un sonido agudo para atravesar la

distancia entre 2 micrófonos. La velocidad del sonido se calcula dividiendo la distancia

entre ambos micrófonos por el tiempo que lleva al sonido atravesar la distancia entre

ellos.

Podremos medir la velocidad del sonido en el aire, en la madera y en los metales.

Sensor de

sonido

Sensor de

sonido

32

Equipo • Nova 5000

• Dos micrófonos sensores

• Martillo

Opcional:

• Una larga barra de hierro ( mínimo 2 m )

• Una larga barra de aluminio (mínimo 2 m,)

• Una larga superficie de madera (una tabla de 2m estará bien)

Montaje del equipo 1. Conecte los micrófonos a la Entrada 1 (I/O-1) y Entrada 2 (I/O-2) del Nova 5000.

2. Ponga los dos micrófonos en línea, dirigidos hacia la fuente de sonido (vea Figura

1). La distancia entre los micrófonos ha de ser como mínimo 2 m.


4. Marque Configurar en la barra principal y programe el registro de datos de

acuerdo a las especificaciones a continuación.

Configuración del registro de datos

Sensores:

Input 1: Micrófóno

Input 2: Micrófóno

Frecuencia de muestreo

3701 muestras /segundo

Muestras:

2000 muestras

33

Método Experimental

Medida de la velocidad del sonido en el aire 1. Mida la distancia entre los micrófonos y registre el valor en su cuaderno.

2. Marque Correr en la barra de herramientas principal para iniciar el registro de

datos.

Nota: Ud. dispone de aproximadamente medio segundo para completar el experimento

3. Produzca un sonido agudo. El sonido debe ser agudo (debe empezar

repentinamente), corto y fuerte. Una posibilidad es dar una palmada. Otra

posibilidad es golpear un objeto metálico con un martillo. Haga varias pruebas hasta

que Ud. decida cual posibilidad es la más adecuada.

4. Espere hasta que el registro termine. La transferencia empezará automáticamente.

5. Guarde sus datos marcando Guardar en la barra de herramientas principal.

Medida de la velocidad del sonido en Madera y en Metal 1. Coloque los micrófonos en una larga barra del material elegido mirando hacia abajo

(vea Figura 2). La distancia entre los micrófonos debe ser la mayor posible (lo mejor

es más de 3 m).

Nota: Use cinta adhesiva para mantener los micrófonos cara abajo

34

Figura 2

2. Después de preparar el experimento siga los Pasos 1 a 5 de la sección anterior

(Medida dela velocidad del sonido en el aire). Recuerde Guardar sus datos en cada

experimento. Además, cuando mida la velocidad del sonido en materiales como el

aluminio o la madera, el sonido agudo debe ser emitido por el material en estudio

(golpeando el aluminio o la madera con un martillo se obtendrán buenos

resultados).

Sensor de

sonido

Sensor de

sonido

35

Figura 3

Análisis de datos

1. Use la herramienta Ampliar la selección para ampliar la parte de la gráfica en

la cual el sonido llega a los micrófonos.

2. Use el cursor para medir el tiempo que le lleva al sonidopara llegar al primer

micrófono y entonces retire el cursor y colóquelo en la gráfica del segundo micrófono

para medir el tiempo que le lleva hasta llegar a éste. Calcule la velocidad del sonido:

vt t

=−l

2 1

3. Repita el mismo procedimiento para cada material.

4. Compare los resultados obtenidos de los distintos materiales, y compárelos con los

valores reales: trate de ver cuáles son las razones (si hay alguna).

Velocidad del sonido

36

Velocidad

Figura 1

Introducción En esta actividad investigaremos los términos velocidad media y velocidad

instantánea. Usaremos fotocompuertas. Una fotocompuerta consiste de una fuente de

luz infrarroja que envía un rayo de luz angosto a un sensor de luz colocado en el otro

brazo de la fotocompuerta. El registro de datos (data logger) utiliza un reloj electrónico

para registrar el tiempo cada vez que el rayo de luz está bloqueado o desbloqueado.

37

Utilizando dos fotocompuertas podemos medir el tiempo Δt, que le lleva al carro

desplazarse desde una compuerta a otra. Entonces introduciremos en el MultiLab la

distancia, Δx, entre las dos compuertas y el MultiLab calculará la velocidad media de

acuerdo a la fórmula :

(1) txv

ΔΔ

=

Equipo • Nova5000

• Fotocompuerta (2)

• Banco dinámico

• Carro dinámico

• Soporte (2)

• Abrazadera en ángulo recto(2)

• Un pedazo rectangular de cartón (bandera)

• Barra de medida

Montaje del Equipo Nota: Asegúrese que el interruptor AC/CC esté conectado, dado que el sensor de la

fotocompuerta consume relativamente alta corriente.


2. Monte dos fotocompuertas a lo largo del plano inclinado, alejadas 60cm, de manera

que la bandera del carro bloquee las fotocompuertas cuando pase a través de ellas.

3. Mida la distancia entre las fotocompuertas y anótela.

4. Marque el punto de partida en el banco, justo por encima de la fotocompuerta

superior.

Nota: Es importante lanzar el carro desde el mismo punto en cada intento..


6. Conecte la fotocompuerta superior a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

38

7. Conecte la fotocompuerta inferior a la Entrada 2 (I/O-2) del Nova5000.

8. Marque Configurar en la barra de herramientas superior y programe el registro



Entrada1: Voltaje 0 – 5 V (la fotocompuerta se identifica como sensor de

Voltaje)

Entrada 2: Voltaje 0 – 5 V (la fotocomopuerta se identifica como sensor de

Voltaje)

Método Experimental 1. Marque Interface en el menú de la barra de herramientas principal, y luego marque

Asistente de fotocompuertas a fin de abrir el módulo Medición

2. Seleccione Velocidad.

3. Marque el módulo: Método.

4. Marque Entre fotocompuertas.

5. Introduzca la distancia entre las fotocompuertas en cm y luego marque Sí.

La medida de tiempo comienza cada vez que un cuerpo bloquea la fotocompuerta

en la Entrada 1 y finaliza cuando se desbloquea la fotocompuerta en la Entrada 2. El

MultiLab muestra los resultados en una gráfica y en la tabla de datos

6. Coloque el carro en el punto de lanzamiento y libérelo.

39

7. Ahora mueva la fotocompuerta superior de manera que la distancia entre las

compuertas sea 50 cm , y libere el carro desde el punto de lanzamiento.

8. Repita el procedimiento para distancias de: 40 cm, 30 cm, 20 cm, 10 cm y 5 cm.

Registre la nueva distancia.

9. Para salir del modo de registro de tiempo seleccione Interfase en la barra principal

de herramientas y luego marque Detener.

10. Guarde sus datos marcando Guardar en la barra superior.

Análisis de Datos 1. ¿Cuál es la velocidad promedio del carro?

2. Estime la velocidad del carro en la compuerta inferior.

3. Describa la forma de la gráfica.

4. ¿Cómo definiría Ud. la velocidad instantánea en la compuerta inferior?

5. ¿Cómo mediría Ud. de la mejor manera posible la velocidad instantánea del carro

en la compuerta inferior?

40

Resistencia de un alambre

Figura 1

Introducción La resistencia de un alambre depende de su longitud, del área de su sección

transversal y del material del cual está hecho.

41

La resistencia R de un alambre está dada por:

(1) A

R lρ=

Donde:

l - Longitud del alambre

A - Área de la sección transversal del alambre

ρ - Resistencia específica del material, Resistividad ρ

En este experimento vamos a investigar esta ecuación.

Equipo • Nova5000


• Sensor de corriente (±2.5 A)

• Alambre de Resistencia extendido sobre una regla de 50 cm (Nicromo, diámetro

0.25 mm)

• Opcional: Alambre de Resistencia extendido sobre una regla de 50 cm (Nicromo,

diámetro: 0.5 mm)

• Batería (1.5 V) y dispositivo para sostener la batería

• Alambres

• Cocodrilos


• Calibre

Montaje del Equipo (Parte 1) 1. Cortocircuite los dos extremos del sensor de Voltaje y también cortocircuite los dos

extremos del sensor de Corriente. Para cortocircuitar los sensores conecte los

extremos positivo (rojo) y negativo (negro).

2. Conecte el sensor de Voltaje a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000 y el sensor de

Corriente a la Entrada 2 (I/O-2).

42


Corriente.


5. Marque Configuración en la barra de herramientas principal, programe el

registro de datos de acuerdo a lo especificado a continuación.


Entrada 1: Voltaje ±2.5 V

Entrada 2: Corriente ±2.5 A


Manual

Muestras:

10 muestras

Montaje del equipo (Parte 2) 1. Arme el circuito como se muestra en la Figura1 y Figura 2.

43

Figura 2

2. Asegúrese que los sensores estén conectados con la polaridad correcta. El extremo

rojo del sensor es la entrada positiva y el negro la negativa

3. Use el cocodrilo para conectar cualquier punto del hilo de Resistencia. (Punto A en

la Figura 2).

4. Asegúrese de que el interruptor está en la posición No (OFF).

Método Experimental 1. Use el calibre para medir el diámetro del hilo de resistencia.

2. Conecte el cocodrilo al hilo de resistencia próximo a la marca de 10 cm

3. Gire el interruptor a la posición Si (ON).

4. Marque Correr en la barra de herramientas principal para comenzar a

registrar los datos. Registre los valores de voltaje y corriente en su tabla de datos.

5. Recopile los datos manualmente: Marque Correr en la barra de herramientas

principal cada vez que desee registrar una muestra de los datos.

6. Gire el interruptor a la posición No.

7. Conecte el cocodrilo al hilo de resistencia próximo a los15 cm, repita los pasos 3 a 5

para cada longitud.

8. Aumente la longitud del hilo de resistencia para registrar medidas de 5 cm hasta

llegar a 50 cm y repita los pasos 3 a 5 para cada longitud.

9. Marque Detener en la barra de herramientas principal para suspender la

recopilación de datos.

44

Tabla de Datos Diámetro del alambre________________________ mm

Área de la sección transversal del alambre _______ cm2

Long. del alambre (cm)

Voltaje (V) Corriente(A) Resistencia(Ω)

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Análisis de Datos 1. Use la Ley de Ohm en la tabla de datos para calcular la resistencia para cada

longitud del alambre en la tabla de datos. Registre los valores en la columna llamada

Resistencia en la tabla.

2. Trace una gráfica de resistencia (eje Y) vs. longitud del alambre (eje X).

3. Ajuste una línea recta que pase por el origen y se aproxime a los puntos obtenidos.

4. ¿Está su gráfica de acuerdo con la ecuación (1) ?

5. ¿Cuáles son las unidades de la pendiente?

6. ¿Cuál es la resistencia del alambre por unidad de longitud ?

7. Use la ecuación (1) para calcular la resistencia eléctrica específica del material del

alambre.

45

Otras Sugerencias 1. Repita el experimento con un alambre del mismo material pero de diferente área de

sección transversal.

2. Examine la dependencia de la resistencia del alambre con relación al área de la

sección transversal.

46

Efecto de la Variación de Volumen del Aire en la Presión de Aire – Ley de Boyle

Figura 1

Introducción Los gases se diferencian de los líquidos y los sólidos por su capacidad de comprimirse

a volúmenes mucho menores. De acuerdo a la Ley de Boyle, el volumen de una

muestra de gas a una temperatura dada varía inversamente a la presión ejercida:

P∝1/V o PV = constante

Sensor de

presión Frasco de

vidrio

Agitador

magnético

Agua

47

En este experimento se investigarán las relaciones existentes entre presión y volumen,

y su efecto en el comportamiento de los gases. Se medirá el efecto de cambios en el

volumen del aire sobre la presión del aire contenido en un frasco cerrado, mantenido a

temperatura constante.

Equipo • Nova5000

• Frasco de vidrio de 50ml

• Corcho de goma

• Jeringa de plástico de 50 ml

• Dos agujas de jeringa de calibre 20

• Tres tubos cortos de vidrio

• Válvula de tres vías

• Sensor de presión (150 – 1150 mbar)

Montaje del equipo 1. Ponga en funcionamiento el MultiLab.

2. Conecte el sensor de Presión a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Arme el equipo tal como se ilustra en la Figura 1.

4. Se insertan dos agujas de jeringa (calibre 20) a través del corcho, hasta que sus

puntas salen ligeramente a través del corcho. (Figura 2).

48

Figura 2

5. Conecte un pequeño trozo de tubo látex al otro lado de una de las agujas y conecte

una válvula de tres vías. Use otro pedazo de tubo látex para conectar el sensor de

presión a la otra aguja.

6. Gire la válvula hasta que su abertura esté vertical. En esta posición el aire puede

fluir a través de la válvula , desde el frasco al exterior. A fin de detener el flujo de

aire, gire la válvula hasta que su abertura alcance una posición horizontal. En esta

posición el aire puede fluir desde el frasco a la jeringa.


registro de datos como se especifica a continuación.


Sensores:

Entrada 1: Presión (150 – 1150 mbar)

Frecuencia:

Manual

Muestras:

Sensor de

presión

Válvula de

tres vías

49

20 muestras

Método Experimental 1. Llene el frasco de vidrio con agua. Deje un pequeño volumen de aire en el frasco

para evitar que el agua penetre en las agujas.

2. Cierre el frasco firmemente con el corcho. Asegúrese que el sistema esté

completamente cerrado y no penetra aire.


datos.

4. Vigile el nivel de Presión en el frasco. Anote los datos manualmente. Marque

Correr en la barra superior de herramientas cada vez que desee registrar un

dato de una muestra.

5. Gire la válvula que está unida al corcho del frasco, hasta que la presión en el frasco

llegue a la presión atmosférica de 1000 mbar. Gire nuevamente la válvula para

permitir que el flujo de aire pase del frasco a la jeringa.

6. Mueva el pistón de la jeringa hasta alcanzar un volumen de aproximadamente 5ml.

Mida el nuevo valor de la presión obtenido después de aumentar el volumen de aire

en el sistema (volumen de aire en la jeringa sumado al volumen de aire en el

frasco).

7. Repita este paso para por lo menos nueve muestras más. Aumente el volumen da l

a jeringa en 5ml adicionales cada vez.

8. Vigile los cambios ocurridos en la presión durante el experimento.

9. Marque Detener en la barra superior de herramientas para detener la

acumulación de datos.


Análisis de Datos 1. Agregue una columna para los valores de los datos de los volúmenes:

50

a. Marque Tabla de datos en la barra principal de herramientas para

desplegar la tabla.

b. Marque Herramientas en la barra del menú, luego marque Agregar columna para abrir el diálogo.

c. Escriba Volumen en la caja Título de columna y escriba mL en la caja Unidad de columna, luego marque OK.

d. El MultiLab abre una nueva columna en la ventana de datos. Inserte los datos de

volumen marcando en una casilla y escribiendo el valor apropiado:

Figura 3

e. Marque Gráfica para ver la gráfica nuevamente.

2. De la teoría sabemos que el volumen es inversamente proporcional a la presión.

Para verificar ésto procederemos a trace una gráfica de Presión vs. Volumen:

a. Marque Formato de gráfica en la barra de herramientas (inferior) de la

gráfica.

b. Seleccione Volumen en la lista del eje X y luego marque Sí.

c. Suprima los datos de Presión seleccionando en el Mapa de Datos y marque

Ocultar.

3. Dado que el aumento de volumen es inversamente proporcional a la presión, la

gráfica de Presión vs. 1/Volumen debe ser una línea curva. Aplique la función

inversa a los datos de volumen:

a. Marque Funciones en la barra principal de herramientas.

b. Seleccione Recíproca en el menú de Funciones.

51

c. En al menú G1 seleccione Data Editada – Volumen.

d. Escriba 1/Volumen en la casilla de Nombre.

e. Marque OK.

4. Trace una gráfica de Presión vs. 1/Volumen:

a. Marque en los datos de Presión en el Mapa de Datos y luego marque Mostrar en la barra de herramientas inferior.

b. Marque Formato de la gráfica en la barra de herramientas (inferior) de la

gráfica.

c. Seleccione 1/Volume en el menú del Eje X-, y luego marque Si.

d. Suprima los datos de Presión seleccionando en el Mapa de Datos y marque

Ocultar.

5. La gráfica de Presión vs. Muestras que se obtiene en el experimento se muestra a

continuación:

Figura 4

Preguntas 1. ¿Qué métodos usó para cambiar el volumen de aire en el sistema?

2. El volumen de aire fue cambiado paso a paso y los datos se recogieron

manualmente. ¿Cuál es el significado de cada punto recogido de esta manera?

52

3. ¿Cómo está relacionada la presión desarrollada en este experimento con los

cambios en el volumen del aire? Corrobore sus conclusiones con los resultados que

obtuvo en su experimento.

4. Los cambios en el volumen fueron dados agregando un valor constante en cada

paso. La forma de la gráfica obtenida es característica de la función 1/x. ¿Cuál es la

explicación de este comportamiento?

Otras Sugerencias Comience el experimento con una jeringa de 1ml unida al corcho y el pistón de la

jeringa, estirado. Comprima el aire empujando el pistón. Siga los cambios de presión

que resultan de la compresión.

53

La vuelta alrededor del ciclo de agua

Figura 1

Lo que se investigará Cómo cambia la temperatura del agua a medida que se calienta desde un sólido a un

gas.

Antes de la actividad Conteste a las siguientes preguntas antes de iniciar la actividad

1. ¿Por qué necesita una varilla de vidrio en esta actividad?

2. ¿Como cambia la energía de las moléculas de agua al aumentar la temperatura?

Algunas de las moléculas de agua en el charco de agua que pisó hoy de mañana,

pueden haber rodado de la espalda de un dinosaurio hace millones de años. Esto es

54

posible porque el agua se mueve a través del medio ambiente en un ciclo infinito. Los

cambios en el estado físico del agua permiten que los seres vivientes de la Tierra

puedan utilizar este valioso recurso natural.

Objetivos • Medir la temperatura del agua a medida que se calienta.

• Observar qué sucede cuando el agua cambia de un estado físico a otro.

• Producir un gráfica de temperatura en función del tiempo.

Equipo • Nova5000

• Sensor de temperatura

• Plata de calentamiento

• Cubos de hielo (100 mL)

• Varilla de vidrio

• 250 mL vaso químico (beaker)

Reglas de seguridad • Adhiérase a las reglas de seguridad de trabajo en el laboratorio.

• Tenga cuidado de evitar quemaduras o corriente eléctrica cuando usa la plata de

calentamiento.

Montaje del equipo 1. Ponga el registrador de datos Nova5000 en funcionamiento.

2. Conecte el sensor de temperatura a la Entrada 1 del registrador de datos.



registrador de datos de acuerdo al modelo especificado a continuación.

Sensores

Entrada 1: Temperatura


Cada segundo

55

Muestreos:

500 muestreos


1. Vierta 150 mL de agua y 100 mL de hielo en el vaso químico y colóquelo sobre la

plata de calentamiento. Cuídese de no tocar la plata caliente.

2. Ponga el sensor de temperatura dentro de la mezcla de agua y hielo. No use el

termómetro para mezclar ni permita que se apoye el fondo del vaso químico

(beaker).(vea Figura 1).

3. Marque Correr en la barra superior de herramientas para comenzar a

registrar datos.

4. Conecte la plata de calentamiento y ajuste el comando de temperatura en la

posición de temperatura media. MultiLab mostrará en línea directa la temperatura

como función del tiempo. La colección de datos terminará automáticamente luego de

3 minutos y 20 segundos.

5. Observe y anote el estado físico del hielo y/o agua en el vaso químico cada 30s.

Anote los datas en la tabla a continuación. Cada tanto, use la varilla de vidrio para

mezclar los contenidos del vaso químico.


Análisis de datos Observe la gráfica en la pantalla del MultiLab y complete los datos en la tabla debajo.

Para leer los valores de la gráfica, marque Primer Cursor en la barra inferior y

mueva el cursor al punto deseado ya sea arrastrando el cursor con el ratón o usando las

teclas de flechas en el teclado. Los valores de los puntos aparecerán en la barra de

información debajo de la gráfica.

56

Características del agua Tiempo (min) Temperatura(°C) Estado Físico

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Preguntas y conclusiones 1. ¿Cómo cambió la temperatura de la mezcla agua/hielo al calentar el vaso químico?

2. ¿Cómo cambió el estado físico al calentar el vaso químico?

3. Describa la curva de la gráfica durante los cambios de estado físico.

Comunicación de datos Use los detalles en la gráfica para describir a sus compañeros cómo cambia el agua.

Notas a la maestra Advierta a los estudiantes que el sensor de temperatura no debe tocar el fondo del vaso

químico.

57

Medida de las condiciones abióticas que reinan en el habitat creado debajo de rocas, con sensores de humedad y temperatura

Figura 1

Introducción Debajo de las rocas existe un habitat que contiene una gran variedad de formas de vida.

Al levantar una roca, se revela un mundo colmado de vida que consiste de organismos

58

de distintas clases y familias como gusanos, artrópodos, etc. La roca aísla la zona

cubierta de sus alrededores, permitiendo la creación de condiciones abióticas

relativamente estables. Tres parámetros principales abióticos afectan la vida de los

organismos: temperatura, humedad y luz. La intensidad de la radiación de luz varía

diaria y anualmente, de acuerdo con la radiación solar,

La radiación que azota a la roca es la mayor causante de las fluctuaciones de

temperatura, tanto en la roca como en sus alrededores. La radiación de luz, en conjunto

con los vientos de la zona, influye también a la humedad.

En este experimento, tomaremos medidas en el propio terreno para comparar la

temperatura y la humedad que prevalecen debajo y sobre la superficie de la roca,

usando sensores adecuados.

Equipo • Nova5000

• Dos sensores de temperatura (-25 °C a 110 °C)

• Dos sensores de humedad

• Cinta adhesiva

• Cinta de medir

Montaje del equipo Nota: Este experimento se lleva a cabo en el mismo terreno de estudio y el Nova5000

se usa sin estar conectado a una fuente de poder externa. Por lo tanto, cargue las

baterías antes de salir al terreno de estudio.


2. Conecte los sensores de Temperatura a la Entrada 1 (I/O-1) y la Entrada 3 (I/O-3)

del Nova5000.

3. Conecte los sensores de Humedad a la Entrada 2 (I/O-2) la Entrada 4 (I/O-4) del

Nova5000.

4. Arme el equipo como se ilustra en la Figura 1.

Nota: Es posible encontrar animales peligrosos, como víboras venenosas o arañas en

el habitat a estudiar.

59

No coloque el sensor de Luz debajo de la roca.

Tome medidas de precaución y de seguridad cuando deje el Nova5000 en el

terreno de estudio.


registro de datos de acuerdo al modelo especificado a continuación.

Configuración del Registro de datos

Sensores:

Entrada 1: Temperatura (-25 °C a 110 °C)

Entrada 2: Humedad


Entrada 4: Humedad


Cada 10 segundos

Muestreos:

1000 muestras

Método Experimental 1. Al estudiar el terreno donde se va a realizar el experimento, busque una roca con las

siguientes características:

a. El largo y ancho de la roca deben ser 20 – 40 cm.

b. La roca no debe estar adherida a la tierra.

c. La base debe tener pequeños huecos que permitan colocar los sensores.

d. Debe estar directamente expuesta a la radiación de luz.

2. Levante la roca y rápidamente coloque debajo el sensor de Temperatura (conectado

a la Entrada 1 del Nova5000). Asegúrese de no mover la roca de su posición inicial.

Coloque el sensor de Humedad (conectado a la Entrada 2 del Nova5000) sobre la

tierra, cerca pero no debajo de la roca.

60

3. Ajuste otro sensor de Temperatura (conectado a la Entrada 3 del Nova5000) y otro

sensor de Humedad (conectado a la Entrada 4 del Nova5000) a la fase superior de

la roca. Use cinta adhesiva para ajustar los sensores firmemente

El sensor de Temperatura está localizado en la punta de la sonda. Asegúrese que

ésta sea la parte en contacto con la roca.

4. Coloque el Nova5000 en un lugar estable.

5. Revise la Configuración y marque Correr en la barra de herramientas

superior.

6. Mientras el data logger funciona, anote la siguiente importante información:

a. Día y hora de las medidas (también anotado automáticamente)

b. Condiciones climáticas.

c. Tipo de ubicación: campo abierto, bosque, etc

d. Cambios bruscos o sucesos ocurridos durante el período de medidas, tal como

vientos, lluvias, movimientos de nubes o movimientos de animales.

e. Cualquier otra información pertinente tal como talado de árboles o actividades de

construcción.

7. Cuando se hayan recogido suficientes datos, marque Detener en la barra

superior de herramientas para detener el funcionamiento del registro de datos.


Análisis de Datos 1. Marque el curso de los cambios en la temperatura y la humedad ocurridos sobre y

debajo de la roca. Use los cursores y para encontrar los valores

apropiados.

61

El Cursor: Puede exhibir dos cursores simultáneamente en al gráfica,

Use el primer cursor para mostrar datos individuales, para seleccionar una curva o para

exponer el eje Y.

Use dos cursores para demostrar la diferencia entre los valores de dos coordinadas o

para seleccionar un rango de puntos de datos.

Para mostrar el Primer cursor: Apriete dos veces sobre un punto de datos individual o

marque Primer cursor en la barra de herramientas de la gráfica. Puede arrastrar el

cursor con el ratón hasta cualquier otro punto de la gráfica o a una gráfica distinta. ..

Para obtener movimientos más refinados del cursor, marque Adelante o Atrás

con el cursor.

Los valores de las coordinadas del punto seleccionado aparecerán en la barra de

información en la parte inferior de la ventana de la gráfica.

Para mostrar el Segundo cursor: Apriete dos veces en cualquier lugar del área de la

gráfica o marque el Segundo .

La barra de información ahora mostrará la diferencia entre los valores de las dos

coordinadas.

Para remover los cursores: Marque para remover el Segundo cursor y para

remover el Primer cursor.

2. Compare los cambios de temperatura registrados:

a. Debajo de la roca

b. En la superficie de la roca

Para facilitar la comparación, oculte los datos de la humedad. Seleccione la

gráfica que quiere ocultar marcando el Primer cursor y marque Ocultar en la

parte inferior del Mapa de Datos.

3. Compare los cambios de humedad registrados:

a. Al lado de la roca.

b. En la superficie de la roca.

62

Para facilitar la comparación, oculte los datos de la temperatura. Marque la

gráfica que desea ocultar apretando el Primer cursor y marque Ocultar en la


Preguntas 1. ¿Cómo se comparan las condiciones que prevalecen debajo y sobre la roca? ¿Son

distintas? Explique sus argumentos usando los datos obtenidos durante las

medidas.

2. ¿Hay alguna relación entre las condiciones observadas debajo y sobre la roca con

las condiciones abióticas del medio ambiente? Explique su respuesta.

3. ¿Como se relaciona la intensidad de luz con los cambios observados en la

temperatura y la humedad?

Otras sugerencias 1. Compare las condiciones abióticas que prevalecen en rocas localizadas en distintas

zonas: campo abierto, lados de montes, bosques, etc.

2. Compare las condiciones abióticas que prevalecen debajo de las rocas en distintas

estaciones del año.

63

Medida de las condiciones abióticas que reinan en el habitat creado debajo de rocas, con sensores de luz y temperatura

Figura 1

Introducción Debajo de las rocas existe un habitat que contiene una gran variedad de formas de vida.

Al levantar una roca, se revela un mundo colmado de vida que consiste de organismos

64

de distintas clases y familias como gusanos, artrópodos, etc. La roca aísla la zona

cubierta de sus alrededores, permitiendo la creación de condiciones abióticas

relativamente estables. Tres principales parámetros abióticos afectan la vida de los

organismos: temperatura, humedad y luz. La intensidad de la radiación de luz varía

diaria y anualmente, de acuerdo con la radiación solar,

La radiación que azota a la roca es la mayor causante de las fluctuaciones de

temperatura, tanto en la roca como en sus alrededores. La radiación de luz, en conjunto

con los vientos de la zona, influye también a la humedad.

En este experimento, tomaremos medidas en el propio terreno para comparar la

temperatura y la humedad que prevalecen debajo y sobre la superficie de la roca,

usando sensores adecuados.

Equipo • Nova5000

• Dos sensores de temperatura (-25 °C a 110 °C)

• Dos sensores de luz (0 – 300 Klx)

• Cinta adhesiva

• Cinta de medir

Montaje del equipo Nota: Este experimento se lleva a cabo en el mismo terreno de estudio y el Nova5000

se usa sin estar conectado a una fuente de poder externa. Por lo tanto, cargue las

baterías antes de salir al terreno de estudio.


2. Conecte los sensores de Temperatura a la Entrada 1 (I/O-1) y la Entrada 3 (I/O-3)

del Nova5000.

3. Conecte los sensores de Luz a la Entrada 2 (I/O-2) la Entrada 4 (I/O-4) del

Nova5000.


Nota: Es posible encontrar animales peligrosos, como víboras venenosas o arañas en

el habitat a estudiar.

65

No coloque el sensor de Luz debajo de la roca.

Tome medidas de precaución y de seguridad cuando deje el Nova5000 en el

terreno de estudio.




Sensores:


Entrada 2: Luz (0-300Klx)


Entrada 4: Luz (0-300Klx)


Cada 10 segundos

Muestreos:

500 muestras

Método Experimental 1. Al estudiar el terreno donde se va a realizar el experimento, busque una roca con las

siguientes características:

a. El largo y ancho de la roca deben ser 20 – 40 cm.

b. La roca no debe estar adherida a la tierra.

c. La base debe tener pequeños huecos que permitan colocar los sensores.

d. Debe estar directamente expuesta a la radiación de luz.

2. Levante la roca y rápidamente coloque debajo el sensor de Temperatura (conectado

a la Entrada 1 del Nova5000). Asegúrese de no mover la roca de su posición inicial.

Coloque el sensor de Luz (conectado a la Entrada 2 del Nova5000) en la tierra,

cerca pero no debajo de la roca.

66

3. Ajuste otro sensor de Temperatura (conectado a la Entrada 3 del Nova5000) y otro

sensor de Luz (conectado a la Entrada 4 del Nova5000) a la fase superior de la

roca. Use cinta adhesiva para ajustar los sensores firmemente.

a. El sensor de Temperatura está localizado en la punta de la sonda. Asegúrese

que ésta sea la parte en contacto con la roca.

b. Gire el sensor de luz en distintas direcciones. Ajústelo a la roca en la dirección

en la cual se puedan obtener la mayor cantidad de lecturas.

4. Coloque el Nova5000 en un lugar estable.

5. Revise la Configuración y marque Correr en la barra de herramientas

superior.

6. Mientras el registro de datos funciona, anote la siguiente importante información:

a. Día y hora de las medidas (también anotado automáticamente)

b. Condiciones climáticas.

c. Tipo de ubicación: campo abierto, bosque, etc

d. Cambios bruscos o sucesos ocurridos durante el período de medidas, tal como

vientos, lluvias, movimientos de nubes o movimientos de animales.

e. Cualquier otra información pertinente tal como talado de árboles o actividades de

construcción.

7. Cuando se haya recogido suficiente cantidad de datos, entre 45-60 minutos, marque

Detener en la barra superior de herramientas para detener el funcionamiento

del registro de datos.


Análisis de Datos 1. Marque el curso de los cambios en la temperatura y la luz ocurridos sobre y debajo

de la roca. Use los cursores y para encontrar los valores apropiados

67

El Cursor: Puede exhibir dos cursores simultáneamente en al gráfica.


exponer el eje Y.





cursor con el ratón hasta cualquier otro punto de la gráfica o a una gráfica distinta.


con el cursor.






coordinadas.



2. Compare los cambios de temperatura registrados:

a. Debajo de la roca

b. En la superficie de la roca

Para facilitar la comparación, oculte los datos de la luz. Seleccione la gráfica que

quiera ocultar marcando el Primer cursor y marque Ocultar en la parte

inferior del Mapa de Datos.

3. Compare los cambios de luz registrados:

a. Al lado de la roca.

b. En la superficie de la roca.

68

Para facilitar la comparación, oculte los datos de la temperatura. Marque la

gráfica que desea ocultar apretando el Primer cursor y marque Ocultar en la


Preguntas 1. ¿Cómo se comparan las condiciones que prevalecen debajo y sobre la roca? ¿Son

distintas? Explique sus argumentos usando los datos obtenidos durante las

medidas.

2. ¿Hay alguna relación entre las condiciones observadas debajo y sobre la roca con

las condiciones abióticas del medio ambiente? Explique su respuesta.

3. ¿Como se relaciona la intensidad de luz con los cambios observados en la

temperatura?

Otras sugerencias 1. Compare las condiciones abióticas que prevalecen en rocas localizadas en distintas

zonas: campo abierto, lados de montes, bosques, etc.

2. Compare las condiciones abióticas que prevalecen debajo de las rocas en distintas

estaciones del año.

69

Cantidad de CO2 exhalado durante la respiración humana

Figura 1

Introducción El sistema respiratorio cumple dos funciones principales: intercambio de oxígeno y CO2

entre la sangre y el aire exterior y manutención de un pH estable en la sangre a través

de la regulación de CO2.

En condiciones de descanso se intercambia 0.5 L de aire en cada respiración. Este es

el volumen corriente de aire. Si se hace un esfuerzo y se aspira profundamente se

Electrodos de pH

Aire exhalado

70

pueden aspirar hasta 3 L de aire. Este es el volumen de reserva aspiratorio. Al final de

una exhalación normal, se puede exhalar, de forma forzada, 1 L más de aire. Este es el

volumen de reserva espiratorio. Sin embargo, aún queda un volumen de 1.5L de aire

que no ha sido intercambiado. Este es el volumen de aire residual.

En condiciones de descanso, el volumen de aire promedio que respiramos es de 8L en

un minuto: intercambio de 0.5L por respiración, multiplicado por 16, es el ritmo de

respiración promedio en un minuto. Durante un esfuerzo físico intensivo, se

intercambian 4L de aire por respiración. Esta es la capacidad vital y representa el

volumen total que pueden movilizar los pulmones.

La concentración de CO2 en la atmósfera es muy baja, solamente 0.03%. Sin embargo,

en los pulmones la concentración de CO2 sube a 7% mientras que en el aire exhalado

en cada respiración llega a 5.1

En este experimento, se burbujea el aire exhalado en una solución de NaOH. La

disolución del CO2 en agua da lugar a la siguiente reacción:

H2O + CO2 H2CO3 HCO3- + H3

+O

Los iones de H3+O reaccionan con el NaOH y el pH de la solución cambia. Por lo

tanto, la cantidad de CO2 exhalada durante un minuto puede ser medida usando un

electrodo de pH.

Equipo • Nova5000

• Dos sensores de pH

• Sensor de temperatura (-25 °C a 110 °C). El sensor de temperatura debe ser

conectado al registro de datos junto con el sensor de pH.

• Sensor de O2 (opcional)

• Dos botellas de 500 ml

• Un corcho de goma que se ajuste a la botella

• Un pedazo de tubo (6 cm de largo)

71

• Dos tubos largos que puedan pasar através de los tapones y llegar al fondo de las

botellas. El diámetro de los tubos debe ser suficiente (alrededor de 6mm) para

permitir respiración normal.

• Dos tubos flexibles de silicona de 30 cm

• 500 ml de una solución 0.04% de NaOH

• 0.5% de solución de fenolftaleína

Montaje del equipo 1. Ponga el MultiLab.en funcionamiento.

2. Conecte los electrodos de pH a la Entrada 1 (I/O-1) y Entrada 2 (I/O-2) del

Nova5000.

3. Agregue 200ml de agua del grifo a la primera botella (la botella en la cual exhalará el

aire directamente).

4. Agregue 400ml de agua a la segunda botella (ésta es para atrapar el CO2 que no se

ha disuelto en la primera botella y escapa por el tubo hasta la segunda botella. Aquí

se disolverá al contener un volumen mayor de agua).

5. Agregue 1ml de solución 0.5% de Fenolftaleína a cada botella y luego 1.0 ml de la

solución 0.04% de NaOH. Mezcle bien.



Sensores:

Entrada 1: Electrodo de pH

Entrada 2: Electrodo de pH

Entrada 3: Sensor de Temperatura (-25 °C a 110 °C)

Velocidad de muestreo:

Cada segundo

72

Muestreos:

1000 muestreos

Método experimental 1. En este experimento, 2 botellas con agua sirven para atrapar el CO2 exhalado

durante la respiración. El aire se exhala por un tubo flexible de silicona directamente

conectado al tubo largo que entra en la primera botella.

2. La otra botella se usa para atrapar el CO2 que no se disolvió en la primera botella. El

tubo largo que entra a la segunda botella se conecta directamente al tubo corto

(6cm) que sale de la primera botella usando un tubo de silicona

3. Coloque un electrodo de pH en cada botella. Haga una pequeña hendidura en el

corcho de cada botella para que haya lugar para el cable del electrodo y asegúrese

de que llegue al fondo de la botella.

4. Si quiere asegurarse de que CO2 no es liberado al medio ambiente desde la

segunda botella, use el corcho con el sensor de CO2 en vez del corcho normal e

inserte en la hendidura en sensor de pH y el tubo largo

5. El NaOH agregado al agua crea un medio básico. La fenolftaleína es un indicador de

color rosado en medio básico y se vuelve incoloro cuando el pH es neutral.

6. Siga los cambios en el color del indicador en paralelo con la medida del pH. Ponga

las botellas sobre un papel blanco para ver el color más claramente.

7. Marque Correr en la barra superior de herramientas para comenzar a recoger

datos.

8. Inhale aire únicamente a través de la nariz. Exhale aire sucesivamente durante 30

segundos únicamente por la boca. La respiración debe ser normal. Practique

algunas veces antes de comenzar las medidas.

9. Cuente el número de veces que inhala y exhala aire durante las medidas. Debe

contar alrededor de 14-16 respiraciones por minuto.

10. Luego de 30 segundos, (o si usa el sensor de CO2, cuando el nivel comienza a

incrementar) pare de respirar através del tubo. Permita que el pH se estabiloice en

la botella durante 30 segundos. Luego retire el corcho y el sensor de CO2 de la

botella.

73

11. Agregue la solución 0.04% de NaOH y mezcle bien hasta que el pH regrese a su

valor inicial (por lo general lleva más de 20 ml). Puede usar una pipeta de burette

para facilitar la titulación del CO2 con la solución de NaOH.

12. Repita la medida por lo menos dos veces. Debe reemplazar cada vez la solución

dentro de las botellas con agua fresca y NaOH.


Análisis de datos 1. Calcule cuánto ha cambiado el pH en cada botella. Use el cursor para encontrar los

valores apropiados.



exponer el eje Y.







con el cursor.






coordinadas.



74

Debajo se muestra un ejemplo de la gráfica obtenida en este experimento.

Figura 2

2. Para encontrar la cantidad de CO2 exhalado en un minuto, calcule la cantidad de

NaOH agregada hasta que recibió el valor de pH inicial (si respira dentro de la

botella por más tiempo haga la corrección necesaria al cálculo). 1 ml de 0.004% de

NaOH titula 10 µmoles de CO2.

3. Para calcular la cantidad total de CO2 exhalada, sume el volumen de 0.04% NaOH

agregado a las dos botellas y multiplique por 10. Luego, multiplique por 2 para

recibir la cantidad de CO2 exhalado en un minuto.

4. CO2 exhalado en un minuto (µmoles) = volumen total de 0.04% NaOH x 10 x 2.

5. La masa molecular de CO2 es 44 g.

6. La masa de CO2 exhalado en un minuto (µg) = Cantidad de CO2 exhalado en

µmoles x 44.

7. Si CO2 fue liberado al medio ambiente y medido por el sensor, agregue éste valor a

la cantidad total de CO2 (400 ppm = 72 µg CO2).

8. Calcule el promedio de sus resultados: el número de veces que respire en un minuto

y la cantidad de CO2 exhalada en un minuto.

Preguntas 1. ¿Por qué la curva es plana al comienzo y luego de un tiempo empieza a descender?

2. Explique las diferencias en color observadas entre las dos botellas durante el

experimento. ¿Por qué es el cambio de color en la primer botella mucho mayor que

el cambio en la segunda?

75

3. ¿Por que se recomienda seguir la liberación de CO2 al medio ambiente desde la

segunda botella?

4. Compare sus resultados con los de otros estudiantes en su clase. ¿Recibieron todos

resultados parecidos? ¿Qué causó las diferencias?

5. ¿Cual será el efecto de ejercicio físico en la cantidad de CO2 exhalada? Explique.

Otras sugerencias 1. Compare la cantidad de CO2 exhalada durante el período de descanso y luego de

ejercicio físico. En esta ocasión, exhale aire por un período de tiempo más corto o

agregue un volumen de solución mayor a las botellas.

2. Compare la cantidad de CO2 exhalada por hombres y mujeres.

3. Compare la cantidad de CO2 exhalada por deportistas bien entrenados con la de

estudiantes sin entrenamiento físico.

4. Use un Espirómetro (un sensor que mide el volumen de flujo de aire) para medir los

volúmenes de aire exhalado en las distintas situaciones.

76

Efecto del ejercicio físico en la temperatura del cuerpo humano y el ritmo del corazón

Figura 1

Introducción Durante el ejercicio, el metabolismo y la producción de calor en el cuerpo aumentan

significativamente. Sin embargo, la temperatura del cuerpo se mantiene casi sin

cambiar. Para balancear la cantidad de calor producida durante el ejercicio el cuerpo

pierde casi la misma cantidad de calor al medio ambiente. Más de un 80% del calor se

pierde a través de la superficie de la piel. Los vasos sanguíneos cerca de la superficie

77

de la piel disipan el calor. Por lo tanto, para perder calor efectivamente, la circulación de

la sangre en la piel debe aumentar.

En este experimento mediremos el efecto de ejercicio en la temperatura del cuerpo y en

el ritmo del corazón.

Equipo • Nova5000

• Sensor de temperatura (-25 °C a 110 °C)

• Sensor del latido del corazón

Montaje del equipo 1. Ponga el MultiLab en funcionamiento.

2. Conecte el sensor de temperatura a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Conecte el módulo de recepción del monitor del ritmo del latido del corazón a la

Entrada 2 (I/O-2) del Nova5000.

4. Marque Configurar en la barra de herramientas principal y programe el

registro de datos de acuerdo a la configuración especificada a continuación.


Sensores:

Entrada1: Temperatura (-25 °C a 110 °C)

Entrada 2: Ritmo de latido del corazón (0 – 240 bpm)



Muestras:

5000 muestras

78

Método experimental 1. Conecte una de las puntas de plástico de la banda elástica al cinturón de

transmisión.

2. Moje los dos electrodos con el patrón de zigzag en el cinturón usando 4 gotas de

solución salina.

3. Ajuste el cinturón transmisor alrededor de las costillas. El cinturón debe estar en

contacto directo con la piel. Para asegurarse de que el cinturón esté ubicado

correctamente compruebe de que el logo POLAR del cinturón esté centrado (vea

Figura 1).

4. Ponga el sensor de Temperatura debajo del lóbulo de la oreja izquierda y sosténgalo

(sin apretar) con la mano izquierda.

5. Marque Correr en la barra de herramientas superior para comenzar a recoger

datos.

6. Siga los cambios de temperatura y del ritmo del corazón hasta que se estabilicen

(alrededor de dos minutos).

7. Haga ejercicio, como correr o arrodillarse y pararse, durante dos minutos.

8. Siga los cambios en la temperatura y ritmo del corazón durante dos minutos más

luego de completar el ejercicio.

9. Guarde sus datos marcando Guardar en la barra de herramientas superior.

Análisis de datos 1. Para contestar a las siguientes preguntas, use los cursores para encontrar los

valores adecuados.

79



exponer el eje Y.







con el cursor.






coordinadas.



2. Estudie los cambios en la temperatura durante el ejercicio físico. ¿Cuál era el valor

inicial justo antes de comenzar el ejercicio? ¿Cuál fue el valor final enseguida de

concluir el ejercicio? ¿Cuál es la diferencia entre los dos valores?

3. Para determinar el ritmo del latido del corazón en descanso, apunte el primer cursor

en la gráfica de velocidad de latido al comienzo del período antes del ejercicio físico

y el Segundo cursor al final del mismo período, antes de comenzar el ejercicio.

Cuando los cursores están ubicados, marque Herramientas en la barra principal,

luego Análisis y luego Estadística. ¿Cuál es la velocidad de latidos promedio

durante descanso?

4. Para determinar el ritmo del latido del corazón durante el ejercicio, apunte el primer

cursor en la gráfica al comienzo del período de ejercicio y el Segundo cursor al final

del mismo período. Cuando los cursores están ubicados, marque Herramientas en

80

la barra principal, luego Análisis y luego Estadística. ¿Cuál es la velocidad de

latidos promedio durante el ejercicio?

5. Para determinar el ritmo del corazón durante el período de recuperación apunte el

primer cursor en la gráfica al final del período de ejercicio y el Segundo cursor al

final del período de recuperación. Cuando los cursores están ubicados, marque

Herramientas en la barra principal, luego Análisis y luego Estadística. ¿Cuál es el

ritmo del corazón promedio durante la recuperación?

Debajo se muestra un ejemplo de la gráfica obtenida en este experimento:

Figura 2

6. Compare la temperatura en el lóbulo de la oreja antes, durante y después del

ejercicio físico. Use la herramienta Zoom para ampliar un segmento de la

gráfica.

81

Debajo se muestra un ejemplo de la gráfica ampliada:

Figura 3

Preguntas 1. ¿Cómo afecta el ejercicio físico a:

a. La temperatura medida en el lóbulo de la oreja?

b. El ritmo del corazón?

2. ¿Qué causa los cambios en la temperatura y el ritmo del corazón?

3. ¿Cuales fueron los cambios en la temperatura y el ritmo del corazón que observó

luego del ejercicio? ¿Regresaron los dos parámetros a los valores anteriores al

ejercicio? Explique sus observaciones.

4. Qué puede concluir en este experimento respecto a:

a. Cambios de temperatura en el cuerpo luego de actividad muscular

b. Cambios en el ritmo del corazón luego de actividad muscular.

c. La relación entre los parámetros.

Otras sugerencias 1. Compare el cambio de temperatura en los dos lóbulos al mismo tiempo

2. Compare el cambio en el ritmo del corazón en las dos manos al mismo tiempo.

82

3. Haga distintos tipos de ejercicios y mida el efecto en la temperatura y el ritmo del

corazón medidos en los lóbulos.

4. Compare sus datos con los de sus colegas.

83

ECG y Respiración en condiciones de descanso y de actividad Introducción El ECG (Electrocardiograma) es un método que mide las contracciones musculares del

corazón usando electrodos de voltaje ubicados en distintas partes del cuerpo.

El paso de iones y moléculas cargadas como potasio, calcio, cloro y moléculas

proteináceas cargadas a través de las membranas causa la despolarización y

repolarización del músculo cardíaco. La suma del potencial de acción generado durante

la despolarización y repolarización del músculo cardíaco puede ser registrado por

electrodos situados en la superficie de la piel. El registro de la actividad eléctrica del

músculo cardíaco se llama electrocardiograma (ECG). La despolarización de las células

del músculo cardíaco inicia la contracción.

Las células conductoras del corazón se despolarizan de forma espontánea. Ésta

despolarización espontánea es más obvia en el grupo de músculo cardíaco de la pared

superior de la aurícula. Éste grupo de células se llama marcapaso (también conocido

como nódulo sinoatrialis o SA). La despolarización del las células del marcapaso genera

una corriente que lleva a la despolarización de todos las otras células músculo-

cardíacas. La onda de despolarización viaja de la aurícula derecha hacia la aurícula

izquierda suficientemente rápido para que las dos aurículas se contraigan

esencialmente al mismo tiempo.

84

Figura 1

Las aurículas y los ventrículos están aislados uno del otro por tejido conjuntivo que

actúa como un aislador en un cable eléctrico. La despolarización de las aurículas no

afecta a los ventrículos directamente. Existe otro grupo de células en la aurícula

derecha llamado nódulo atrioventricular o AV que conduce la despolarización eléctrica

de la aurículas a través de un fascículo de fibras conductivas (llamadas el fascículo de

His) al ventrículo. En la pared muscular de los ventrículos se encuentran las Fibras de

Purkinje que son un sistema de fibras especial que traen la contracción a todas partes

de los ventrículos en forma casi simultánea. Este proceso causa un pequeño retraso por

lo cual hay una corta pausa entre la contracción de las aurículas y la de los ventrículos.

Debido a que todas las células del músculo cardíaco están conectadas, la onda de

despolarización, contracción y repolarización se expande a todo el músculo del

corazón.

Cuando una porción del corazón se polariza y la porción adyacente está despolarizada,

se crea una corriente eléctrica que se mueve a través del cuerpo. Esta corriente es

máxima cuando la mitad de la porción conectada del corazón está polarizada y lo otra

mitad no lo está. La corriente disminuye cuando la proporción de tejido polarizado a

tejido no polarizado es menor que 1:1. Los cambios en estas corrientes pueden ser

medidos, amplificados y representados gráficamente contra el tiempo. El ECG

representa la suma de todos los acciones de potencial del corazón detectados en la

superficie del cuerpo. Sin embargo, no mide las contracciones del corazón

directamente.

El impulso originado en el nodo SA causa la contracción de las aurículas y empuja la

sangre hacia los ventrículos. A continuación de esta contracción, los ventrículos se

85

contraen como resultado de la señal recibida de las aurículas. La sangre sale de los

ventrículos a través de la aorta y de la arteria pulmonar. La polaridad de las células del

músculo cardíaco regresa a la normalidad y el ciclo del corazón comienza de nuevo.

El Electrocardiograma El electrocardiograma (ECG) es una gráfica que representa la actividad eléctrica del

corazón. Una gráfica típica consiste de una serie de ondas que se repiten con un patrón

determinado. Estas ondas parten de una línea básica, llamada la línea isoeléctrica y

cualquier desvío de la línea isoeléctrica representa actividad eléctrica.

En un ECG normal hay cinco ondas mayores que son denominados con las letras P, Q,

R, S, y T. Un ciclo cardíaco comienza con la onda P, continúa con el grupo de ondas

QRS y culmina con la onda T. La onda P representa la despolarización de las aurículas

y está asociada con la contracción de estas. El complejo QRS consiste de tres ondas.

La primera deflexión es negativa y es la onda Q, que es seguida por una deflexión

positiva llamada onda R. El complejo termina con una deflexión negativa llamada onda

S. El complejo QRS representa la despolarización de los ventrículos y está asociado

con su contracción. La onda asociada con la repolarización auricular no se detecta en

un ECG ya que ocurre al mismo tiempo que la despolarización de los ventrículos. La

última onda, la onda T, está representada por una deflexión positiva e indica la

repolarización ventricular.

El músculo esquelético también puede generar energía eléctrica que puede influenciar

el ECG. La secuencia desde la onda P hasta lo onda T representa un ciclo cardíaco. El

número de ciclos por minuto representa el ritmo cardíaco que por lo general es de 70-80

latidos por minuto en condiciones de descanso. Intervalos de tiempo característicos

para distintas porciones del ECG son:

• Intervalo P-R 0.12 a 0.20 segundos

• Intervalo QRS Menos de 0.1 segundos

• Intervalo Q-T Menos de 0.38 segundos

A medida que el cuerpo necesita oxígeno para la producción de energía durante

actividades físicas, el ritmo de la respiración, así como el volumen de aire en cada

respiro, aumentan.

86

Equipo • Nova5000

• Sensor de ECG

• Tres electrodos de ECG

• Espirómetro ( sensor de respiración)


2. Conecte el sensor de ECG a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Conecte el Espirómetro a la Entrada 2 (I/O-2) del Nova5000.

4. Marque Interface en la barra de herramientas principal y marque Preferencias. Seleccione L/min en la caja de edición de la Unidad de Espirómetro.




Sensores:

Entrada 1: ECG (0 - 5 V)

Entrada 2: Espirómetro (±315 L/min)



Muestreos:

5000 muestras

Método experimental 1. Coloque los tres electrodos del ECG:

87

a. Debido a que la señal eléctrica producida por el

corazón y detectada en la superficie del cuerpo

es tan débil, es importante que el electrodo

haga buen contacto con la piel. Limpie el área

en el cual el electrodo será colocado con una

toalla de papel para remover células muertas y

aceite.

b. Retire el papel del electrodo y coloque el primer

electrodo en la muñeca de la mano derecha.

c. Coloque un segundo electrodo unos centímetros más arriba que el primero.

d. Coloque el tercer electrodo en el interior de la muñeca izquierda.

e. Coloque cada electrodo en la parte interior del brazo y la lengüeta del electrodo

debe estar dirigida hacia abajo. De esta forma, el cable del sensor puede colgar

libremente, sin doblar el borde del electrodo.

f. Conecte los tres sensores a las lengüetas en los electrodos.

g. Conecte los dos sensores marcados R.A. (brazo derecho) a los electrodos en el

brazo derecho.

h. Conecte el sensor marcado L.A. (brazo izquierdo) al electrodo del brazo

izquierdo.

2. Coloque el Espirómetro en la boca y comience a respirar a través de la boca

solamente. Esto es para que las medidas del aire respirado sean exactas.

3. Trate de colocarse de tal forma que el cuerpo no se mueva durante las medidas. Los

electrodos son muy sensibles al movimiento.

4. Marque Correr en la barra de herramientas superior para recoger datos.

5. Guarde sus datos marcando Guardar la barra de herramientas superior.

6. Haga ejercicios físicos y repita los pasos 4-5.

Figura 2

88

Análisis de datos Vea los ejemplos de gráficas debajo (el ECG es la curva en rojo y la gráfica del

espirómetro es la azul):

Figura 3

1. Calcule el ritmo cardíaco en dos situaciones (descanso y después de ejercicio). Use

el Primer cursor y el Segundo cursor para medir el tiempo que duran 10

ciclos cardíacos.

Espirómetro

ECG

ECG

Espirómetro

89

2. De las gráficas en al Figura 3 hemos calculado el ritmo cardíaco en la posición de

descanso

1/dt = 0.13 Hz X 600 = 78 latidos/min

3. y en la posición después de ejercicio:

1/dt = 0.19 Hz X 600 = 114 latidos/min

4. Mida los parámetros del ECG en las posiciones de descanso y después de ejercicio.

Figura 4

5. Con la ayuda de los cursores tome las siguientes medidas (vea Figura 4):

Sección Tiempo – Descanso

(Segundos)

Tiempo – Ejercicio

(Segundos)

Tiempo Típico (Segundos)

P-R 0.120 a 0.200

ORS Menos de 0.100

Q-T Menos de 0.380

6. Mida el número de pulsos por ciclo de respiración tanto en descanso como después

de ejercicio. ¿Cuál es su conclusión?

7. Mida el ritmo de respiración tanto en descanso como después del ejercicio.

8. Mida el volumen de aire que respira tanto en descanso como después del ejercicio:

90

a. El Espirómetro mide el ritmo de la respiración en L/min. La forma de medir el

volumen de aire en un ciclo respiratorio es calculando la integral en un ciclo

respiratorio, si la unidad del espirómetro es L/sec. Por lo tanto tiene que medir el

ritmo de respiración en L/sec. Marque Interface en la barra de herramientas

principal y luego marque Preferencias. En la caja Unidad de Espirómetro seleccione L/sec. Repita los pasos 2-5 del procedimiento experimental.

b. Use el cursor para seleccionar medio ciclo respiratorio.

c. Marque Herramientas en la barra principal luego marque Análisis y elija

Integral.

d. El área es el volumen de aire que inhala (vea figura 5, la gráfica del Espirómetro

es la línea roja y la gráfica del integral en azul representa el volumen de aire)

Figura 5: Un ciclo de respiración y volumen del pulmón

Otras sugerencias 1. Mida su ECG y parámetros de respiración en distintas posiciones (parado, sentado

acostado).

2. Mida la diferencia entre usted y sus compañeros. Tenga cuidado y aconseje a sus

compañeros de no excederse en la actividad física.

3. Compare la respiración y el ECG entre una persona joven y una persona mayor.

Espirómetero

Volumen de aire

91

Evaporación de agua en plantas terrestres – Transpiración

Figura 1

Introducción Más del 90% del agua absorbida por las raíces de las plantas es eventualmente perdido

a la atmósfera. La mayor parte del agua se pierde como vapor de agua a través de las

estomas de las hojas. El proceso por el cual las plantas pierden agua se llama

transpiración. El agua, dadas sus propiedades de cohesión, rellena la planta

Sensor de

presión

Corcho de

goma

92

continuamente a través de una corriente que comienza en las raíces y llega a las hojas

por el xilema – el tejido específico que conduce el agua en las plantas.

En este experimento mediremos la succión de agua de un brote colocado en una botella

llena de agua como indicación para determinar la cantidad de transpiración. La

evaporación del agua por las hojas induce la succión de agua de la botella. La succión

de agua de la botella hace que el volumen de aire en al botella aumente, causando una

reducción en la presión de aire dentro de la botella (de acuerdo a la ley de Boyle) que

puede ser medida por el sensor de presión.

Equipo • Nova5000

• Dos sensores de presión (150 – 1150 mbar)

• Dos botellas de vidrio de 250 ml

• Dos corchos de goma

• Dos agujas hipodérmicas, no. 20

• Dos tubos de latex

• Dos válvulas de tres vías


2. Conecte los sensores de presión a la Entrada 1 (I/O-1) y la Entrada 2 (I/O-2) del

Nova5000.

3. Arme el equipo según se muestra en la Figura 1.

a. Inserte una aguja hipodérmica (no. 20) a través de cada corcho de goma hasta

que la punta sobresalga por el otro lado (Figura 2).

b. Conecte un pequeño trozo de tubo látex al otro lado de cada aguja y conecte a

cada uno una válvula de tres vías. Use otro pedazo de tubo látex para conectar

un sensor de presión a cada válvula.

c. Gire la válvula hasta que la abertura esté dirigida verticalmente. En esta posición

el aire puede fluir a través de la válvula. Para parar el flujo de aire, gire la válvula

hasta que la abertura esté en posición horizontal.

93

Figura 2

4. Marque Configurar en la barra superior de herramientas y configure el registro



Sensores:

Entrada1: Presión (150 – 1150 mbar)



Cada segundo

Muestreos:

2000 muestreos

Sensor de

presión

Vávula de

tres vías

94

Método Experimental 1. Realice el experimento en un lugar con aire y bien iluminado. Si es posible, ubique el

sistema experimental cerca de una ventana.

2. Elija un brote de árbol o arbusto con hojas con un área de superficie grande (debe

tener muchas hojas pequeñas o hojas grandes).

3. El tallo del brote debe ser cilíndrico y de superficie lisa para asegurar que haya buen

contacto con el corcho de goma.

4. En uno de los corchos de goma haga un agujero con un diámetro un poco más chico

que el del tallo del brote.

5. Llene las dos botellas (250ml) con agua.

6. Marque Correr en la barra de herramientas principal.

7. Observe la presión registrada en la pantalla.

8. Introduzca el brote en la botella a través del agujero en el corcho, hasta que llegue

casi al fondo.

Nota: El sistema a estudiar debe estar sellado de forma adecuada para que no haya

flujo de aire hacia dentro o fuera de la botella.

9. Si la presión aumenta luego de cerrar las botellas, gire las válvulas hasta que las

aberturas estén dirigidas verticalmente para permitir el flujo de aire. La presión en

las botellas debe disminuir hasta equilibrarse con la presión atmosférica (1000

mbar). Para detener el flujo de aire, gire las válvulas a la posición horizontal.

Asegúrese de la presión se mantiene a nivel atmosférico antes de iniciar el

experimento.

10. Luego de comenzar el experimento, y una vez que la presión en las botellas se

estabilice, detenga el registro de datos y comience nuevamente. Siga los cambios

de presión durante el experimento.


95

Análisis de datos 1. Para calcular la velocidad neta de succión componga una gráfica de la diferencia:

reste la gráfica obtenida en el sistema de control de la gráfica obtenida en el sistema

experimental:

a. Marque Funciones en la barra de herramientas principal.

b. En el menú de Funciones elija Restar.

c. En el menú G1 seleccione Presión I/O-1. En el menú G2 seleccione Presión I/O-2.

d. En la caja Nombre escriba un nombre para la gráfica (e.g. Diferencia).

e. Marque OK.

2. Aplique un ajuste lineal a la gráfica de la diferencia:

a. Use el Primer cursor y el Segundo cursor en la barra de herramientas

de la gráfica para seleccionar la zona deseada.

b. Marque Ajuste Lineal en la barra principal. La ecuación del ajuste lineal se

mostrará en la barra de información debajo de la gráfica.

c. La pendiente de la línea de ajuste es la velocidad de pérdida de agua medida en

el experimento.

Un ejemplo de las gráficas obtenidas en el experimento se muestra a continuación:

96

Figura 3

Preguntas

1. ¿Cual es el control usado en este experimento?

2. ¿Por qué se necesita una botella como control en este experimento?

3. ¿Cómo afecta la luz a la velocidad de absorción durante el experimento?

¿Anticiparía un cambio parecido en la oscuridad?

4. ¿Cual será el efecto de un cambio de humedad en la velocidad de absorción?


5. ¿Por qué se usa un brote con un área de superficie grande en este experimento?

6. ¿Cual es la ruta principal de pérdida de agua en este experimento? ¿Cómo se

relaciona con el proceso de transpiración?

7. ¿Como afectaría al proceso si untara Vaselina en la cara inferior de las hojas?

Otras sugerencias 1. Proponga un experimento para estudiar el efecto de la luz en la velocidad de pérdida

de agua por las hojas.

2. Estudie el efecto del viento y la humedad en la velocidad de succión de agua.

3. Estudie el efecto de cubrir las hojas con Vaselina en la velocidad de succión de

agua.

Presión en el

sistema de control

Presión en el sistema

experimental

97

4. Estudie la importancia del área de superficie de las hojas en la pérdida de agua: use

brotes con distintos tamaños y número de hojas.

98

Medida de la cantidad de CO2 liberado durante la respiración de semillas en germinación

Figura 1

Introducción El proceso de germinación requiere una gran cantidad de energía que es suministrada

por la respiración celular. En este proceso, los materiales de almacenamiento se

descomponen en CO2 y oxígeno que es consumido.

99

Semillas secas respiran a un ritmo muy lento. Al recibir agua, el contenido de agua de

las semillas aumenta, las semillas se hinchan y acelera la velocidad de respiración

aumentando también la liberación de CO2.

Cuando las raíces y los tallos comienzan a desarrollarse, la velocidad de consumición

de oxígeno se estabiliza, pero vuelve a acelerar cuando los brotes comienzan a crecer y

las raíces y tallos continúan alargándose.

En este experimento se compara la cantidad de CO2 liberada durante la respiración de

semillas hinchadas de agua con la cantidad liberada por semillas secas y semillas en

germinación, usando un sensor de CO2.

Equipo • Nova5000

• Semillas (arvejas o frijoles): 100 semillas secas, 50 semillas hinchadas, 35 semillas

en germinación.

• Sensor de CO2

• Balanza


2. Conecte el sensor de CO2 a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Arme el equipo como está ilustrado en la Figura 1




Sensores:

Entrada 1: CO2


Cada segundo

100

Muestreos:

2000 muestreos

Método Experimental 1. Agregue 50 semillas hinchadas al frasco con el sensor de CO2.

2. Pese las semillas.

3. Cierre el frasco con el corcho de goma unido al sensor de CO2.


registrar los datos.

5. Siga los cambios en el nivel de CO2 en el frasco según lo registrado en la pantalla.

6. Repita los pasos 1-5 con semillas secas o semillas en germinación.

7. Marque Detener en la barra superior de herramientas para detener el registro

de datos.


Análisis de datos 1. Trace una aproximación lineal para cada curva:

a. Use el primer cursor para seleccionar la curva.

b. Marque Aproximación lineal en la barra de herramientas principal. La

ecuación que se ajusta aparecerá escrita en la barra de información en la parte

inferior de la ventana de la gráfica.

c. La pendiente de la aproximación lineal es la velocidad del cambio de presión

medida como resultado de la consumición de CO2 en el experimento.

d. La unidades se expresan como mbar por segundo.

2. Compare las pendientes obtenidas con las semillas secas y la semillas en

germinación.

3. Calcule la velocidad de cambio en la concentración de CO2 por gramo de semillas.

Un ejemplo de las gráficas que se obtienen se muestra a continuación:

101

|

Figura 2

Preguntas 1. Describa la curva obtenida con las semillas hinchadas y compare con la curva de

semillas secas y en germinación.

2. ¿En cual grupo de semillas se libera CO2 más rápido? ¿En cual más lento?

3. Explique la diferencia en la velocidad con que se libera CO2 entre los tres grupos de

semillas.

4. Compare las velocidades calculadas por gramo de semilla para cada grupo. ¿Afectó

a la velocidad relativa?

5. Explique porqué el cambio en CO2 liberado se expresa en términos de velocidad

por gramo.

6. ¿Cómo influirá un aumento de temperatura a la velocidad de liberación de CO2 en

cada grupo de semillas?

7. ¿Cómo influirá disminuir la temperatura en la velocidad de liberación de CO2 en

cada grupo de semillas? ¿Qué otros factores afectan la liberación de CO2?

8. Sugiera un diseño experimental, parecido a este, que permita medir estos efectos.

Otras sugerencias 1. Use un sensor de oxígeno para medir la velocidad de consumición de oxígeno en

paralelo con la liberación de CO2 en semillas en germinación.

2. Use semillas de distintas plantas parar medir la cantidad de CO2 liberado durante la

germinación.

3. Mida el efecto de la temperatura en al liberación de CO2 en semillas en germinación.

102

Velocidad de respiración de semillas en germinación

Figura 1

El proceso de germinación requiere una gran cantidad de energía. La descomposición

de los materiales de almacenamiento (carbohidratos, lípidos y otras moléculas

orgánicas) almacenadas en la semilla durante el proceso de respiración celular, provee

toda la energía necesaria. Durante la respiración, el oxígeno es consumido mientras

que el CO2 es liberado. Las semillas secas respiran a muy baja velocidad. Al recibir

agua, se liberan gases retenidos en las semillas secas por un proceso que no está

Sensor de

presión

Válvula de

tres vías

Corcho

Aire libre

Semillas

Cuentas de

vidrio Semillas secas Semillas

hinchadas

Semillas en

germinación

103

relacionado con la respiración. A medida que el contenido de agua aumenta, la

velocidad de respiración de las semillas acelera rápidamente.

Si seguimos la velocidad de consumición de oxígeno durante la germinación, se pueden

observar varias etapas: primero, las semillas se hinchan a medida que el agua penetra.

En esta etapa, la velocidad de consumición de oxígeno aumenta rápidamente.

Cuando las semillas se hinchan, los tallos y las raíces comienzan a desarrollarse. En

esta etapa, el ritmo de consumición de oxígeno se estabiliza, pero vuelve a acelerar

cuando los brotes crecen y las raíces y tallos se alargan.

Por ultimo, los brotes comienzan a desarrollar hojas. En esta etapa, la mayor parte de

los materiales de almacenamiento han sido utilizados y la velocidad de consumición de

oxígeno disminuye.

La velocidad de germinación, así como la velocidad de respiración, dependen de

factores abióticos como la temperatura, niveles de oxígeno y de CO2 y la exposición a la

luz.

En este experimento, compararemos la velocidad de consumición de oxígeno en

semillas en germinación con la de semillas secas o semillas hinchadas usando

sensores de Presión.

Para remover el CO2 liberado durante la respiración se usa KOH. CO2 es más denso

que el aire y por lo tanto precipita al fondo del tubo de ensayo donde reacciona con el

KOH. De esta forma, se evita la acumulación de CO2 en el tubo de ensayo. Por lo tanto,

el cambio en la presión de aire medido en el tubo de ensayo durante la respiración es el

resultado del cambio en la concentración de oxígeno.

Equipo • Nova5000

• Tres sensores de presión (150 – 1150 mbar)

• Tres tubos de ensayo de 50 ml

• Tres corchos de goma

• Tres agujas de jeringa, no. 20

• Tres tubos de látex

• Tres válvulas de tres vías

104

• 9 g de KOH

• Cuentas de vidrio

• Semillas (arvejas o frijoles): 60 semillas secas, 45 semillas hinchadas, 35 semillas

en germinación.


2. Conecte los sensores de presión a las Entrada 1 (I/O-1), Entrada 2 (I/O-2) y Entrada

3 (I/O-3) del Nova5000.

3. Arme el equipo como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2.

4. Inserte una aguja de jeringa (no. 20) a través de cada tapón de goma hasta que

sobresalga ligeramente por el otro lado (Figura 2).

Figura 2

Conecte una válvula de tres vías (como la usada en infusiones) al extremo superior

de cada aguja usando un corto trozo de tubo de látex (el largo del tubo debe ser

suficiente para conectar la aguja y la válvula). El sensor de Presión debe ser

conectado a la válvula usando otro corto trozo de tubo de látex.

105

Gire la válvula hasta que la abertura esté dirigida verticalmente. En esta posición el

aire puede pasar por la válvula. Para detener el flujo de aire, gire la válvula a la

posición horizontal.




Sensores:



Entrada 3 Presión (150 – 1150 mbar)


Cada un segundo

Muestreos:

2000 muestras

Método Experimental 1. Marque los tubos de ensayo con números, 1-3. Marque en cada tubo una línea

ubicada 5cm debajo del borde.

2. Agregue 3 g de KOH al fondo de cada tubo de ensayo. Cubra bien el KOH con

cuentas de vidrio para asegurar que haya una separación total entre éste y las

semillas.

3. Pese los tubos de ensayo conteniendo el KOH.

4. Agregue semillas secas al primer tubo, semillas hinchadas al segundo tubo y

semillas en germinación al tercer tubo en cantidad suficiente para alcanzar la línea

marcada. Cuente el número de semillas agregadas a cada tubo y pese cada tubo

junto con las semillas.

5. Cierre bien cada tubo con un tapón con aguja. Ajuste bien la válvula de tres vías a la

aguja y el sensor de Presión.

106


registrar los datos. Siga el cambio de presión registrado en la pantalla.

Nota: Los corchos deben estar muy bien cerrados para evitar el flujo de aire hacia

adentro o fuera de los tubos de ensayo.

7. Marque Detener en la barra superior de herramientas para detener el registro

de datos.

Si la presión sube después de cerrar los tubos de ensayo con los corchos, gire la

válvulas hasta que la abertura esté dirigida verticalmente permitiendo el flujo de aire

a través de ellas. La presión en los tubos debe bajar y alcanzar la presión

atmosférica (approx. 1000 mbar). Para detener el flujo de aire a través de las

válvulas hágalas girar hasta la posición horizontal. Asegúrese de que la presión se

mantenga a nivel atmosférico antes de comenzar el experimento.

8. Luego de comenzar el experimento, y a medida que la presión en los tubos se

estabiliza, detenga el registro de datos y comience nuevamente. Siga los cambios

de presión en los tubos durante todo el experimento.


Análisis de datos 1. Trace una aproximación lineal para cada curva:

a. Use el primer cursor para seleccionar la curva.

b. Marque Aproximación lineal en la barra de herramientas principal. La

ecuación que se ajusta aparecerá escrita en la barra de información en la parte

inferior de la ventana de la gráfica.

c. La pendiente de la aproximación lineal es la velocidad del cambio de presión

medida como resultado de la consumición de oxígeno en el experimento.

d. Las unidades se expresan como mbar por segundo.

e. Multiplique el valor de la pendiente por 60 para expresar el cambio de presión en

unidades de mbar por minuto.

107

2. Compare el valor de las pendientes recibido para cada uno de los tres tubos de

ensayo.

3. Calcule el peso de las semillas en cada tubo.

4. Calcule la velocidad del cambio de presión por gramo de semilla en cada tubo. Ca

Preguntas 1. Describa las curvas obtenidas para cada uno de los tubos de ensayo. ¿Son estables

durante el curso del experimento? ¿Se parecen las tres curvas?

2. ¿En cual de los tubos de ensayo se ha consumido el oxígeno más rápidamente?

¿En cual más lentamente?

3. Explique las diferencias en la velocidad de consumición de oxígeno en los distintos

tubos.

4. Compare las velocidades calculadas por gramo de semillas en cada tubo. ¿Han

cambiado las velocidades relativas en los distintos tubos?

5. Explique porqué expresamos los cambios en consumición de oxígeno en términos

de velocidad por peso en gramos.

6. ¿Cuál será el efecto de aumentar la temperatura en la velocidad de consumición de

oxígeno en cada tubo de ensayo?

7. ¿Cuál será el efecto de disminuir la temperatura en la velocidad de consumición de

oxígeno en cada tubo de ensayo?

8. ¿Qué otros factores afectan la consumición de oxígeno?

9. Sugiera un diseño experimental parecido al usado en este experimento para medir

esos efectos.

Otras sugerencias 1. Use un sensor de oxígeno para medir la velocidad de consumición de oxígeno

durante la germinación.

2. Use semillas de distintas plantas para medir la velocidad de consumición de oxígeno

durante la germinación.

3. Mida el efecto de la temperatura en la germinación.

108

Circulación de agua en brotes y hojas de plantas terrestres

Figura 1

Introducción Las raíces de las plantas absorben agua de la tierra que luego es transportada a todas

las partes de la planta. Este pasaje de agua se llama corriente de transpiración.

Varios factores contribuyen a empujar el agua a lo largo de la corriente de transpiración

y en contra de la fuerza de gravedad:

• Presión de las raíces y ósmosis – El agua entra a las células de las raíces por la

fuerza de ósmosis, que se crea por la diferencia en la concentración de agua dentro

de las células y en la tierra que las rodea. La ósmosis empuja al agua hacia arriba

en la planta debido al diferencial de concentración de agua que existe a lo largo de

la planta.

109

• Acción capilar o capilaridad – Es la habilidad de tubos angostos de inducir el

movimiento de agua hacia arriba, en contra de la fuerza de gravedad. El flujo de

agua en los estrechos tubos del xilema está influenciado por dos fuerzas opuestas:

fuerzas adhesivas, de las moléculas de agua a la superficie de las paredes de los

tubos y fuerzas cohesivas, que atraen a las moléculas de agua una con otra.

Cuando las fuerzas adhesivas son más fuertes que las fuerzas cohesivas, se crea la

capilaridad.

• Transpiración – Ésta es considerada la mayor fuerza que influye el transporte del

agua a lo largo de la planta. En el proceso de transpiración se pierde vapor de agua

a través de las estomas en las hojas. La concentración de agua en la zona de las

estomas es particularmente baja. La ósmosis que ocurre debido al gradiente de

concentraciones, induce al agua a fluir a estas zonas para equilibrar la

concentración de agua

El CO2, que es necesario para la fotosíntesis, entra a las hojas a través de las estomas.

La fotosíntesis es más intensiva durante el día y por lo tanto las estomas están abiertas

para absorber CO2. Como consecuencia, la pérdida de agua al medio ambiente

aumenta. Más del 90% del agua absorbida por la raíz de la planta se pierde a la

atmósfera.

En este experimento observaremos el ascenso del agua por el xilema usando hojas de

apio (Apium graveolens) y un colorante, azul de metileno, que se agregará al agua.

La cantidad de agua perdida por la transpiración se estudiará midiendo la absorción de

agua de un brote de Nerium oleander colocado en un frasco con agua. La succión del

agua aumenta continuamente el volumen de aire en el frasco, causando una reducción

en la presión de aire (de acuerdo a la ley de Boyle) lo cual se mide con el sensor de

presión.

Equipo • Nova5000

• Dos sensores de presión (150 – 1150 mbar)

• Cinco frascos de vidrio de 250 ml

• Dos corchos de goma

110

• Dos agujas hipodérmicas, no. 20

• Dos tubos de látex

• Dos válvulas de tres vías

• Lupa

• Hoja de afeitar

• Regla de 20 cm

• Hoja de apio

Montaje del equipo

Ascenso del agua por el tallo de apio 1. Vierta 100 ml de una solución de 1% de azul de metileno en cada uno de tres

frascos de 250 ml. Márquelos: 1 a 3.

2. Corte 1cm de la parte inferior del pecíolo de cada hoja. Las hojas deben ser casi

idénticas en largo, ancho y número de pequeñas hojas.

3. Use una lupa para observar la sección transversal. Trate de identificar los tubos del

xilema (véase figura 1).

4. Coloque una hoja de apio en cada frasco.

5. Espere cinco minutos y luego saque una de las hojas de la solución. Seque el

residuo de color.

6. Corte un trozo de 1cm de la parte inferior del pecíolo. Observe con la lupa y note si

hay haces de tubos de xilema teñidos de azul. Cuente el número de haces azulados

que hay en cada sección.

7. Repita el procedimiento hasta que llegue a una sección sin tubos teñidos de azul

(véase figura 2).

8. Luego de 10 minutos, retire la segunda hoja. Corte secciones transversales y

obsérvelas con la lupa como lo hizo anteriormente. Cuente el número de haces de

tubos de xilema que observa en cada sección

9. Luego de 20 minutos retire la tercera hoja y repita el paso 8.

111

Figura 2

10. Prepare una tabla con los resultados obtenidos:

Altura (cm)

No. de tubos coloreados por sección

11. Calcule la altura promedio a la que ha llegado el color en cada hoja.

12. Multiplique la altura por el número de haces de tubos coloreados:

a. En un haz la altura es 5 cm: 5 cm X un haz = 5

b. En tres haces la altura es 4 cm: 4 cm X tres haces = 12

c. En cinco haces la altura es 3 cm: 3 cm X cinco haces = 15

13. Sume el total de la altura en todas las partes = 32

4. Sección transversal




1 haz de tubos coloreados

2 haces de tubos coloreados



112

14. Divídalo por el total de haces contados = 9

15. La altura promedio a la que el agua ha llegado en la hoja luego de 5 minutos es 3.5

cm.

16. Calcule el promedio de la velocidad con la que el agua ha subido en las tres hojas,

en cm por minuto.


2. Conecte los sensores de presión a la Entrada 1 (I/O-1) y la Entrada 2 (I/O-2) del

Nova5000.

3. Arme el equipo según se muestra en la Figura 3.

Figura 3

a. Inserte una aguja hipodérmica (no. 20) a través de cada corcho de goma hasta

que la punta sobresalga por el otro lado (Figura 4).

Sensor de

presión

Corcho de

goma

113

b. Conecte un pequeño trozo de tubo látex al otro lado de cada aguja y conecte a

cada uno una válvula de tres vías. Use otro pedazo de tubo látex para conectar

un sensor de presión a cada válvula.

c. Gire la válvula hasta que la abertura esté dirigida verticalmente. En esta posición

el aire puede fluir a través de la válvula. Para parar el flujo de aire, gire la válvula

hasta que la abertura esté en posición horizontal.

Figure 4

4. Marque Configurar en la barra superior de herramientas y configure el registro


Sensor de

presión

Válvula de

tres vías

114


Sensores:

Entrada1: Presión (150 – 1150 mbar)



Cada segundo

Muestreos:

2000 muestreos


Medida de la velocidad de succión del brote 1. Lleve a cabo el experimento en un lugar con aire y bien iluminado. Si es posible,

ubique el sistema experimental cerca de una ventana.

2. Elija un brote de árbol o arbusto con hojas con un área de superficie grande (debe

tener muchas hojas pequeñas o hojas grandes).

3. El tallo del brote debe ser cilíndrico y de superficie lisa para asegurar que haya buen

contacto con el corcho de goma.

4. En uno de los corchos de goma haga un agujero con un diámetro un poco más chico

que el del tallo del brote.

5. Llene los dos frascos (250ml) con agua.

6. Marque Correr en la barra de herramientas principal.

7. Observe la presión registrada en la pantalla.

8. Introduzca el brote en el frasco a través del agujero en el corcho, hasta que llegue

casi al fondo.

Nota: El sistema a estudiar debe estar sellado de forma adecuada para que no haya

flujo de aire hacia dentro o fuera del frasco.

115

9. Si la presión aumenta luego de cerrar los frascos, gire las válvulas hasta que las

aberturas estén dirigidas verticalmente para permitir el flujo de aire. La presión en

los frascos debe disminuir hasta equilibrarse con la presión atmosférica (1000

mbar). Para detener el flujo de aire, gire las válvulas a la posición horizontal.

Asegúrese de que la presión se mantiene a nivel atmosférico antes de iniciar el

experimento.

10. Luego de comenzar el experimento, y una vez que la presión en los frascos se

estabilice, pare el registro de datos y comience nuevamente. Siga los cambios de

presión durante el experimento.


Análisis de datos 1. Para calcular la velocidad neta de succión componga una gráfica de la diferencia:

reste la gráfica obtenida en el sistema de control de la gráfica obtenida en el sistema

experimental:

a. Marque Funciones en la barra de herramientas principal.

b. En el menú de Funciones elija Restar.

c. En el menú G1 seleccione Presión I/O-1. En el menú G2 seleccione Presión I/O-2.

d. En la caja Nombre escriba un nombre para la gráfica (e.g. Diferencia).

e. Marque OK.

2. Aplique un ajuste lineal a la gráfica de la diferencia:

a. Use el Primer cursor y el Segundo cursor en la barra de herramientas de

la gráfica para seleccionar la zona deseada.

b. Marque Ajuste Lineal en la barra principal. La ecuación del ajuste lineal se

mostrará en la barra de información debajo de la gráfica.

c. La pendiente de la línea de ajuste es la velocidad de pérdida de agua medida en

el experimento.

Un ejemplo de las gráficas obtenidas en el experimento se muestra a continuación:

116

Figura 5

Preguntas

1. ¿Cual es el control usado en este experimento?

2. ¿Por qué se necesita un frasco como control en este experimento?

3. ¿Cómo afecta la luz a la velocidad de absorción durante el experimento?

¿Anticiparía un cambio parecido en la oscuridad?

4. ¿Cual será el efecto de un cambio de humedad en la velocidad de absorción?


5. ¿Por qué se usa un brote con un área de superficie grande en este experimento?

6. ¿Cual es la ruta principal de pérdida de agua en este experimento? ¿Cómo se

relaciona con el proceso de transpiración?

7. ¿Como se afectaría el proceso si untara Vaselina en la cara inferior de las hojas?

Otras sugerencias 1. Proponga un experimento para estudiar el efecto de la luz en la velocidad de pérdida

de agua por las hojas.

2. Estudie el efecto del viento y la humedad en la velocidad de succión de agua.

Presión en el

sistema de control

Presión en el sistema

experimental

117

3. Estudie el efecto de cubrir las hojas con Vaselina en la velocidad de succión de

agua.

4. Estudie la importancia del área de superficie de las hojas en la pérdida de agua: use

brotes con distintos tamaños y número de hojas.

5. Corte el brote y compare el número de haces de xilema con lo que observó en el

pecíolo de apio.

6. Compare a velocidad de evaporación en otra planta. Elija una planta con un ritmo

alto de respiración como la Ceratonia Siliqua.

118

Reacciones Endotérmicas – Mezcla de Cristales de Hidróxido de Bario e Isotiocianato de Amonio

Figura 1A

Introducción Cuando se agita vigorosamente un frasco conteniendo dos sustancias cristalinas como

Ba(OH)2 .8HO y NH4SCN,se desarrolla una reacción que absorbe calor:

Sensor de

temperatura

Varilla de vidrio

Capa fina de

aguaCartón

119

O)10H2NHBa(SCN) 2NH4SCNOH8.Ba(OH) 23222 ++→+

La sustancia gaseosa, Amoniaco (NH3), que se forma en esta reacción, puede ser

fácilmente detectada debido a su olor acre.

En esta reacción, el frasco se vuelve muy frío al tacto, y si se coloca sobre una tabla

cubierta con una fina capa de agua, el frasco y la tabla se congelan juntos.

En este experimento seguiremos los cambios de temperatura que ocurren durante la

mezcla del hidróxido de bario octahidratado con el isotiocianato de amonio.

Estudiaremos la congelación conjunta del frasco con la tabla.

El calor de reacción puede calcularse con la siguiente ecuación:

q = CΔt

Donde q = cantidad de calor desprendido/absorbido, C = capacidad calorífica y Δt =

cambio de temperatura.

Equipo • Nova5000


• 2 g de Ba(OH)2 .8H2O

• 4 g de NH4SCN

• Una tabla de madera o plástico de aproximadamente 5 cm x 5 cm

• Frasco de vidrio de 10ml

• Varilla de vidrio de10 cm

Montaje del Equipo 1. Ponga en funcionamiento el MultiLab.

2. Conecte el sensor de Temperatura a la Entrada1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Arme el equipo como se ilustra en la Figura 1A.



120


Sensores:


Frecuencia:

Cada segundo

Muestras:

200 muestras

Método Experimental 1. Vierta un poco de agua sobre la tabla hasta que esté cubierta con una capa fina de

agua.

2. Pese 2 g def Ba(OH)2 .8H2O en un frasco de vidrio de 10 ml .

3. Introduzca el sensor de Temperatura en los cristales de hidróxido de bario dentro del

frasco.

4. Pese 4 g de isotiocianato de amonio.

5. Marque Correr en la barra superior de herramientas y comience a registrar

los datos.

6. Espere hasta que las lecturas del sensor de Temperatura se estabilicen.

7. Agregue el NH4SCN que pesó, al frasco que contiene el Ba(OH)2.8H2O.

8. Coloque el frasco sobre la tabla cubierta con una fina capa de agua como se

muestra en la Figura 1B.

121

Figura 1B

9. Agite las sustancias dentro del frasco vigorosamente con la varilla de vidrio.

10. Siga los cambios en la temperatura del frasco registrados en el monitor, hasta que

no se observen más cambios en la temperatura.

11. Cuando la temperatura se estabilice, marque Stop en la barra superior de

herramientas y detenga la recolección de datos.


13. Intente separar el frasco de la tabla..

Sensor de

temperatura

Varilla de vidrio

Capa fina de agua

Tabla

122

Análisis de Datos

1. Use el Primer cursor y el Segundo cursor para desplegar los cambios en

la temperatura obtenidos en el proceso, y el tiempo que se necesitó para alcanzar el

valor final de la temperatura.



exponer el eje Y.







con el cursor.






coordinadas.



2. Calcule el calor de reacción.

Nota: La capacidad calorífica específica del agua a 25 °C es 4.18 (J/g×°C)

3. Resuma los resultados obtenidos.

123

A continuación se muestra un ejemplo de las gráficas de Temperatura vs. Tiempo

obtenidas en este experimento.

Figura 2

Preguntas 1. ¿Qué cambios pudo Ud. observar en la temperatura del frasco? Explique sus

resultados.

2. ¿Qué tipo de reacción química ocurrió en el frasco?

3. Explique los resultados que obtuvo.

Otras Sugerencias 1. Cambie las cantidades relativas de Ba(OH)2 .8H2O y NH4SCN y siga los cambios de

temperatura en cada caso.

2. Realice una reacción endotérmica adicional: Disolución de KNO3 en agua (25 g en

50 ml de agua).

3. Siga la velocidad de liberación de amoniaco en la reacción usando un sensor de

Presión. De esta manera puede medirse la velocidad de reacción.

124

Efecto de la Variación de Temperatura del Aire en la Presión del Aire – La Ley Combinada de los Gases

Figura 1

Introducción La temperatura afecta el volumen de los gases .Tal como se establece en la Ley de

Charles Gay Lussac, una muestra de gas a presión constante aumenta su volumen en

forma directa con la temperatura:

Sensor de

temperatura

Sensor de

Presión

AguaFrasco de

vidrio

Agitador

magnético

125

V ∝ T o V/T = constante

La Ley de Charles, combinada con la Ley de Boyle, puede ser expresada en una sola

ley - la Ley de los Gases Combinada. Esta ley establece que el volumen ocupado por

una cantidad determinada de gas es proporcional a la temperatura absoluta dividida por

la presión.

PV/T = constante

En este experimento se investiga la relación entre presión y temperatura y su efecto en

el comportamiento del gas, midiendo el efecto en la presión al calentar un volumen

constante de aire atrapado en un recipiente cerrado.

Equipo • Nova5000

• Un frasco de 50ml

• Corcho de goma

• Dos agujas de jeringa de calibre20

• Tres tubos cortos de latex

• Una válvula de tres vías

• Sensor de Temperatura (-25 °C a 110 °C)

• Sensor de Presión (150 – 1150 mbar)

• Soporte

• Agitador magnético


2. Conecte el sensor de Presión a la Entrada1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Conecte el sensor de Temperatura a la Entrada 2 (I/O-2) del Nova5000.

4. Arme el equipo como se ilustra en la Figura 2 a continuación.

5. Se inserta una aguja de jeringa (calibre 20) a través de un corcho, hasta que su

punta atraviesa el corcho hacia el otro lado (Figura 2).

126

Figura 2

En el otro extremo de la aguja que asoma afuera en la parte superior del corcho , se

conecta un tubo corto de latex y a éste, una válvula de tres vías (la utilizada en

infusiones). En el extremo del tubo de latex en la otra aguja se conecta un sensor de

Presión.

Gire la válvula hasta que la abertura esté horizontal. Estando en esta posición el aire

puede fluir a través de la válvula, del frasco al medio ambiente. A fin de detener el

flujo de aire, gire la válvula hasta que su abertura alcance una posición vertical. En

esta posición el aire puede fluir desde el frasco al sensor de Presión.


registsro de datos como se especifica a continuación.


Sensores:



Frecuencia:

Cada segundo

Muestras:

500 muestras

127

Método Experimental 1. Arme el equipo como se ilustra en la Figura 1 a continuación.

2. Perfore un agujero en el corcho que se adapte al diámetro del sensor de

Temperatura o haga una ranura fina en la orilla del corcho.

3. Llene el frasco de vidrio con agua. Deje un pequeño volumen de aire en el frasco,

para evitar que penetre el agua en las agujas.

4. Adapte el sensor de Temperatura al agujero o ranura que se hizo en el corcho.

5. Cierre el corcho y comience a agitar el agua del frasco.

6. Marque Correr en la barra superior de herramientas a fin de comenzar a

registrar los datos.

7. Observe los cambios en la presión que se registran en la pantalla. Si es necesario,

gire la válvula, a fin de mantener el nivel de presión en el frasco a nivel atmosférico,

antes de iniciar el experimento.

8. Comience a calentar el frasco. Gire el botón de calentamiento del agitador

magnético a una posición intermedia. Observe los cambios en la presión durante

unos 5 minutos.

9. Marque Detener en la barra superior de herramientas a fin de suspender la



Análisis de Datos 1. Compare el diagrama de cambios en la presión respecto a los de la temperatura.

¿Encontró alguna similitud entre ambos?

2. Se muestra a continuación un ejemplo de las gráficas obtenidas en este

experimento:

128

Figura 3

3. Encuentre la relación entre los cambios en temperatura y presión. Trace una gráfica

Presión vs. Temperatura:

a. Marque Formato de gráfica en la barra de herramientas de la gráfica.

b. Seleccione Temperatura I/O-1 en la lista del eje X, y marque Si.

Se muestra a continuación un ejemplo obtenido en este experimento de Presión vs.

Temperatura:

Figura 3

Presión

Temperatura

129

Preguntas 1. Los cambios en temperatura y presión no son lineales. Explique este

comportamiento.

2. ¿Cuál sería la forma de las curvas si el frasco se calentara en un baño de agua?

3. ¿Cuál sería la forma de la curva de presión en el experimento con respecto a los

cambios en la temperatura si se continuara calentando el frasco? Refiérase en su

respuesta a la gráfica de Presíón vs. Temperatura que Ud. obtuvo.

4. ¿Cuál sería el efecto sobre la presión si el frasco se enfriara?

5. Suponga que se reduce el volumen del agua en el frasco. ¿Cuál sería el efecto en

la presión al calentar el frasco en comparación con los resultados del presente

experimento?

Otras Sugerencias 1. Caliente un poco el frasco, luego detenga el calentamiento. Cuando la temperatura

se estabilice comience a enfriar el frasco. Siga los cambios ocurridos en la presión

medida dentro del frasco.

2. Realice el experimento con distintos volúmenes de agua dentro del frasco. Compare

el efecto en la presión en cada instancia de calentamiento y enfriamiento.

130

Contenido energético de alimentos

Figura 1

Introducción Todas las actividades humanas requieren quemar alimentos para recibir la energía

necesaria. En este experimento quemaremos distintos alimentos (palomitas de maíz,

marshmallows y maní) para determinar la energía que liberan (en kJ/g). La energía

liberada calentará una cantidad de agua determinada de antemano y la energía podrá

ser calculada usando la primera ecuación a continuación. El contenido de energía del

Sensor de

temperatura

Vaso químico con

50ml de agua

Envase con alimento

131

alimento se obtiene dividiendo el valor del calor obtenido, por la masa del alimento

quemado (segunda ecuación);

1a ecuación Q = Cp ΔT Cp

ΔT

Q

=

=

=

Capacidad calorífica del agua

Cambio en temperatura del agua

Cantidad de calor

emitido/absorbido

2a ecuación Ealimento =

Q/malimento

Ealimento

malimento

=

=

Contenido energético del alimento

Masa del alimento quemado

Equipo • Nova5000


• Un soporte con aro

• Un pequeño envase para la comida (≤ 50 ml)

• Un pequeño envase para el agua

• Tres ejemplos de alimentos

• Balanza

• Dos varillas de vidrio

• Cilindro graduado

• Agua fría

• Fósforos o cerillas


2. Conecte el sensor de temperatura a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.


132

4. Marque Configurar en la barra de herramientas principal y programe el data

logger de acuerdo a la configuración especificada a continuación.


Sensores:



Cada segundo

Muestreos:

200 muestras

Método experimental 1. Determine la masa de los envases vacíos del agua y de los alimentos.

2. Establezca la masa del alimento que va a utilizar.

3. Agregue 50 ml de agua fría al envase adecuado y determine la masa exacta

nuevamente.

4. Introduzca el primer ejemplo de alimento en el envase.

5. Coloque el envase con el agua en el aro del soporte a una altura adecuada. Sitúe el

envase con el alimento a estudiar directamente debajo del envase con el agua.

6. Introduzca el sensor de Temperatura en el agua (no debe tocar el fondo).

7. Comience a revolver el agua con una varilla.


datos.

9. Espere aproximadamente un minuto antes de encender el alimento con un fósforo.

10. Continúe revolviendo el agua hasta que la temperatura deje de subir.

133

11. Marque Detener en la barra de herramientas superior para suspender el

registro de datos. .


13. Repita los pasos 1-12 con los otros dos ejemplos de alimentos.

14. A continuación se muestran ejemplos de gráficas obtenidas en este experimento:

Figura 2: Quema de 4.4 g de maní

Figura 3: Quema de0.5 g palomitas de maíz

134

Figura 4: Quema de 3.6 g marshmallows

Análisis de datos

1. Use el Primer cursor y el Segundo cursor para exponer el cambio de

temperatura del agua para cada ejemplo.



exponer el eje Y.







con el cursor.





135


coordinadas.



2. Calcule el calor (Q) absorbido por el agua usando la primera ecuación.

3. Establezca la masa de los restos del alimento quemado y calcule la diferencia

con la masa inicial. Esto será malimento ya que es la porción que se ha

quemado.

Nota: El calor específico del agua a 25 °C es 4.18 J/g°C.

Preguntas 1. ¿Cuál es el alimento con el contenido energético (en kJ/g) más alto?

2. La energía de los alimentos se expresa en una unidad llamada Calorías (1 cal =

4.18 kJ). ¿Cuántas calorías contiene un paquete de 50g de maní?

3. El maní tiene un alto contenido de grasa. Marshmallows y palomitas de maíz tienen

un alto contenido de carbohidratos. ¿Qué generalización puede concluir de sus

resultados respecto al contenido energético relativo de grasas y carbohidratos?

136

Reacciones de Reducción y Oxidación (Redox) – Cloruro de cobre con aluminio

Figura 1

Introducción Las reacciones de Redox ocurren entre dos sustancias químicas y consisten en la

transferencia de electrones de una a otra. El compuesto que pierde un electrón se

oxida y el compuesto que gana un electrón se reduce. Para describir a las sustancias

Sensor de

temperatura

Vaso de

poliestireno

Agitador

magnético

Agua

137

químicas se usan los siguientes términos: el compuesto que se oxida se llama agente reductor y el compuesto que se reduce se llama agente oxidante.

El número de oxidación es idéntico al número de valencia pero con un signo, que

expresa la naturaleza de la carga del elemento en cuestión, formado desde un átomo

neutral. Por lo tanto, el número de oxidación de cloro en el ácido hidroclórico es -1, pero

es +1 en el ácido hipocloroso. De la misma manera se puede decir qeu el número de

oxidación de la cloro en le ácido clórico (HCIO3) es +5 mientras que en perclorato

(HCIO4) es +7.


reacción de redox:

3Cu2+(aq)+6Cl2-

2 (aq)+2Al0(s) 3Cu0(s)+2Al3+

(aq)+6Cl2-(aq)

Aluminio, Al, fue oxidado a Al3+, Cu2+ fue reducido a Cu.

El calor de la reacción se puede calcular con la siguiente ecuación:

q = CΔt

Donde q = cantidad de calor producido/absorbido, C = capacidad de calor, y Δt =

cambio en temperatura.

Equipo • Nova5000


• Vaso de poliestireno

• 5 g de CuCl2


• Papel de aluminio

• Gafas de seguridad




138

4. Marque Configurar en la barra de herramientas principal y programe el data

logger de acuerdo a la configuración a continuación.

Configuración del Data Logger

Sensores:



Cada segundo

Muestreo:

200 muestras

Método Experimental 1. Colóquese las gafas de seguridad.

2. Prepare una cobertura de poliestireno para el vaso de poliestireno. La cobertura

debe ser plana y más grande que la circunferencia del vaso. Haga un agujero en la

cobertura para el sensor de Temperatura.

3. Vierta 50 ml de agua del grifo en el vaso.

4. Coloque el vaso sobre el agitador magnético.

5. Coloque la cobertura sobre el vaso pero deje una apertura para agregar el CuCl2.


datos. Espere hasta que las lecturas del sensor se estabilicen.

7. Comience a agitar el agua en el vaso de poliestireno.

8. Agregue 5 g de CuCl2 cristalino al vaso e inmediatamente cubra bien el vaso con la

cobertura.

9. Agregue el papel de aluminio al vaso.

10. Siga los cambios de temperatura registrados en la pantalla, hasta que no se

observen más cambios.

139

11. Marque Detener en la barra de herramientas superior para suspender la

colección de datos.

12. Para guardar sus datos marque Guardar en la barra de herramientas superior.

Análisis de datos

1. Use el Primer cursor y el Segundo cursor para exhibir el cambio durante

el proceso y el tiempo necesario para alcanzar un valor final de temperatura.



exponer el eje Y.







con el cursor.






coordinadas.



2. Calcule el calor de la reacción.

Nota: El calor específico del agua a 25 °C es 4.18 (J/g*°C).

140

Un ejemplo de una gráfica de temperatura vs tiempo obtenida en este experimento se

muestra a continuación:

Figura 2

Preguntas 1. ¿Como cambió el color del papel de aluminio?

2. Escriba qué reacción ocurrió y escriba la ecuación de redox. ¿Qué átomo se redujo

y cual fue oxidado?

Otras sugerencias 1. Bote un pedazo de hierro en la solución de cloruro de cobre. Escriba la reacción que

ocurre y la ecuación de redox.

2. Bote un pedazo de Zinc en ácido hidroclórico diluido. Se liberará gas hidrógeno, H2.

Escriba la ecuación general y la ecuación de redox. ¿Qué átomo se redujo? ¿Qué

átomo se oxidó?

141

Estudio de la llama de una vela

Figura 1

Introducción Las llamas de fuego no muestran la misma temperatura en cada zona de la llama. El

estudio de dicha llama es posible usando termopares, un sensor de temperatura de alta

sensibilidad, que responde rápidamente y tiene un rango de medición de –200 °C hasta

más de 1000 °C. En este experimento exploraremos la llama de una vela en tres zonas

características marcadas como 1, 2 y 3 en la Figura 1.

142

Equipo • Nova5000

• Vela

• Fósforos o cerillas

• Termopar de tipo K (0 °C a 1250 °C)


2. Conecte el sensor Termopar a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.


registro de datos de acuerdo a la configuración especificada a continuación.


Sensores:

Entrada 1: Temperatura (0 a 1250 °C)



Muestreo:

1000 muestras

Método Experimental 1. Encienda la vela y déjela arder por aproximadamente 2 minutos antes de comenzar

el experimento.

2. Marque Correr en la barra de herramientas superior para comenzar a registrar

datos.

3. Registre la temperatura ambiente antes de acercar el sensor a la llama (recuerde

que el termopar es muy sensible y responde muy rápido).

143

4. Mida la temperatura en tres zonas distintas de la llama (véase Figura 1):

a. La parte superior de la zona amarilla 1.

b. El medio de la zona amarilla 2.

c. La parte superior de la zona oscura alrededor de la mecha 3.

5. Marque Detener en la barra de herramientas superior para detener el registro

de datos.

6. Guarde sus datos marcando Guardar en la barra de herramientas superior.

Análisis de datos La gráfica de Temperatura vs. Tiempo nos muestra que el calor en la llama es más

intenso en la parte superior y se enfría a medida que el sensor mide zonas más bajas.

Figura 2

Preguntas 1. ¿Cual es la temperatura en cada una de las zonas? (1, 2 & 3).

2. ¿Por qué cree que la zona superior es la más caliente?

144

Congelación y fusión del agua

Figura 1

Introducción Congelación es el proceso por el cual la materia pasa de estado líquido a estado sólido.

Fusión o derretimiento, es el proceso por el cual la materia pasa de estado sólido a

estado líquido. Estos procesos ocurren a temperaturas determinadas, la temperatura de

congelamiento y de fusión, respectivamente. En este experimento investigaremos las

temperaturas de congelación y de fusión de acuerdo a gráficas obtenidas y las

compararemos.

Sensor de

temperatura

Tubo de ensayo

con 5ml de agua

Vaso químico con

150ml de hielo-agua

145

Equipo • Nova5000

• Soporte con abrazadera

• Cilindro graduado

• Vaso químico (250 ml)

• Tubo de ensayo

• Caña de mezclar de vidrio

• Agua

• Cubos de hielo

• Sal

• Sensor de temperatura (-25 °C a110 °C)




4. Marque Configurar en la barra principal de herramientas y programe el data

logger de acuerdo a la configuración especificada a continuación.

146

Configuración del Data Logger

Sensores:



Cada 10 segundos

Muestreos:

200 muestras

Método Experimental (Parte I, Congelación) 1. Coloque cubos de hielo y agua (≥150ml) en un vaso químico de 250ml.

2. Llene 1ml de agua en un tubo de ensayo de 5ml y fíjelo al soporte con la

abrazadera. Ajuste la altura del brazo con el tubo de ensayo tal que la muestra esté

debajo del nivel del hielo.

3. Coloque el sensor de Temperatura en el agua dentro del tubo de ensayo.

4. Marque Correr en la barra superior de herramientas para comenzar el registro

de datos.

5. Agregue cinco cucharadas de sal al vaso químico y mezcle con la caña de mezclar.

El tubo debe estar dentro del agua con hielo.

6. Detenga el registro de datos luego de 15 minutos y mantenga el tubo de ensayo en

el baño de agua helada.

7. Guarde sus datos marcando Guardar en la barra de herramientas.

Método Experimental (Parte II, Fusión)

1. Marque Correr en la barra superior de herramientas y comience a registrar

datos nuevamente. Levante el tubo de ensayo y fije en una posición por encima del

baño de agua helada.

147

2. Vierta el agua helada y agregue 150ml de agua tibia del grifo. Baje el tubo de

ensayo dentro del baño de agua tibia.

3. Recoja datos durante 15 minutos y luego suspenda.


Análisis de datos y preguntas Debajo se muestran ejemplos de gráficas obtenidas en los experimentos:

Parte I: Congelación del agua Parte II: Fusión de agua congelada

1. ¿Qué sucedió a la temperatura del agua durante la etapa de congelación y de

fusión?

2. ¿Cual es el punto de congelación y de fusión del agua?

3. ¿Cómo se comparan el punto de congelación y de fusión del agua?

4. ¿Cual es el comportamiento de la energía cinética del agua en el tubo de ensayo?

Determine si aumenta, disminuye o se mantiene igual cuando:

a. La temperatura cambia, al comienzo y final de la Parte I.

b. La temperatura se mantiene constante, en la Parte I.

c. La temperatura cambia, al comienzo y final de la Parte II.

d. La temperatura se mantiene constante, en la Parte II.

5. El potencial de energía, ¿aumentó o disminuyó en las partes de la pregunta 4 en las

cuales la energía cinética se mantuvo constante?

148

Medida de la Lluvia Acida Introducción Lluvia ácida es lluvia, nieve o niebla que se encuentra en la atmósfera, polucionada por

ácido, y que daña al medio ambiente.

La lluvia ácida se mide usando una escala llamada pH. Cuanto más bajo es el pH de

una sustancia, más ácida ésta es. El agua pura tiene un pH de 7.0. La lluvia común es

levemente más ácida, ya que el dióxido de carbono se disuelve en ella, de modo que su

pH es de alrededor 5.5.

Qué va Ud. a Investigar La acidez del agua de lluvia

Metas • Medir el pH. • Comparar la acidez del agua de lluvia con la acidez del agua del grifo y del agua

destilada.

Equipo • Nova5000 • Sensor de pH • Vasos químicos (Beakers) o tazas de 50 ml (3) • Agua de lluvia • Agua del grifo • Agua destilada

Configuración del Equipo 1. Ponga en funcionamiento el MultiLab CE.

2. Conecte el sensor de pH a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.

3. Marque Configurar en la barra superior de herramientas y programe el data

logger de acuerdo a lo especificado a continuación.

149

Sensores

Entrada 1: pH

Frecuencia:

Cada segundo

Muestras:

500 muestras

Método Experimental 1. Recoja una muestra de agua de lluvia colocando un vaso químico limpio a la

intemperie.

PRECAUCION: No junte agua de lluvia que haya estado en contacto con algún objeto u organismo.

Figura 1

150

2. Llene un vaso químico de 50ml con agua destilada, otro con agua del grifo y un

tercero con agua de lluvia. Ponga etiquetas a los vasos químicos.

3. Marque Correr en la barra superior de herramientas del MultiLab para

comenzar a registrar los datos.

4. Coloque el sensor de pH en el beaker que contiene agua destilada. Espere hasta

que la lectura se estabilice (vea la Figura 2 a continuación).

5. Retire el sensor de pH del agua destilada y sumérjalo en el agua del grifo. Espere

hasta que la lectura se estabilice

6. Retire el sensor de pH del agua del grifo y sumérjalo en el agua de lluvia. Espere

hasta que la lectura se estabilice.

Figura 2

7. Para detener la acumulación de datos marque Detener en la barra de

herramientas superior.

El MultiLab muestra en la pantalla el pH registrado vs. tiempo.

151

8. Marque Agregar al proyecto en la barra de herramientas de la gráfica.


Nota: El MultiLab crea nombres arbitrarios para cada grupo que Ud. agrega al proyecto. Para cambiar los nombres, Ud. debe marcar Herramientas, luego marcar Título de gráfica, introducir un nuevo nombre en la caja Título de gráfica, y luego marcar OK.

Análisis de Datos 1. Usando la gráfica en la pantalla del MultiLab, conteste a las siguientes preguntas:

2. Para leer los valores en la gráfica, marque Primer cursor en la barra inferior de

herramientas y mueva el cursor hasta el punto deseado, ya sea arrastrando el ratón

o usando las flechas. Los valores de los puntos aparecerán en la barra de

información debajo de la gráfica.

3. ¿El agua de lluvia es ácida, básica o neutra?

4. ¿Cómo es el pH del agua de lluvia con respecto al pH del agua del grifo? ¿Cómo es

con respecto al del agua destilada?

152

Reacciones Endotérmicas – Reacción entre Acido Cítrico y Soda de Hornear

Figura 1

Introducción Un proceso endotérmico es una reacción química en la cual se absorbe calor. Cuando

realizamos una reacción endotérmica en un frasco, inicialmente éste se enfría. Luego

fluye calor del medio ambiente hacia el frasco hasta que se establece el balance de

temperatura.


reacción entre una solución de ácido cítrico y la soda de hornear.

Sensor de

temperatura

Agitador

magnético

Agua

Vaso de

poliestireno

153

H3C6H5O7(aq)+3NaHCO3(s) 3CO2(g)+3H2O(l)+NaC6H5O7(aq)

El calor de reacción puede calcularse de acuerdo a la siguiente ecuación:

q = CΔt

Donde q = cantidad de calor eliminada/absorbida, C = capacidad calorífica y Δt =

cambio de temperatura.

Equipo • Nova5000

• Gafas de seguridad


• 25 ml de ácido cítrico H3C6H5O7

• 15 g de soda de hornear NaHCO3

• Vaso de café de poliestireno





4. Marqur Configurar en la barra de herramientas principal y programe el registro


154


Sensores:


Frecuencia:

Cada segundo

Muestras:

500 muestras

Método Experimental 1. Procure y use gafas de seguridad.

2. Prepare una tapa de poliestireno para el vaso de café de poliestireno. La tapa debe

ser plana y mayor que la circunferencia de la taza de café Perfore un agujero en la

tapa e introduzca el sensor de Temperatura.

3. Vierta 25 ml de ácido cítrico en el vaso de café.

4. Coloque el vaso de café en un agitador magnético.

5. Coloque la tapa en la taza, pero deje una pequeña abertura de modo que se pueda

agregar la soda de hornear (NaHCO3).


datos. Espere hasta que las lecturas de los sensores se estabilicen.

7. Comience a agitar el ácido dentro del vaso de café.

8. Después de 20 segundos agregue la soda de hornear (NaHCO3) al vaso de café e

inmediatamente coloque la tapa del vaso asegurándose que esté bien cerrado.

9. Siga los cambios en la temperatura que se registran en el monitor hasta que no se

observen más cambios.

10. Marque Configurar en la barra superior de herramientas y detenga la



155

Análisis de Datos

1. Use el Primer cursor y el Segundo cursor para desplegar los cambios en

la temperatura obtenidos en el proceso, y el tiempo necesario para alcanzar el valor

fin de le temperatura.



exponer el eje Y.







con el cursor.






coordinadas.



2. Calcule el calor de reacción.

3. Un ejemplo de la gráfica de Temperatura vs.Tiempo obtenida en este experimento

se muestra a continuación:

156

Figura 2

Preguntas 1. ¿Qué tipo de reacción química se obtiene cuando se mezcla una solución de ácido

cítrico con soda de hornear? Fundamente sus conclusiones en el experimento que

realizó.

2. Trate de suponer los resultados que obtendría si mezclara diferentes cantidades de

soda de hornear con una solución de ácido cítrico. ¿Cual sería el rango de cambio

en la temperatura?

Otras Sugerencias 1. Cambie las cantidades relativas de ácido cítrico y soda de hornear. Siga los cambios

en la temperatura en cada caso. Calcule el calor de reacción en cada caso.

2. Siga la velocidad de liberación del CO2 usando un sensor de CO2 .

157

Reacciones Exotérmicas - Disolución de NaOH en Agua

Figura 1

Introducción Casi todas las reacciones químicas involucran la liberación o la absorción de calor. Las

reacciones se clasifican en exotérmicas o endotérmicas. Un proceso exotérmico es una

reacción química en la cual se despide calor. Cuando realizamos una reacción

exotérmica en un frasco, al principio éste se calienta. Luego, el calor del frasco se

difunde al medio ambiente hasta que se establece un equilibrio de la temperatura .Un

Sensor de

temperatura

Electrodo de pH

Agua

Agitador magnético

Vaso de poliestireno

158

calorímetro es un instrumento usado para medir el calor absorbido o liberado durante

una reacción química.

El calor de reacción puede ser calculado a partir de la siguiente ecuación:

q = CΔt

Donde q = cantidad de calor liberado/absorbido, C = capacidad calorífica, y Δt = cambio

de temperatura.

En este experimento seguimos los cambios de temperatura que ocurren durante la

disolución de hidróxido de soda en agua. Un vaso de poliestireno servirá como

calorímetro.

Equipo • Nova5000

• Un electrodo de pH

• Un sensor de Temperatura(-25 °C a 110 °C)

• Un vaso de café de poliestireno

• 10 g de NaOH


Montaje del Equipo 1. Ponga en marcha el MultiLab.

2. Conecte el sensor de pH a la Entrada 1 (I/O-1) del Nova5000.





159


Sensores:

Entrada 1: pH


Frecuencia:

Cada segundo

Muestras:

5000 muestras

Método Experimental 1. Prepare una tapa de poliestireno para el vaso de café de poliestireno. La tapa debe

ser plana y más grande que la circunferencia de la taza de café. Perfore dos

agujeros en la tapa, uno para el electrodo de pH y el otro para el sensor de

Temperatura.

2. Vierta 100 ml de agua del grifo dentro de la taza de café.

3. Coloque la taza de café en un agitador magnético.

4. Coloque la tapa sobre el vaso, pero deje una pequeña abertura para que pueda

agregarse el NaOH.

5. Marque Correr en la barra de herramientas superior y comience el registro de

datos.

6. Espere hasta que las lecturas de los sensores se estabilicen.

7. Comience a agitar el agua en la taza de café.

8. Agregue 2 g de NaOH cristalino a la taza, e inmediatamente cubra la taza con la

tapa de manera que quede bien cubierta.

9. Siga los cambios en el pH y en la temperatura registrados en el monitor, hasta que

no ocurran más cambios, ya sea en el pH o en la temperatura observada.

10. Marque Detener en la barra superior de herramientas y suspenda la


160

11. Repita la reacción de disolución, esta vez en un vaso químico transparente (esta

parte del experimento puede realizarse en paralelo con la primera parte, usando dos

electrodos de pH y dos sensores de Temperatura ).

12. Agregue 100 ml de agua en el vaso químico e inserte en él un electrodo de pH y un

sensor de Temperatura.

13. Continúe agitando el agua.


datos.

15. Agregue 2 g de NaOH sólido dentro del agua.

16. Siga vigilando la disolución del NaOH en el agua hasta que se complete.

17. Marque Detener en la barra superior de herramientas y suspenda la



Análisis de Datos

1. Use el Primer cursor ay el Segundo cursor para desplegar el cambio en el

pH obtenido durante el proceso de disolución.

¿Cuál es el valor inicial del pH? ¿El valor final? ¿La diferencia entre los dos valores?

161



exponer el eje Y.







con el cursor.






coordinadas.



2. Use los cursores de la gráfica para encontrar:

a. El tiempo necesario para llegar al valor final del pH.

b. El cambio en la temperatura obtenido en el proceso y el tiempo necesario para

llegar al valor final de la temperatura.

c. El intervalo de tiempo necesario para completar la disolución del NaOH.

3. Calcule el calor de reacción : C- capacidad del agua, Δt - cambio temperatura.

Nota : La capacidad específica del agua a 25 °C es 4.18 (J/g*°C).

4. A continuación se muestra un ejemplo de la gráfica obtenida en este experimento :

162

Figura 2

Preguntas 1. ¿Observó Ud. Un cambio rápido en el pH? Compare el período de tiempo para

completar los cambios en el pH con el de la temperatura.

2. Explique las diferencias en el período de tiempo necesario para completar los

cambios del pH y de la temperatura.

3. ¿Es la disolución del NaOH una reacción exotérmica? Base sus conclusiones en el

experimento que Ud. realizó.

4. Trate de adivinar cuáles serían los resultados de la disolución si se disolvieran

distintas cantidades de NaOH en el agua. ¿Cuál sería el cambio en el pH en cada

caso? ¿Cuánto cambiaría la temperatura?

Otras Sugerencias 1. Disuelva distintas cantidades de NaOH en agua. Siga los cambios en el pH y en la

temperatura en cada caso. Calcule el calor de reacción en cada caso.

2. Examine el efecto de aumentar el agua y/o la temperatura del ambiente, en la

disolución del NaOH.

pH

Temp

163

3. Examine el efecto del pH del agua en la disolución del NaOH. Observe el calor de

reacción en una solución buffer. Alternativamente, disuelva en el agua KOH o

NH4OH, antes de disolver el NaOH.

4. Lleve a cabo una reacción exotérmica adicional. Disuelva en agua CuSO4 (cristales

blancos) anhídrido. La disolución de Sulfato de Cobre en agua forma un ión de

cobre hidratado de color azul.

experimentos con itp c ex

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