practicas de fisica
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1:
2010
PROFR. RAMÓN EDUARDO FRANCO
CUADERNO DE ACTIVIDADES
23/08/2010
EL XYZ DE FÍSICA (CIENCIAS II)
2:
3:
PROLOGO.
Este cuaderno de actividades tiene como objetivo que el alumno aprenda a prender,
promoviendo su participación activa en la construcción de sus conocimientos, a partir de sus ideas,
nociones o experiencias previas respecto a problemas en particular, con el fin de que desarrolle y
ejercite sus habilidades. En está obra se busca estimular al alumno(a) para que participe en diversas
actividades colectivas y desarrollen su capacidad de análisis.
Las actividades han sido diseñadas con la idea de que el alumno(a) adquiera a través de una breve
lectura o fuente de información aplique las técnicas de la lecto-escritura y desarrollar una visión de la
Física que le permita ubicar la construcción del conocimiento científico como proceso cultural. Ello
implica avanzar en la comprensión de que los conceptos que estudian son el resultado de un proceso
histórico, cultural y social en el que las ideas y las teorías se han transformado, cambio que responde a
la necesidad constante de explicaciones cada vez más detalladas y precisas de los fenómenos físicos.
De esta manera, el cuaderno de actividades contribuye a los propósitos del programa de Ciencias II, es
decir, demandar la propuesta en la práctica de habilidades y actitudes, que contribuyen al desarrollo de
una formación científica básica y su relación con las demás asignaturas.
Las actividades a lo largo del cuaderno comprenden experimentos, cuestionarios, ejercicios, resolución
de problemas, laberintos, sopa de letras, construcción y análisis de gráficos. Cuenta con instrucciones
claras para que pueda realizarse individual y colectivamente, dentro y fuera del aula. De está manera se
promueve que el estudiante construya sus conocimientos y que desarrolle, ejercite habilidades
necesarias para abordar y comprender los contenidos del programa de la asignatura de Ciencias II.
Al elaborar este cuaderno de actividades, además de haber recurrido a la información bibliográfica, he
querido dejar constancia de mis conocimientos y experiencias obtenidas durante muchos años de
impartir está materia.
Con la participación del maestro(a), alumnos(as) y padres de familia es indiscutible que el proceso
enseñanza-aprendizaje, se facilite, mediante el uso adecuado de este recurso didáctico, se espera que
los alumnos(as), adquieran las herramientas y habilidades en un panorama amplio de la asignatura.
Finalmente se anexan temas de importancia de la Física y las ecuaciones más utilizadas durante el
ciclo escolar y a su ves el proceso de cómo ir despejando las ecuaciones.
Espero que este material resulte útil e interesante, de tal manera que con los conocimientos,
experiencias y orientación del(a) profesor(a) y la buena disposición de los padres de familia en estar
pendientes del avance en competencias y trabajo colaborativo se logre que el curso sea todo un éxito.
PROFESOR: RAMÓN EDUARDO FRANCO.
LIC. EN EDUCACIÓN, ESPECIALIDAD EN
CIENCIAS NATURALES.
4:
5:
Todo el Universo se encuentra en constante movimiento. Los cuerpos presentan
movimientos rápidos, lentos, periódicos y azarosos. La tierra describe un movimiento de rotación
girando sobre su propio eje, al mismo tiempo describe un movimiento de traslación alrededor del
Sol. La luna gira alrededor de la tierra, los electrones alrededor del núcleo atómico. Así, a nuestro
alrededor siempre observaremos algo en movimiento: niños corriendo y saltando, nubes
desplazándose por el cielo, pájaros volando, árboles balanceándose a uno y otro lado por un fuerte
viento. Todo es movimiento. La Mecánica es la rama de la física encargada de estudiar los
movimientos y estados de los cuerpos. Se divide en dos partes: 1.- Cinemática, estudia las
diferentes clases de movimiento de los cuerpos sin atender las causas que lo producen.
2.- Dinámica, estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos.
Un cuerpo tiene movimiento cuando cambia su posición a medida que transcurre el tiempo. Para lo cual es necesario que entiendas los siguientes conceptos:
MOVIMIENTO: Es el cambio de posición de un cuerpo en el espacio.
TRAYECTORIA: Es la línea que describe en el espacio un cuerpo en movimiento.
DESPLAZAMIENTO: Es la distancia en línea recta entre dos posiciones de un cuerpo que se mueve.
Trayectoria
Desplazamiento
El movimiento se clasifica según su trayectoria en: RECTILÍNEO, cuando la trayectoria es una
recta; CURVILÍNEO, cuando la trayectoria es una curva.
El movimiento también puede clasificarse por su forma en: UNIFORME, cuando recorre distancias
iguales en tiempos iguales y ACELERADO, cuando en iguales tiempos recorre distancias diferentes.
Otra forma de clasificar el movimiento es según el marco de referencia, en ABSOLUTO, cuando se
compara el movimiento de un cuerpo respecto a otro que se considera fijo (en reposo).
En RELATIVO; cuando se compara el movimiento de un cuerpo respecto de otro que también se
mueve.
* En realidad el sistema de referencia absoluto no existe, porque todo se encuentra en constante
movimiento
LA PERCEPCIÓN DEL
MOVIMIENTO
6:
Con el propósito que desarrolles tu habilidad locomotora, sigue la trayectoria para encontrar el
desplazamiento de cada uno de los laberintos.
ACTIVIDAD N° 1
7:
RECUERDA QUE:
Un cuerpo tiene movimiento cuando realiza un cambio de lugar en función del tiempo.
El estudio de la cinemática posibilita conocer y predecir en qué lugar se encontrará un cuerpo, qué
velocidad tendrá al cabo de cierto tiempo, o bien, en qué lapso de tiempo llegará a su destino.
El sistema de referencia puede ser absoluto si considera un sistema fijo de referencia, o relativo si
considera móvil al sistema de referencia. En realidad, el sistema de referencia absoluto no existe,
pero resulta útil considerar los movimientos que se producen sobre la superficie de la Tierra,
suponiendo que estuviera fija.
El movimiento rectilíneo es el más sencillo de todos y es el que realiza cualquier cuerpo que se mueva
en una trayectoria recta.
Una magnitud escalar es aquella que queda perfectamente definida con solo indicar su cantidad
expresada en números y la unidad de medida, se requiere indicar claramente la dirección y el sentido
en que actúan. Por ejemplo, el desplazamiento, la fuerza, la velocidad, la aceleración, etc.
Cualquier magnitud vectorial puede ser representada gráficamente por medio de una flecha llamada
vector, la cual es un segmento de recta dirigido.
Cuando se gráfica en un sistema de coordenadas cartesianas o rectangulares los datos de la posición
de un cuerpo en función del tiempo que utiliza para realizarlo, al unir los puntos, la recta o curva
obtenida representa la velocidad del cuerpo.
La velocidad de un cuerpo la podemos determinar con la siguiente expresión matemática: velocidad
= distancia recorrida/tiempo transcurrido
Cuando un móvil sigue una trayectoria recta en la cual recorre distancias iguales en tiempos iguales,
efectúa un movimiento rectilíneo uniforme.
La velocidad media de un móvil se determina con la siguiente expresión matemática: velocidad media
= distancia total recorrida/tiempo total transcurrido.
Reúnete con tu equipo de trabajo y realicen el siguiente trabajo:
1.- ¿Cómo explicas lo que se entiende por movimiento de un cuerpo?__________________________
___________________________________________________________________________________
2.- ¿En qué casos se dice que un cuerpo sigue movimientos rectilíneos y cuando uno curvilíneo?
Rectilíneo__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Curvilíneo__________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
3.- ¿Cuál es la importancia del estudio de la cinemática?____________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 2
8:
4.- ¿Da un ejemplo práctico en donde se utilice un sistema de referencia absoluto, para describir el
movimiento de un
cuerpo.____________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
5.- ¿Cuál es la diferencia entre distancia y desplazamiento?
Distancia___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Desplazamiento_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
6.- ¿Cuál es la diferencia entre rapidez y velocidad de un móvil?
Rapidez____________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Velocidad__________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
7.- En el siguiente sistema de coordenadas cartesianas en el que se representan los cuatro puntos
cardinales (norte, sur, este y oeste).utilicen una escala conveniente y realicen el siguiente ejercicio.
a).- un perro camina 4 m al este, después camina 3 m al norte y finalmente 2 m al oeste. Determinen:
¿Cuál fue la distancia total que recorrió? Y ¿Cuál fue su desplazamiento?
Distancia total___________________________________________________________
Desplazamiento total_____________________________________________________
Este
Norte
Sur
Oeste
9:
Las longitudes una magnitud de los cuerpos y una dimensión del espacio. Se mide calculando
la distancia en línea recta entre dos puntos. a b
La longitud es una magnitud que puede expresarse de diferentes modos:
a).- Como separación o proximidad entre dos cuerpos: l
b).- Como altura de un cuerpo: h
c).- Como profundidad: º p
d).- Como las tres dimensiones de un cuerpo; largo, ancho y espesor
La unidad fundamental para medir longitudes es metro su símbolo es ―m‖ para medir longitudes se
han diseñado diferentes aparatos como son:
a).- Micrómetro: Aparato para medir espesores o diámetros hasta centésimas de milímetros.
b).- Tornillo micrométrico: Instrumento utilizado en los microscopios y anteojos para medir
distancias muy pequeñas.
c).- Calibrador vernier o pie de Rey: Instrumento utilizado por los mecánicos para medir espesores,
diámetros interiores, exteriores y profundidades; en piezas como tornillos, barras, tubos esferas, etc.
d).- Flexómetro: Es una cinta metálica graduada comúnmente utilizada en el hogar, carpintería,
herrería, construcción, etc.
UTILIZACIÓN DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES DE LA FÍSICA
LA LONGITUD
10:
Contesta correctamente las siguientes cuestiones:
a).- ¿Qué es la longitud?_______________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- Escribe tres modos de expresar la longitud:
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿Cuál es la unidad fundamental para medir la longitud?__________________________________
d).- ¿Cuál es el símbolo para representar la unidad de longitud? _______________________________
e).- Escribe el nombre de tres instrumentos para medir longitudes._____________________________
__________________________________________________________________________________
Realiza las siguientes mediciones de longitud: Reúnete con otros compañeros y consigan una
regla o Flexómetro para hacer su actividad.
LONGITUD
MEDIDA EN (cm)
NOMBRE DEL
COMPAÑERO 1
NOMBRE DEL
COMPAÑERO 2
NOMBRE DEL
COMPAÑERO 3
Altura del alumno
Largo del zapato
Anchura de su
cuarta
Longitud alcanzada
al dar un paso
normal
Altura máxima del
salón de clases
Altura de la puerta
Largo o ancho de la
ventana
ACTIVIDAD Nº 3
11:
La masa es una magnitud física fundamental que tiene que ver con la cantidad de materia
que contiene un cuerpo.
La masa es una medida de la inercia, esto quiere decir que mientras mayor cantidad de masa
contiene un cuerpo cuando se le aplica una fuerza, mayor resistencia opone a cambiar su movimiento
que un cuerpo que tenga menor cantidad de masa.
La masa es una propiedad invariable; es decir, que no cambia en cualquier parte que se
encuentre, así un astronauta tendrá la misma cantidad de masa en la Tierra que en la luna o en Marte.
Al observar los cuerpos de nuestro entorno podemos hacernos la siguiente pregunta:
¿Puede tener más masa un cuerpo pequeño que uno grande?
Busquemos una respuesta experimental para esta pregunta. Lo que podemos hacer es lo siguiente:
a).- conseguir cuerpos de diferente tamaño pero del mismo material y comparar sus masas usando una
balanza.
b).- Conseguir cuerpos de diferente tamaño y diferente material; Comparar su masa usando una
balanza. Igual que el caso anterior.
Como puedes darte cuenta la balanza se inclinara del lado que se encuentre el cuerpo con mayor
masa.
La balanza es un instrumento utilizado para comparar la masa o cantidad de materia de dos o
más cuerpos. También podemos utilizarla para hacer medición, para lo cual necesitamos elegir una
unidad.
La unidad fundamental para medir la masa es el gramo su símbolo es ―g‖ pero como el gramo es
una unidad muy pequeña, el SISTEMA INTERNACIONAL toma como unida el kilogramo ―Kg‖.
Para grandes cantidades de masa se utiliza otra unidad llamada tonelada equivalente a 1000 Kg
LA MASA
12:
Determina con la ayuda de una balanza, la masa de los siguientes cuerpos. Escribe su valor en
gramos y en kilogramos, recuerda que un kilogramo tiene mil gramos, es decir 1 kg = 1000g y por lo
tanto, un gramo equivale a la milésima parte de un kilogramo, es decir: 1g = .001 kg
CUERPO MEDIDO MASA EN GRAMOS (g) MASA EN
KILOGRAMOS (kg)
Trozo de madera
Pelota de esponja
Trozo de hierro
Objeto de vidrio
Objeto de plástico
Trozo de plastilina
Esfera de unicel
Objeto de aluminio
Objeto de bronce
Trozo de tela
Contesta correctamente las siguientes cuestiones:
a).- ¿Qué es la masa? _________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- ¿Cuál es el nombre y símbolo de la unidad fundamental para medir la masa? _________________
_______________________________________________________________________________
c).- ¿Qué unidad utiliza el Sistema Internacional para medir la masa?___________________________
__________________________________________________________________________________
d).- ¿Qué unidad se usa para medir grandes cantidades de masa?_______________________________
_______________________________________________________________________________
e).- ¿Para qué sirve una balanza?________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
f).- ¿Qué tendrá más materia 100g de algodón o 100g de arena?_______________________________
_______________________________________________________________________________
g).- ¿Qué cuerpo tendrá más masa 80g de unicel o 30 g plastilina? _____________________________
_______________________________________________________________________________
h).- ¿Tendrán la misma masa dos calabazas que ocupan el mismo volumen, cuando a una se le ha
vaciado toda la pulpa? Explica, porqué___________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
i).- Si tienes dos cajas iguales; una llena de tuercas metálicas y otra de esferas de unicel. ¿Cuál podrás
mover más fácil? Explica porque________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
j).- Escribe una conclusión sobre esta actividad. ___________________________________________
ACTIVIDAD Nº 4
ACTIVIDAD Nº 5
13:
El tiempo es una magnitud física fundamental. El tiempo es un concepto difícil de definir. Todos hablamos de él, lo usamos, lo medimos, y hasta nuestra existencia esta marcada por el tiempo. Entonces entendemos que el tiempo es la duración de un fenómeno o el transcurrir entre un hecho y otro. POR EJEMPLO: La duración de una canción La duración de una clase La duración de un ciclo escolar La duración de una vuelta de la tierra sobre su eje La duración de una vuelta de la tierra sobre el Sol El transcurrir entre el relámpago y el trueno El transcurrir entre el nacimiento de Cristo y el descubrimiento de América El transcurrir entre salir de mi casa y llegar a la escuela El transcurrir entre nacer y morir
Después de entender qué es el tiempo, la siguiente pregunta es ¿Cómo medir el tiempo? A lo
largo de la historia el ser humano ha inventado una gran cantidad de métodos e instrumentos para medir esta magnitud.
Pero hay una unidad de medida que a perdurado por siempre, el día, de ésta se derivan otras unidades superiores, la semana, el mes, el año, el lustro, la década, el siglo, el milenio, etc. el día se divide en horas, éstas en minutos y éstos en segundos.
Las equivalencias son las siguientes: 1 día = 24 horas, 1hora = 60 minutos, 1 minuto = 60 segundos: por lo tanto 1 día = 24hr = 1440min = 86400seg
En Física la unidad fundamental de tiempo es el segundo, su símbolo es “s”, se mide con mayor precisión con un instrumento llamado cronómetro, los hay mecánicos y electrónicos de manera convencional se utiliza el reloj.
Determine en minutos y en segundos, los tiempos promedio que transcurre en los eventos señalados.
Evento Realizado Tiempo del evento en
minutos (min)
Tiempo del evento en
segundos (s)
Descanso entre clase y
clase
Duración de una clase
Duración que tarda un
profesor en llegar a clase
Duración para ir al baño
Jornada diaria en la
escuela
EL TIEMPO
ACTIVIDAD N°6
14:
Contesta correctamente las siguientes preguntas:
a).- ¿Qué es el tiempo?________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
b).- ¿Cuáles son los dos modos de entender el tiempo?_______________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
c).- Escribe dos ejemplos de tiempo, como duración de un fenómeno: __________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
d).- ¿Cuál es la unidad fundamental y símbolo para medir el tiempo?___________________________
_______________________________________________________________________________
e).- Si las personas debemos dormir como mínimo 8 hrs. al día ¿Cuántos minutos estamos
despiertos?_________________________________________________________________________
El área se obtiene mediante la multiplicación de diferentes longitudes, como el largo y el
ancho. El área puede calcular la medida de una habitación, una cancha de fútbol, un terreno, una
parcela o un patio.
La idea de área o superficie la tomamos de la observación de una de las caras de un cuerpo
Las superficies pueden ser planas o curvas y pueden tener forma geométrica definida o
totalmente irregular.
La necesidad de medir superficies surgió desde la antigüedad, pues para poder cobrar los
impuestos a los campesinos era necesario saber la extensión de la tierra que habían trabajado; de esta
actividad surgen los geómetras (medidores de las tierras).
En la actualidad la necesidad de medir superficies abarca una buena parte de nuestro quehacer
cotidiano, por ejemplo:
El papel tapiz para una pared nos lo venden en metros cuadrados
Los vidrios de una ventana se compran en m2
o cm2
Un albañil cobra su trabajo: muros, loza, piso, aplanados, etc. por m2
El impuesto predial se cobra por m2 de construcción o baldío.
La impermeabilización de techos se cobra por m2
La unidad fundamental para medir superficies o áreas es el ―metro cuadrado‖ (m2) el cual es
una unidad derivada.
EL ÁREA Y EL VOLUMEN
15:
100 cm
1000 mm
1m2 = 100 dm2 = 10 000 cm2 = 1 000 000 mm2
Por supuesto que para medir superficies procuraremos que tengan figuras geométricas definidas y así
poder aplicar las fórmulas correspondientes.
b
l h h h h r
l b b B b
A = l2
A = b . h A = b . h A = (B+b) . h A = b.h A = ¶ r2
2 2
El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. Este espacio puede ser geométricamente definido
o totalmente irregular.
Espacio geométricamente definido Espacio geométricamente irregular
En el caso de los cuerpos sólidos el volumen y la forma se conservan sin importar el recipiente que los
contiene.
En los líquidos el volumen se conserva pero la forma depende del recipiente que los contiene.
Los gases no tienen volumen ni formas propias, ambos dependen del recipiente que los contiene.
La unidad fundamental para la medición de volúmenes es el metro cúbico y su símbolo es (m3)
1 m3 = 1000 dm
3 = 1 000 000 cm
3 = 1 000 000 000 mm
3
Convencionalmente el volumen suele medirse en ―litros‖
1 litro = 1 dm3, por lo tanto 1cm
3 = 1 mililitro (1 ml).
Para medir terrenos de cultivo se utiliza una
Uni unidad agraria llamada ―área‖ se simboliza ―a‖
Y eqequivalente a 100 m2, aunque lo más común es un múltiplo de
Está está conocido como:
Hec hectárea = 100 áreas
1 ha 1 ha = 100 a = 10 000 m2
10 dm
1m
EL VOLUMEN
16:
1000 mm
100 cm La medición del volumen de cuerpos con espacio
geométricamente definido se hace aplicando
fórmulas matemáticas.
1m 10 dm
El volumen de cuerpos con espacio geométricamente irregular se mide ―por desplazamiento de un
líquido‖
V= ¶.r2.h V=4¶.r3
V = (Ab)(h) V= (Ab)(h)
3
V= ¶.r2.h
3 3
17:
Propósito: Qué el alumno aprenda a establecer áreas y volúmenes en cuerpos geométricos.
EJERCICIOS:
1.- Para determinar el área o superficie de un cuadrado o de un rectángulo, se multiplica lado por lado,
es decir A= l2; calcula el valor del área o superficie que se solicita.
a).- ¿Cuál es el valor de su área o superficie de una cancha de básquetbol? has el dibujo de la figura
geométrica.
b).- Mide la figura de madera y específica ¿cuál es su volumen? has el dibujo
c).- ¿Cuál es el volumen de una pelota de esponja? has el dibujo.
d).- Determina el volumen de una lata de refresco, has el dibujo.
Contesta correctamente las siguientes cuestiones:
a).- ¿De dónde tomamos la idea de superficie o área?________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- ¿Cuáles son las dos formas que puede tener una superficie?_______________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿Cuándo surge la necesidad de medir superficies?_______________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
d).- ¿Cuál es la unidad fundamental para medir la superficie?_________________________________
__________________________________________________________________________________
e).- ¿Qué es el volumen?______________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD N°7
18:
f).- ¿Cómo puede ser geométricamente el volumen de un cuerpo?______________________________
__________________________________________________________________________________
g).- ¿Qué pasa con el volumen y la forma de los sólidos?_____________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
h).- ¿Qué pasa con el volumen y la forma de los líquidos?____________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
i).- ¿Qué pasa con el volumen y la forma de los gases?_______________________________________
__________________________________________________________________________________
_____________ _____________________________________________________________________
j).- ¿Cómo se llama el método para medir el volumen de cuerpos irregulares?____________________
_____________________________________________________________ _____________________
Una tendencia natural de los seres humanos es tratar de comparar las cosas. Primero nos
comparamos con el mundo natural que nos rodea y así adquirimos la idea de lo grande y lo pequeño.
POR EJEMPLO: Una montaña es grande porque es muchas veces nuestro tamaño.
Una pluma es pequeña porque nosotros somos muchas veces su tamaño.
Después hemos buscado hacer comparaciones fuera de nosotros, es decir, establecer una relación de
comparación entre la misma cualidad de los cuerpos.
POR EJEMPLO:
Comparamos los tiempos en que suceden dos fenómenos, el receso y una hora clase
Comparamos la longitud de dos canchas, una de fútbol y otra de básquetbol
Comparamos el volumen de dos cuerpos, un refresco maxilitro y un paupau
Comparamos la superficie de dos cuerpos, el pizarrón y un cuaderno
En física suelen compararse las magnitudes o dimensiones de dos cuerpos o fenómenos. Estas
comparaciones se hacen matemáticamente a través de una división.
OBSERVA.
A B
Para comparar estas dos tablas, vemos cuántas veces cabe la B en la A. Observamos que cabe 3 veces
B en A por lo tanto, la comparación la podemos expresar de dos formas:
1.- La longitud de A es tres veces la de B A/B = 3
2.- La longitud de B es la tercera parte de A B/A = 1/3
LAS COMPARACIONES
19:
Escribe las dos maneras de expresar las comparaciones indicadas en cada inciso también su expresión
matemática. Compara las alturas
1.- ______________________________________________________
______________________________________________________
h 1 2.- ______________________________________________________
a).- h 2 ______________________________________________________
V 1 Compara los volúmenes
1.- _____________________________________________________
V 2 _____________________________________________________
2.- _____________________________________________________
b).- _____________________________________________________
Desde tiempos muy remotos el hombre ha tenido la necesidad de medir, es decir, saber cuál es
la magnitud de un objeto comparándolo con otros de la misma especie que le sirva de base o patrón,
pero el problema ha sido encontrar el patrón de medida. Por ejemplo, se habló de codos, varas, pies,
jemes, brazadas, para medir longitud; cuarterones, arrobas, quintales y cargas para medir masa; y
lunas, soles y lustros para medir tiempo. Los países grandes y ricos establecieron nuevas medidas
propias para demostrar su poderío y autonomía, dando como resultado un serio obstáculo para el
comercio entre los pueblos debido a la diversidad de unidades de medida.
Durante el siglo II a. C. hasta el siglo IV de nuestra era, a causa del dominio que ejercía el
Imperio Romano y al deseo de unificar las unidades empleadas, se utilizó la libra como unidad de
masa y la barra de bronce, llamada pie, como unidad de longitud. En la edad media, siglo V y al siglo
XV d. C. vuelve la anarquía en las unidades de medida. En 1795 se implanta el sistema Métrico
Decimal como resultado de la Convención Mundial de Ciencia efectuada en Francia. Las unidades
fundamentales fueron: el metro, el kilogramo-peso y el litro
DEFINICIONES DE MAGNITUD, MEDIR Y UNIDAD DE MEDIDA
Magnitud: Se llama magnitud a todo aquello que puede ser medido. La longitud de un
cuerpo (ya sea largo, ancho, alto, su profundidad, su espesor, su diámetro externo o interno), la masa,
el tiempo, el volumen, el área, la velocidad, la fuerza, etc., son ejemplos de magnitudes. Los
sentimientos como el amor, el odio, la felicidad, la ira, la envidia no pueden ser medidos, por tanto no
son magnitudes.
Medir: Es comparar una magnitud con otra de la misma especie que de manera arbitraria o
convencional se toma como base, unidad o patrón de medida.
Unidad de medida: Recibe el nombre de unidad de medida o patrón toda magnitud de valor
conocido y perfectamente definido que se utiliza como referencia para medir y expresar el valor de
otras magnitudes de la misma especie.
Una medición es una comparación entre dos porciones de una misma magnitud, una de las
cuales se toma como patrón.
ACTIVIDAD Nº 8
MEDICIONES Y PATRONES
20:
a).- Cuando decimos que la escuela está a 6 cuadras de mi casa, estamos comparando dos longitudes,
la distancia de la casa a la escuela y la longitud de una cuadra ésta última es el patrón.
El patrón cabe 6 veces en la distancia de la casa a al escuela. El valor ―6‖ es la medida.
CASA ESCUELA
LONGITUD DE UNA CUADRA
Cuando decimos que la dosis de algún medicamento es de 4 cucharadas al día, estamos comparando
dos volúmenes; el que debe ingerir por día al paciente y el de una cucharada.
El patrón es el volumen de una cucharada y cabe 4 veces en la dosis del paciente. El valor‖4‖ es la
medida.
Estos son sólo algunos ejemplos de la forma arbitraria en que elegimos patrones para hacer
mediciones.
Otros patrones que frecuentemente usamos son: pasos, gotas, cuartas, puños, brazos, pies, tazas,
pizcas, cuando cuente hasta, etc. Como estos patrones no son iguales para todos, no pueden ser
utilizados en el mundo científico; pues es fácil darse cuenta que las cuadras no son iguales en todos
lados, ni las cucharadas tienen todas la misma capacidad, o que los pasos, los brazos y los pies de una
persona son diferentes a los de otra.
Por todo esto en física se han creado patrones universales que sirven como unidad de medida de las
magnitudes.
El primer sistema de unidades bien definido que hubo en el mundo fue el Sistema Métrico
Decimal, implantado en 1795 como resultado de la Convención Mundial de Ciencia celebrada en
París, Francia. Este sistema tiene una división decimal y sus unidades fundamentales son: el metro,
kilogramo-peso y el litro. Además, para definir las unidades fundamentales utiliza datos de carácter
general como las dimensiones de la tierra y la densidad del agua.
A fin de encontrar una unidad patrón para medir longitudes se dividió un meridiano terrestre en
40 millones de partes iguales y se le llamó metro a la longitud de cada parte. Por tanto, definieron al
metro como la cuarenta millonésima parte del meridiano terrestre. Una vez establecido el metro como
unidad de longitud sirvió de base para todas las demás unidades que constituyeron al Sistema Métrico
Decimal, derivado de la palabra metrón que quiere decir medida.
Una ventaja importante del Sistema Métrico fue su división decimal, ya que mediante el uso de
prefijos como deci, centi o mili, algunos de los submúltiplos de la unidad, podemos referirnos a
decímetro, como la décima parte del metro,(0.1m);a centímetro, como la centésima parte(0.01m); y a
milímetro, como la milésima parte del metro(0.001m). Lo mismo sucede para el litro o el kilogramo,
de manera que al hablar de prefijos como deca, hecto o kilo, algunos de los múltiplos de la unidad,
podemos mencionar al Decámetro, Hectómetro o kilómetro como equivalentes a 10, 100 ó 1000
metros, respectivamente.
SISTEMA MÉTRICO DECIMAL
21:
En 1881, como resultado del gran desarrollo de la ciencia y por supuesto de la física, se adopta
en el Congreso Internacional de los Electricistas realizado en Paris, Francia, un sistema llamado
absoluto: el Sistema Cegesimal o CGS propuesto por el físico alemán Karl Gauss. En dicho sistema las
magnitudes fundamentales y las unidades propuestas para las mismas son: para longitud el centímetro,
para la masa el gramo y para el tiempo el segundo. En ese entonces ya se observaba la diferenciación
entre los conceptos de masa y peso de un cuerpo, porque se tenía claro que el peso era el resultado de
la fuerza de atracción gravitacional ejercida por la Tierra sobre la masa de los cuerpos.
En 1935, en el Congreso Internacional de los Electricistas celebrado en Bruselas, Bélgica, el
ingeniero italiano Giovanni Giorgi propone y logra que se acepte su sistema, también llamado
absoluto, pues como magnitud fundamental se habla de la masa y no del peso de los cuerpos. Este
sistema recibe el nombre de MKS, cuyas iníciales corresponden al metro, al kilogramo y al segundo
como unidades de longitud, masa y tiempo, respectivamente.
En virtud de que en el mundo científico se buscaba uniformidad en un solo sistema de unidades
que resultara práctico, claro y acorde con los avances de la ciencia, 1960 científicos y técnicos de todo
el mundo se reunieron en Ginebra, Suiza y acordaron adoptar el llamado Sistema Internacional de
Unidades (SI). Este sistema se basa en el MKS. El sistema internacional tiene como magnitudes y
unidades fundamentales las siguientes: para longitud al metro(m), para la masa al kilogramo (kg),
para tiempo al segundo(s), para temperatura al grado Kelvin (k), para intensidad de corriente eléctrica
al ampere(A),para intensidad luminosa la candela (cd) y para cantidad de sustancia al mol (mol).
LA DEFINICION DEL METRO PATRON:
La definición actual del metro patrón corresponde a 1 650 763.73 veces la longitud de la onda
luminosa emitida por el átomo de criptón de masa atómica 86, durante el salto de un electrón entre los
niveles 2p10 y 5d5 y a lo largo de una descarga eléctrica. Esta nueva definición más precisa del metro
patrón eliminó a al anterior que equivalía a la cuarenta millonésima parte del meridiano terrestre y que
en realidad tenia una diferencia de 0.023% del valor de la barra correspondiente al metro patrón.
¿Pero que es el metro patrón? Para la longitud se creó un patrón llamado metro que es la distancia
entre dos trozos paralelos, grabados cerca de los extremos de una barra metálica, fabricada con una
aleación de 90% de platino y 10% de iridio. Está se encuentra en Sévres, París.
LA DEFINICION DEL KILOGRAMO PATRON:
Primero se definió como la masa de un decímetro cúbico de agua pura en su máxima densidad
(4ºC). Su definición actual es la siguiente: un kilogramo patrón equivale a la masa de un cilindro hecho
de platino e iridio, el cuál se conserva como modelo en la oficina Internacional de pesas y medidas
localizada en Sévres, París, Francia
SISTEMA CEGESIMAL ó CGS
SISTEMA MKS
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
22:
LA DEFINICION DEL SEGUNDO PATRON:
Se definió como la 1/86400 parte del día solar medio y como la 1/31 566 962 parte del primer
año trópico del siglo pasado(1900).Actualmente se define como la duración de 9 192 631 770 ciclos de
la radiación de cierta transición del electrón en el átomo de cesio de masa atómica 133.
El empleo del SI como único sistema que el hombre acepta a nivel científico y comercial en todo
el mundo, representa no sólo el avance de la ciencia, sino también la posibilidad de emplear un
lenguaje especifico para expresar cada magnitud física en una unidad de medida basada en
definiciones precisas respecto a fenómenos y situaciones naturales.
Esperemos que en poco tiempo, con el progreso de la ciencia y de la humanidad, el único sistema
utilizado por sus múltiples ventajas sea el Sistema Internacional de Unidades (SI). Actualmente, aún se
utiliza, sobre todo en Estados Unidos, el Sistema Inglés (pie, libra y segundo) y el Sistema CGS;
Además de los llamados Sistemas Gravitacionales, Técnicos o de Ingeniería, que en lugar de masa se
refieren al peso como unidad fundamental
En base en la lectura de mediciones y patrones contesta correctamente las siguientes preguntas:
a).- ¿Qué es una magnitud?____________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
b).- ¿Qué es una medición?____________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
c).- ¿Qué es un patrón en una medición?_________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
d).- ¿Qué es medir?__________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
e).- Escribe 3 patrones arbitrarios para medir longitudes:____________________________________________
______________________________________________________________________________________
f).- Escribe 3 patrones arbitrarios para medir masa:_________________________________________________
______________________________________________________________________________________
g).- ¿Porqué razón en física se crearon patrones universales?_________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
h).- ¿Cuál fue el primer sistema de unidades que hubo en el mundo y en qué año se estableció?______________
i).- ¿Qué significa la palabra metrón?____________________________________________________________
j).- ¿Cuáles son las unidades que manifiesta el sistema CGS, adoptado en el Congreso Internacional de los
Electricistas?_______________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
k).- Bajo qué condiciones se establece el Sistema Internacional de Unidades y en qué año?
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
l).- De qué esta hecho el metro patrón que se encuentra en Sévres, París, Francia?_________________________
__________________________________________________________________________________________
m).-¿Cómo se define el kilogramo en relación al agua?______________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 9
23:
n).- ¿Qué es el kilogramo patrón?_______________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
ñ).- ¿Cómo se define el segundo patrón?_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
En física se ha llegado a la conclusión de que las unidades de cualquier magnitud
pueden expresarse en función de siete magnitudes fundamentales: longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente, intensidad luminosa, temperatura, y cantidad de sustancia. Las unidades fundamentales del S.I. figuran en el cuadro de unidades fundamentales. Acerca de los nombres y símbolos de las unidades, se han instituido las reglas que se indican a continuación. 1.- Todas las unidades se anotan con minúscula. 2.- Existe un símbolo para cada unidad. 3.- Solamente se escribe con mayúscula los nombres de las unidades que provienen de un nombre propio.
Sistema Internacional de medidas
Magnitud
unidad
Nombre Símbolo
Longitud metro m
Tiempo segundo s
Masa kilogramo kg
Intensidad de
corriente
Ampere A
Temperatura Kelvin K
Intensidad
luminosa
Candela cd
Cantidad de
sustancia
Mol mol
UNIDADES FUNDAMENTALES Y PREFIJOS
24:
Para obtener unidades mayores y menores que las fundamentales se aplican algunas palabras
griegas que se anteponen al nombre de la unidad, por lo cual se les llama prefijos.
.
25:
Estos prefijos se aplican ampliamente al metro y al gramo.
MÚLTIPLOS SÚBMULTIPLOS
decámetro (dam) decímetro (dm)
hectómetro (hm) centímetro (cm)
kilómetro (km) milímetro (mm)
megámetro (Mm) micrómetro (µm)
gigámetro (Gm) nanómetro (nm)
terámetro (Tm) picómetro (pm)
petámetro (Pm) femtómetro (fm)
exámetro (Em) attómetro (am)
zetámetro (Zm) zeptómetro (zm)
yottámetro (Ym) yoctómetro (ym)
decagramo (dag) decigramo (dg)
hectogramo (hg) centígramo (cg)
kilogramo (kg) miligramo (mg)
megágramo (Mg) microgramo (µg)
gigágramo (Gg) nanógramo (ng)
terágramo (Tg) picógramo (pg)
petágramo (Pg) femtógramo (fg)
exágramo (Eg) attógramo (ag)
zetágramo (Zg) zeptógramo (zg)
yottágramo (Yg) yoctógramo (yg)
minuto (min) decisegundo (ds)
hora (hr) centísegundo (cs)
día milisegundo (ms)
mes microsegundo (µs)
año nanósegundo (ns)
lustro picó segundo (ps)
década femtósegundo (fs)
siglo attósegundo (as)
milenio zeptósegundo (zs)
Eón yoctósegundo (ys)
Observa que en el caso del tiempo los múltiplos no corresponden a los prefijos; aún
siguen usándose unidades tradicionales.
METRO
GRAMO
SEGUNDO
26:
Contesta correctamente las siguientes cuestiones.
a).- Escribe las 7 magnitudes fundamentales:______________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- Escribe las 7 unidades fundamentales:________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿Cómo se llama el sistema formado por las 7 magnitudes fundamentales?____________________
__________________________________________________________________________________
d).- ¿Qué es un prefijo?_______________________________________________________________
e).- ¿Cuál prefijo significa un millón?____________________________________________________
f).- ¿Cuál prefijo significa una millonésima parte?__________________________________________
g).- ¿Qué es un miligramo (mg)?________________________________________________________
h).- ¿Qué es un centísegundo (cs)?_______________________________________________________
i).- ¿Qué es un micrómetro (µm)?_______________________________________________________
j).- ¿Qué es un decigramo (dm)?________________________________________________________
k).-¿Qué es un decámetro (dam)?_______________________________________________________
l).- ¿Qué es un Megámetro (Mm)?_______________________________________________________
m.-¿Cuántos miligramos forman un gramo?_______________________________________________
n.-¿Cuántos microsegundos forman un segundo?___________________________________________
ñ.-¿Cuántos segundos hay en una hora?___________________________________________________
o.-¿Cuántos metros hay en un hectómetro?________________________________________________
p.-¿Cuántos gramos hay en un megágramo?_______________________________________________
ACTIVIDAD Nº 10
27:
La velocidad y la rapidez generalmente se usan como sinónimos, no obstante que la rapidez es
una cantidad escalar que únicamente indica la magnitud de la velocidad; y la velocidad es una
magnitud vectorial, pues para quedar bien definida requiere que se señale, además de su magnitud, su
dirección y sentido. Cuando un móvil sigue una trayectoria en línea recta, recorriendo distancias
iguales en cada unidad de tiempo, su rapidez y velocidad permanecen constantes; en cambio, si en una
trayectoria curva el móvil logra conservar una rapidez constante, por ejemplo 50km/h, su velocidad va
cambiando, aunque su magnitud, o rapidez, no varía, pero su sentido si va modificándose. En
conclusión, cuando en física se habla de velocidad, no se refiere sólo a la rapidez con que se mueve un
cuerpo, si no también en qué dirección lo hace.
La dirección de la velocidad de un cuerpo móvil queda determinada por la dirección en la cual
se efectúa su desplazamiento. La velocidad de un cuerpo puede ser constante o variable. Por ejemplo,
un ciclista al inicio de una carrera va aumentando paulatinamente su velocidad durante algunos tramos
en línea recta, la conserva constante; al subir una cuesta reduce su velocidad, misma que incrementa
durante la bajada. Al final de la carrera, trata de incrementar al máximo su velocidad hasta llegar a la
meta, después la va disminuyendo hasta detenerse totalmente.
La velocidad es la relación entre el espacio recorrido por un cuerpo y el tiempo empleado en
recorrerlo. Se expresa mediante la relación
V = d/t V = velocidad
d = distancia
t = tiempo
Las unidades de velocidad son derivadas o compuestas por unidades de longitud entre unidades de
tiempo.
cm⁄s ; m⁄s ; km⁄h; km⁄s; pies⁄s; yardas⁄s; etc.
Si la velocidad es constante entonces el cuerpo recorre distancias iguales en tiempos iguales, es decir,
el movimiento es uniforme.
Cuando la velocidad varía, el movimiento es acelerado y por lo tanto, recorre distancias diferentes en
tiempos iguales.
Cuando un cuerpo se encuentra en reposo su velocidad es cero y para iniciar el movimiento es
necesario aplicar una fuerza.
En la naturaleza es muy difícil que un cuerpo se mueva con velocidad constante. Por ejemplo si
viajamos de la casa a la escuela en bicicleta, el tráfico, las condiciones del camino, etc., impedirán que
mantengamos una velocidad constante; por lo tanto, si medimos la distancia recorrida y la dividimos
entre el tiempo empleado en recorrerla obtenemos la VELOCIDAD MEDIA del trayecto.
Con la fórmula dada, es posible resolver algunos problemas sencillos de cálculo de la velocidad media,
para lo cual debemos observar que en dicha fórmula aparecen tres variables, la distancia, el tiempo y la
velocidad, por lo tanto, hay tres tipos de problemas que se nos pueden plantear.
a).- QUE NOS PIDAN LA VELOCIDAD.
Un ciclista recorre 320 km en 8h ¿cuál es su velocidad media? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d = 320 km v = d ⁄ t v = 320 km ⁄ 8h v = 40km ⁄ h
t = 8 h
v = ?
b).- QUE NOS PIDAN LA DISTANCIA.
Un auto conserva una velocidad media de 80 km/h ¿Qué distancia recorrerá en 4.5 h? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
v = 80km/h v = d / t d = (80km/h)(4.5h) d = 360 km
d = ? DESPEJE
t = 4.5 h d = (v)(t)
LA VELOCIDAD
28:
c).- QUE NOS PIDAN EL TIEMPO.
La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s ¿en cuánto tiempo escucharemos un sonido producido
a un kilómetro de nosotros? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
v = 340 m/s v = d / t t = 1000 m t = 2.95 s
t = ? 340 m/s
d = 1000 m DESPEJE
t = d /v
PROPÓSITO: Desarrollar en los alumnos la habilidad matemática, mediante la resolución de los
problemas cotidianos.
Resuelve los siguientes problemas de velocidad.
a).- Un auto recorre 273 km en 3h.¿cuál es su velocidad media? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- Un avión se desplaza con una velocidad media de 500km/h ¿qué distancia recorrerá en 1.3h? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
c).- Un corredor mantiene una velocidad media de 5m/s ¿cuánto tiempo tardará en recorrer 5000 m?
exprese el resultado en minutos y en horas. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d).- La velocidad de la luz es de 300 000 km/s ¿qué distancia recorrerá en medio minuto? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 11
29:
e).- Una persona camina con una velocidad media de 1.6 m/s ¿cuánto tiempo tardará en recorrer medio
kilómetro? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
f).- El maratón en la Olimpiada de 1936, en un recorrido de 42 km y 194 metros, fue ganado por un
muchacho japonés que hizo un tiempo de 2hr 29min 19seg. ¿Cuál fue su velocidad media en km/h y
m/s? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
g).-En un juego de golf una pelota viaja con una velocidad de 0.90 m/s si la pelota llega al hoyo
después de 3.5 segundos de haber sido golpeada. ¿A qué distancia se encontraba el hoyo? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
h).- Un camión con una velocidad constante de 70 km/h ¿Qué distancia habrá recorrido a los
25 minutos? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
i).- En que tiempo llegará la luz del sol a la tierra si recorre una distancia de 1.5X 1011
m y sabemos
que la velocidad de la luz es de 3 X 108m/s.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
30:
j).- ¿Cuál será la velocidad media de un camión que recorre 1100 km en 14 horas? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
k).- ¿Qué distancia recorrerá un muchacho en una bicicleta en 15 minutos, si lleva una velocidad de 12
m/s? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
l).- ¿En que tiempo un atleta recorre 45 km, si lleva una velocidad media de 5 m/s? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
m).- ¿Qué distancia recorrerá la tierra en 30 minutos si su velocidad media es de 29.8 km/s? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
n).- ¿Cuál será la velocidad de un tren que recorre 560 km en 6.5 hr? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
31:
RECUERDA QUE:
La acústica es la parte de la Física que se encarga del estudio de los sonidos.
Las ondas mecánicas son ocasionadas por perturbaciones y para su propagación en forma de
oscilaciones periódicas, requieren de un medio material.
Las ondas electromagnéticas se originan por oscilaciones extremadamente rápidas de un campo
electromagnético y no necesitan de un medio material para su propagación, pues se difunden aun en
el vacío, tal es el caso de las luminosas, caloríficas, y de radio entre otras.
Una onda mecánica representa la forma como se propaga una vibración o perturbación inicial,
trasmitida de una molécula o otra y así sucesivamente en los medios elásticos. Al punto donde se
genera la perturbación inicial se le llama foco o centro emisor de las ondas.
Los movimientos ondulatorios pueden ser longitudinales, si la partícula del medio material vibra
paralelamente a la dirección de propagación de la onda, como las que se producen cuando al tirar un
resorte, éste oscila de abajo hacia arriba. serán transversales si las partículas del medio material
vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, tal es el caso de las que se
producen al arrojar una piedra en un estanque.
Las ondas también se pueden clasificar en lineales si se propagan en una sola dimensión, como las
que se producen en una cuerda o en un resorte, superficiales, si se difunden en dos dimensiones,
como las producidas en una lámina metálica o en la superficie de un líquido, tridimensionales, si se
propagan en todas direcciones, como la luz, el calor y el sonido entre otras.
La longitud de onda es la distancia entre dos frentes de onda que están en la misma fase.
La frecuencia de una onda es el número de ondas que están en la misma fase.
El período es el tiempo que tarda en realizarse un ciclo de una onda.
La velocidad de propagación (V) de una onda es aquella con la cual se propaga un pulso a través de
un medio. su expresión matemática es: V = λ / Τ ó V =(λ)(F)
La reflexión de las ondas se presentan cuando éstas encuentran un obstáculo que les impide
propagarse, chocan con él, cambian de sentido con una elongación contraria, sin modificar sus demás
características.
La refracción de las ondas se presentan cuando éstas pasan de un medio a otro de distinta densidad,
lo que origina que cambien su velocidad de propagación y su longitud de onda, conservando
constante su frecuencia.
La difracción de las ondas se presentan cuando una onda encuentra un obstáculo en su camino y lo
rodea o contornea.
El sonido es el fenómeno físico que estimula al oído. En los seres humanos, se percibe cuando un
cuerpo vibra a una frecuencia comprendida entre 15 y 20 000 ciclos/s.
Una onda sonora se propaga por el aire, está constituida por una serie de compresiones y
enrarecimientos sucesivos del aire, en la que cada molécula individual transmite la energía de la onda
sonora a las moléculas que están cerca de ella. Sin embargo, una vez que pasa la onda sonora, las
moléculas recuperan más su misma posición.
El efecto Doppler consiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido, durante el
movimiento relativo entre quien escucha y al fuente sonora.
MOVIMIENTO ONDULATORIO
EL SONIDO Y SU PROPAGACIÓN
32:
Con el propósito de que interpretes correctamente cuáles son las características del movimiento
ondulatorio, realiza la siguiente: INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.
1.- Reúnete con tu equipo de trabajo y respondan lo siguiente.
a).- ¿Cuál es la diferencia fundamental entre una onda mecánica una onda
electromagnética?___________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
b).- Si se observa un resorte al cual se le da un tirón provocándole expansiones y compresiones.
Explica por qué razón se producen ondas longitudinales en el medio material, es decir, en el aire,
debido al movimiento de abajo hacia arriba del resorte._____________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
c).- Si se aprecia una piedra que es arrojada en un recipiente con agua. Explica por qué decimos que
se forman ondas transversales en el agua.________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
d).- ¿Cómo puedes explicar, por medio de un ejemplo, que en las ondas mecánicas la que se desplaza
o avanza es la onda y no las partículas del medio material?___________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD N° 12
33:
e).- Explica por medio de un ejemplo, como se pueden producir ondas superficiales.______________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
f).- Explica cuál es la característica de la propagación de las ondas tridimensionales y da dos ejemplos
de ellas:
características:______________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Ejemplo 1__________________________________________________________________________
Ejemplo 2__________________________________________________________________________
g).- En la siguiente figura se muestran las características de las ondas transversales. Obsérvala y
contesta que se entiende por:
Longitud de onda__________________________________________________
_________________________________________________________________
Frecuencia________________________________________________________
_________________________________________________________________
Período____________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Nodo______________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Elongación__________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Amplitud de onda____________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Cresta_____________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Valle______________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Longitud de onda ____________________________________________________________________
nodo λ
Elongación
34:
Velocidad de propagación_____________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Frecuencia__________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Para que expliques correctamente qué produce el sonido y como se trasmite, resuelve el siguiente:
cuestionario.
1.- ¿Qué es el sonido?_________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
2.- ¿Cómo se produce el sonido?________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
3.- ¿Cuándo es infrasónica una onda sonora?______________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
4.- ¿Cuándo es ultrasónica una onda sonora?______________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
5.-En al siguiente figura se muestra un timbre dentro de una campana de vacío. Explica por qué al
extraer el aire que está dentro de la campana no se escuchará la alarma del timbre, aunque se
produzca un sonido muy intenso.
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
________________________________________________
________________________________________________
6.- ¿Se trasmite el sonido en los sólidos, líquidos y gases?.___________________________________
En caso de respuesta afirmativa, explica con ejemplos cómo se puede demostrar que el sonido se
trasmite en los diferentes estados de agregación de la materia.
Sólidos_____________________________________________________________________________
Líquidos____________________________________________________________________________
Gaseosos___________________________________________________________________________
35:
7.- Escribe cuál es la velocidad de propagación del sonido en los siguientes medios y a qué
temperatura se determina dicho valor:
Aire:_______________________________________________________________________________
Agua:______________________________________________________________________________
Hierro:_____________________________________________________________________________
8.- Observando y comparando los valores de la velocidad de propagación del sonido para diferentes
medios, ordena de mayor a menor, en que estado de agregación se propaga más rápido el sonido:
El sonido se propaga más rápido en el estado:_____________________________________________
Luego le sigue el estado:_______________________________________________________________
El estado donde se propaga a menor velocidad es el:________________________________________
La acústica es la parte de la física que se encarga del estudio de los sonidos.
Los fenómenos acústicos, consecuencia de algunos efectos auditivos provocados por el sonido son los
siguientes:
Eco: se origina por la reflexión continua de un sonido que produce su repetición. Una aplicación del
eco se tiene al medir la profundidad del mar, usando un aparato llamado sonar.
Resonancia: se presenta cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con su frecuencia
natural de vibración. El fenómeno se aplica en las cajas de resonancia de algunos instrumentos para
aumentar el sonido original.
Reverberación: se produce después de escuchar un sonido original, éste persiste dentro de un lugar.
Se reduce empleando cortinas o cubriendo las paredes con corcho o alfombra.
Efecto Doppler: Consiste en un cambio aparente en la frecuencia de un sonido, durante el
movimiento relativo entre el observador y la fuente que produce las ondas. Por ejemplo, la sirena de
la ambulancia en reposo emite ondas sonoras en todas direcciones a una frecuencia particular,
cuando la ambulancia se mueve rápidamente conforme se acerca a nosotros, percibimos un mayor
número de ondas por segundo y el sonido se aprecia más agudo. Cuando la ambulancia se aleja de
nosotros llega un número menor de ondas, es decir, la frecuencia es menor y, por lo tanto, el sonido
es más grave.
Intensidad: Se refiere a la cantidad de energía que la onda sonora transmite y es numéricamente
proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda. Cuando mayor sea la intensidad del sonido. Más
fuerte lo oímos. Por intensidad los sonidos se dividen en fuertes y débiles. Y se mide en una unidad
llamada decibeles (db).
Tono: permite la clasificación en graves y agudos, como ya sabemos, el sonido se propaga en forma
de ondas longitudinales, y es la frecuencia de la onda la que determina su tono. Una onda sonora que
tiene una frecuencia pequeña tiene un sonido grave, como el producido por un tambor, mientras que
36:
una onda con frecuencia grande, tiene sonido agudo como el de un violín. Galileo Galilei fue el
primero en notar esta relación entre frecuencia y tono.
Timbre: Es la cualidad que permite distinguir entre sonidos de la misma intensidad y tono emitidos
por instrumentos diferentes. Esta cualidad del sonido es la que nos permite distinguir los diferentes
instrumentos de una orquesta o las voces de familiares y amigos.
Pulsaciones: Cuando dos notas de un tono ligeramente distinto suenan al mismo tiempo, se escucha
pulsaciones (batido). Este efecto puede producirse con dos diapasones, uno de los cuales esté
ligeramente fuera de tono con respecto al otro, que se hacen sonar simultáneamente. Con ello, la
intensidad del sonido sube y baja periódicamente.
Llamamos sonido a la sensación que percibimos cuando las vibraciones son regulares, captadas
de una forma continua durante cierto intervalo de tiempo y esta sensación es agradable.
PROPÓSITO: medición de la velocidad-tiempo en el MRU
MATERIAL: 1 cronómetro
1 Flexómetro
¿Quién alcanza la máxima velocidad media del grupo?
Formar equipos de 8 participantes, uno de los cuales será el cronometrista (medidor del tiempo)
Marcar en el patio de la escuela una distancia de 400 m
Cada uno de los 8 participantes recorrerá la distancia y el cronometrista medirá y registrará el tiempo
de cada corredor
Todo el equipo participará en el cálculo de las velocidades
Consulta los resultados de los otros equipos del grupo para localizar al de mayor velocidad media
Nombre del corredor distancia tiempo Velocidad media
400 m
400 m
400 m
400 m
400 m
400 m
400 m
400 m
400 m
ACTIVIDAD Nº 13
37:
Es la velocidad de un móvil en determinado instante. Hasta ahora hemos visto cuerpos que se
mueven con velocidades constantes en el tiempo.
Cuando viajamos en un automóvil, cuya velocidad va cambiando y observamos que en el
velocímetro la velocidad va aumentando desde que parte del reposo, decimos que el movimiento no es
uniforme.
El movimiento de un cuerpo no siempre es uniforme, debido a que las fuerzas que lo modifican
pueden ser diferentes.
El movimiento de un cuerpo dependiendo de su velocidad puede ser: Uniforme o Variado
Movimiento Uniforme.- cuando el móvil recorre distancias iguales en tiempos iguales.
Movimiento Variado.- cuando el móvil va cambiando su velocidad a medida que transcurre el tiempo.
Es decir experimenta una aceleración
Es el cambio de la velocidad en la unidad de tiempo. Si la velocidad aumenta, la aceleración es positiva.
Si la velocidad disminuye, la aceleración es negativa.
La aceleración es una magnitud vectorial, pues al igual que la velocidad tiene módulo, dirección,
sentido y punto de aplicación.
De acuerdo a la definición de la aceleración su fórmula es la siguiente:
a = vf – vi a = aceleración
t vf = velocidad final
vi = velocidad inicial
t = tiempo
las unidades de aceleración son unidades de velocidad entre unidades de tiempo.
Unidades de velocidad m/s = m/s2 unidades de aceleración
Unidades de tiempo s
Si un cuerpo aumenta su velocidad en la misma cantidad cada unidad de tiempo, se dice que
tiene un movimiento uniformente acelerado
v = 0 v = 3 m/s v = 6 m/s v = 9 m/s v = 12 m/s
A B C D E F
1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
¿Cuánto vale la aceleración e el intervalo A E?
Incremento de velocidad de 0 m/s a 12 m/s, tiempo transcurrido 4 seg.
¿COMO ES EL MOVIMIENTO CUANDO
LA VELOCIDAD CAMBIA?
LA ACELERACIÓN
38:
Analizando: DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
vi = 0 a = vf – vi a = (12 – 0 ) m/s a = 3 m/s2
vf = 12 m/s t 4 s
t = 4 s
a = ?
¿Cuánto vale la aceleración en el intervalo B D?
Incremento de velocidad de 3 m/s a 9 m/s, tiempo trascurrido en el intervalo B D 2 seg. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
vi = 3 m/s a = vf – vi a = (9 - 3) m/s a = 3 m/s2
vf = 9 m/s t 2 s
t = 2 s
a = ?
Como podemos observar para cualquier intervalo del movimiento la aceleración es siempre 3 m/s2 y
por esto es un movimiento uniformente acelerado.
En la fórmula de la aceleración intervienen cuatro variables, por lo tanto, hay cuatro tipos de
problemas que nos pueden plantear:
a).- qué nos pidan la aceleración, lo cual ya quedó demostrado en los ejercicios anteriores.
b).- qué nos pidan la velocidad inicial:
―Un auto mantiene durante 5 segundos una aceleración de 3 m/s2 si al cabo de este tiempo alcanza una
velocidad de 40 m/s ¿cuál será la velocidad inicial? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
t = 5 s a = vf – vi vi = 40 m/s – [(5 s) (3 m/s)]vi = 25 m/s a=3m/s2
t
t = 4 s DESPEJE
v i = ? t . a = vf - vi
vi = vf – (t . a)
c).- qué nos pidan velocidad final:
―Un auto parte del reposo con una aceleración constante de 3 m/s2. ¿Cuál será su velocidad al
transcurrir 6 segundos?‖ DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
vi = 0 a = vf – vi vf = (3 m/s2) ( 6 s ) + 0 vf = 18 m/s
vf = ? t
t = 6 s DESPEJE
a = 3 m/s2
a . t + vf – vi
vf = a . t + vi
d).- qué nos pidan el tiempo:
―Un avión parte del reposo con una aceleración constante de 10 m/s2 ¿en cuánto tiempo alcanzará una
velocidad de 80 m/s?‖ DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
vi = 0 a = vf – vi t = (80 –0 ) m/s t = 8 s
vf = 80 m/s t 10 m/s2
t = ?
a = 10 m/s2
39:
LAS ECUACIONES MATEMATICAS DEL MOVIMIENTO
ACELERADO SON:
Si el móvil parte con
velocidad inicial
Si el móvil parte del reposo
a = vf – vi
t
a = vf
t
vf = vi + a . t vf = a . t
d = ( vf + vi )
t d = vf . t
2
d = vi . t + a . t2
2
d = a . t2
2
2 a . d = vf2 – vi
2
2 a . d = vf2
PROPÓSITO: desarrollar en el alumno la habilidad matemática.
Resuelve los siguientes problemas de movimiento uniformemente acelerado.
NOTA: recordar que las cantidades se pueden sumar o restar algebraicamente sólo cuando
tienen las mismas unidades.
a).- Un auto mantiene una velocidad constante de 20 m/s, de pronto acelera durante 5 segundos y
aumenta su velocidad hasta 30 m/s ¿cuál fue su aceleración? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- Un ciclista parte del reposo con una aceleración de 3 m/s2 ¿qué velocidad llevará a los 10 seg?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 14
40:
c).- Un motociclista parte del reposo con una aceleración constante de 5 m/s2 ¿en cuánto tiempo
alcanzará una velocidad de 20 m/s? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d).- Un corredor parte del reposo y después de 8 segundos alcanza una velocidad de 32 m/s ¿cuál es su
aceleración?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
e).- Un automovilista que se desplaza con una velocidad constante de 72 km/h disminuye su velocidad
a 36 km/h en 10 segundos. Calcula su aceleración en m/s2.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
f).- Un motociclista se desplaza hacia el Oeste de una población con una velocidad de 10m/s sin
cambiar de dirección y aumenta su velocidad hasta 30 m/s en 2 segundos. Determina su aceleración en
m/s y km/h. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
g).- ¿Cuál será la velocidad final de un móvil que tiene una velocidad inicial de 50 cm/s y experimenta
una aceleración de 8 cm/s2 durante 5 segundos?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
41:
h).- Un muchacho en una patineta baja por una pendiente, si parte del reposo y alcanza una aceleración
de 2m/s2 en 6 segundos. ¿Cuál será su velocidad final?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
i).- Un ciclista arranca desde el reposo y mantiene una aceleración constante de 0.5 m/s2. Encontrar:
* ¿En qué tiempo recorrerá una distancia de 1.2 km?
* ¿Qué velocidad llevará en ese tiempo? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
j).- Un automóvil que lleva una velocidad de 25 km/h aumenta su velocidad en 6 segundos. Si su
aceleración es constante.
* ¿Cuál será su aceleración?
* ¿Qué distancia recorrió en ese tiempo? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
k).- Un camión que lleva una velocidad de 90 km/h al llegar a un semáforo aplica los frenos para
detenerse en 4 segundos. Encontrar:
* Su aceleración
* La distancia que recorrió para detenerse.
* La velocidad que llevaba a los 3 segundos de aplicar los frenos. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
42:
PROPÓSITO: que el alumno represente gráficamente las variables del M.U.A. con ejemplos
cotidianos.
Supongamos que realizas un viaje con tu familia en automóvil y decides observar y medir el cambio
del kilometraje del coche en su desplazamiento. Para ello, llevas contigo un cronómetro. De está forma
obtienes, aproximadamente, los siguientes datos:
Velocidad
km/h
0 30 60 90 120 120 120
Tiempo
(s)
0 10 20 30 40 50 60
Transforma las velocidades que aparecen en la tabla a m/s, y escríbelas en la tabla siguiente.
Nota:
1 km = 1000 m
1 hr = 3600 s
30 km = 30 X 1000 = 8.33 m
hr 1 X 3600 s
Velocidad
m/s
0 8.33
Tiempo
(s)
0 10 20 30 40 50 60
2.- Calcula ahora la aceleración para cada tiempo y anota los datos en la siguiente tabla.
aceleración
m/s2
0 0.833
Tiempo (s) 0 10 20 30 40 50 60
a = vf – vi a = 8.33 – 0 m/s = 0.833 m/s2
t 10 s
ACTIVIDAD Nº 15
43:
3.- Representa la gráfica de la aceleración frente a tiempo (a- t) a (m/s
2)
8..33
t (s)
10 20
Analiza la grafica obtenida y anota tus conclusiones:________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
4.- Con los datos de la primera tabla:
a) Determina la distancia recorrida por el móvil en cada intervalo._____________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Galileo Galilei, astrónomo, matemático y físico, italiano, presentó al mundo un nuevo método
científico más digno de confianza ―El método Experimental‖, con el que nació una nueva era en la
ciencia.
En ese tiempo el filósofo griego Aristóteles pensaba que los cuerpos pesados caían más aprisa
que los ligeros. Galileo encontró que esa teoría estaba equivocada.
Se cuenta que en una ocasión, que Galileo atrajo a una gran cantidad de gente a la torre inclinada
de Pisa, donde él había subido por la escalera de caracol hasta el campanario en la parte superior;
desde ahí dejó caer dos cuerpos, uno grande y el otro pequeño.
Los cuerpos descendieron uno al lado del otro, golpeando juntos el suelo. Galileo comprobó que
todos los cuerpos grandes y pequeños, en ausencia de fricción del aire, caen a la tierra con la misma
aceleración.
Los experimentos realizados en diferentes puntos de la tierra demuestran que la aceleración
debida a la gravedad no es la misma en todas partes, sino que hay pequeñas variaciones, pero son tan
pequeñas que no tienen ninguna consecuencia.
El comité internacional de pesas y medidas ha aceptado como patrón el valor de 9.80665 m/s2 ó
32.174 pies/s2
Para fines prácticos, utilizamos los siguientes valores de la aceleración de la gravedad:
g = 9.81 m/s2
g = 981 cm/s2
g = 32 pies/s2
LAS APORTACIONES DE GALILEO: UNA FORMA
DIFERENTE DE PENSAR
ACELERACIÓN DEBIDA AL GRAVEDAD
44:
Las ecuaciones matemáticas de caída libre son las mismas del movimiento acelerado,
sustituyendo “a” por “g” y “d” por “h”
Ecuaciones de caída libre Ecuaciones de caída libre cuando no
hay velocidad inicial.
Vf = vi + g . t V = g . t
h = vf + vi t
2 h = vf . t
2
Vf2 = vi
2 + 2 g . t Vf = √ 2 g . h
h = vi . t + g . t2
2
h = g . t2
2
PROPÓSITO: qué el alumno desarrolle habilidades para resolver problemas matemáticos.
Resuelve los siguientes problemas de movimiento uniformente acelerado en caída libre.
a).- Si un cuerpo se deja caer libremente ¿cuál será su velocidad a los 3 segundos? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- Una piedra cae desde un puente 8 m encima del agua
* ¿Cuánto tiempo está la piedra en el aire?
* ¿A que velocidad llega al agua? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 16
45:
c).- Un costal de arena se deja caer desde un globo aerostático, choca contra el suelo con una velocidad
de 180 km/h. Calcular:
* ¿A que altura estaba el globo?
* ¿Cuánto tiempo tardó el saco en caer? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d).- A un trabajador que se encuentra sobre un edificio elevado se le caen unas pinzas. Si las pinzas
caen al suelo en 6 seg.
¿Desde qué altura cayeron las pinzas?
¿Con qué velocidad chocan las pinzas con el suelo? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
e).- Un objeto se deja caer desde un edificio y tarda en llegar al suelo 4.5 segundos. Calcular:
* La altura del edificio
* La velocidad con que llega al suelo DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
46:
f).- Se deja caer una piedra desde una ventana de un edificio que se encuentra a 16 m con respecto al
suelo. Calcular:
* ¿Qué tiempo tardará en caer al suelo?
* ¿Con que velocidad llega al suelo? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
47:
Con los siguientes conceptos forma un mapa conceptual.
Variable, Rectilínea, Trayectoria, Movimiento, Tiempo, Factores, Rapidez, Distancia, Curvilínea,
Movimientos Uniformes, d/t, Constante,
MOVIMIENTO
FACTORES
DISTANCIA TIEMPO TRAYECTORIA
d / t RECTILÍNEA CURVILÍNEA
RAPIDEZ
CONSTANTE VARIABLE
MOVIMIENTOS UNIFORMES
ACTIVIDAD N° 17
48:
49:
A nuestro alrededor observamos que las cosas se mueven. Definitivamente hay algo que no
podemos ver ni oír de manera directa, pero lo percibimos como un cambio debido a la interacción de
las partes involucradas. La fuerza.
La Física que es una ciencia dedicada al estudio de los fenómenos que se presentan en la naturaleza y
se encarga de proponer modelos generales que intentan describir a los fenómenos, nos permitirá dar la
respuesta a los cambios en la naturaleza.
La idea que tenemos de fuerza proviene, inicialmente, de nuestra experiencia diaria; así, sabemos
que necesitamos de una fuerza para jalar o empujar un objeto, también sabemos que algunas fuerzas se
aplican mediante algunas herramientas. Sin embargo, en Física es indispensable contar con una
definición más precisa de fuerza. Para ello, vemos los efectos que tiene la aplicación de una fuerza.
Al jugar futbol o voleibol, se aplica una fuerza al golpear el balón para ponerlo en movimiento. Otras
fuerzas se requieren para detenerlo o para que su movimiento cambie de dirección y siga diversos tipos
de trayectoria: recta, curva, o quebrada, etc.
Los cuerpos cambian su forma cuando se les jala, dobla o estira; si colgamos algunas pesas de un
resorte, provocaremos un alargamiento que dependerá de las masas de las pesas. Por otra parte, para
que un cuerpo se mantenga en el aire es necesario aplicar una fuerza que equilibre la fuerza con la que
la tierra atrae a dicho cuerpo. De acuerdo con lo expuesto anteriormente, definiremos a las fuerzas
como las causantes de que un cuerpo cambie su estado de reposo o movimiento, así como de presionar
o producir deformaciones en ese cuerpo.
Aristóteles consideraba que la fuerza es la causa del movimiento, es decir, únicamente mientras
aplique fuerza se consigue movimiento. Esta idea aristotélica es errónea. La fuerza no es la causante
del movimiento, la fuerza causa cambios en el estado del movimiento, esto es, una fuerza puede
poner en movimiento un cuerpo que se encuentra en reposo, o en reposo un cuerpo en movimiento.
La mecánica es la parte de la física que estudia el movimiento y se divide en dos ramas: la
cinemática que estudia el desplazamiento, la velocidad, la aceleración y el tiempo recorrido, es decir,
analiza el movimiento sin importar las causas que lo producen; y la dinámica que estudia las causas de
reposo o movimiento de los cuerpos.
RECUERDA QUE…
Siempre que interviene una fuerza, existe una interacción entre dos cuerpos. existen fuerzas de
contacto y fuerzas de acción a distancia.
Con la finalidad de que puedas explicar qué son las fuerzas; cómo se produce la fricción y cuales
son sus ventajas y desventajas, te invito a realizar la siguiente: INVESTIGACIÓN
BIBLIOGRÁFICA.
1.- Consulta en tu libro de texto, en alguna enciclopedia o internet y contesta lo siguiente.
a).- ¿Qué es una fuerza?_______________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- ¿Qué es una fuerza de contacto?_____________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿Cuándo actúa una fuerza a distancia?________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
EL CAMBIO COMO RESULTADO DE LAS
INTERACCIONES ENTRE OBJETOS.
ACTIVIDAD N° 18
50:
d).- Cuando pateas una pelota explica si la fuerza es de contacto o a distancia y por qué:
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
e).- Explica si la fuerza es de contacto o a distancia cuando la Tierra ejerce una fuerza de atracción
gravitacional sobre las manzanas que se encuentran en las ramas de un árbol y por qué:
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Recuerda que las cantidades físicas que sólo presentan una magnitud las llamamos cantidades
escalares o simplemente escalares, mientras que las cantidades físicas que se determinan por medio de
magnitud, dirección y sentido las llamamos cantidades vectoriales o vectores.
Las magnitudes físicas se clasifican en dos grupos: VECTORES Y ESCALARES
1.- MAGNITUDES VECTORIALES: Son aquellas que constan de cuatro elementos, módulo, dirección,
sentido y punto de aplicación. * Módulo.- es la medida de la magnitud. (Es la intensidad o longitud del vector de acuerdo con una
escala convencional)
* Dirección.- está determinada convencionalmente por el ángulo de inclinación. (Puede ser horizontal,
vertical o inclinada)
* Sentido.- Indica el lugar hacia donde se dirige el vector se representa por una flecha, se indica con
los signos positivo (+) y negativo (–).
* Punto de aplicación.- Es el punto donde la magnitud se aplica a un cuerpo. (Es el punto de origen
del vector)
UNA EXPLICACION DEL CAMBIO: LA IDEA DE FUERZA
51:
Estas magnitudes se representan gráficamente por una flecha llamada vector.
Vector: es un segmento de recta con una punta de flecha que indica el sentido
Ejemplo de algunas magnitudes físicas que son vectoriales son: la velocidad, la fuerza, la aceleración,
etc.
Observa cómo se representa gráficamente una magnitud vectorial.
a).- Representar 30 km/h 30° se elige primero una escala 10 km/h = 1 cm
Enseguida se mide el ángulo en un plano cartesiano y se marca tantas veces como sea necesario para
completar el valor dado:
N (+) los ángulos se miden siempre a partir del eje
horizontal positivo y en sentido contrario al
movimiento de las manecillas del reloj.
( - ) O E (+)
S
( - )
1.- MAGNITUDES ESCALARES: Son aquellas que carecen de alguno de los cuatro elementos de las
vectoriales y por lo tanto, no se puede representar gráficamente con un vector.
Ejemplos de magnitudes escalares son: la longitud, la masa, el tiempo, la temperatura, etc.
Representa gráficamente las magnitudes dadas en cada inciso elige una escala adecuada.
a).- 50 km/h 45° b).- 250 km/h 90°
c).- 1200 m/s 160° d).- 800 m/s 230°
ACTIVIDAD Nº 19
52:
e).- 570 km/s 270° f).- 320 pies/s 345°
Cuando dos o más vectores tienen el mismo punto de aplicación se forma un SISTEMA VECTORIAL.
Los sistemas vectoriales pueden ser de tres tipos: colíneales, paralelos y concurrentes o angulares
RESULTANTE DE UN SISTEMA VECTORIAL, METODOS GRÁFICOS
Sistema colíneal de sentido contrario
Sistema colíneal de igual sentido
Sistema paralelo de igual sentido
Sistema paralelo de sentido contrario
Sistema paralelo de igual sentido
Sistema concurrente o angular
53:
Colíneales.- los vectores tiene la misma línea de acción.
Paralelos.- los vectores tienen líneas de acción paralelas
Concurrentes.- las líneas de acción de los vectores forman ángulos diferentes de 0° ó 180°.
Cada vector aplicado a un cuerpo ejerce un efecto, pero cuando se aplica un conjunto de vectores, es
decir, un sistema, el resultado no es un conjunto de efectos diferentes, es un sólo efecto provocado por
todo el sistema, llamado RESULTANTE.
MÉTODO GRÁFICO:
RESULTANTE DE UN SISTEMA COLÍNEAL DE IGUAL SENTIDO. Ejemplo:
Un hombre viaja en una barca y rema hacia el este a una velocidad de 5km/h, al mismo tiempo la
corriente se mueve hacia el este, a una velocidad de 2 km/h. ¿cuál es la velocidad resultante? Escala 1
cm = 1 km/h
a) la barca se mueve hacia el este a 5 km/h
b) la corriente también se mueve hacia al este a 2km/h
c) la barca viaja hacia el este a una velocidad de 7km/h
Este es el vector resultante
Nota. El vector resultante: es el vector que puede sustituir a todo un sistema de fuerzas
MÉTODO GRÁFICO:
RESULTANTE DE UN SISTEMA COLÍNEAL SE SENTIDO CONTRARIO.
Ejemplo:
El profesor de educación física pone a competir, a dos grupos de jóvenes a ver quien tiene mayor
fuerza sobre una cuerda. El primer grupo lo componen 5 niños aplicando una fuerza de 50 kgf al Este
y el segundo 3 niños aplicando una fuerza de 30 kgf al Oeste ¿Cuál es la fuerza resultante del sistema?
a).- primer grupo aplica una fuerza de 50 kgf al Este 50kgf
b).- segundo grupo aplica 30 kgf al Oeste 30kgf
c).- la fuerza real del sistema es la diferencia entre las fuerzas = 20 kgf hacia el Este (porque es mayor
la fuerza) 20kgf MÉTODO GRÁFICO:
RESULTANTE DE UN SISTEMA PARALELO DE IGUAL SENTIDO.
Ejemplo:
En este ejemplo los vectores tienen el mismo sentido, por tanto para encontrar el punto de aplicación de la resultante se deben de tomar
los siguientes puntos.
* Transportamos la longitud del vector mayor sobre el menor.
* Transportamos la longitud del vector menor sobre la línea del mayor pero en sentido contrario.
* Trazamos la diagonal que une los extremos de las longitudes trasportadas y el punto donde cruza con la línea que une los puntos de
aplicación de los vectores, ahí es el punto de aplicación de la resultante.
* El valor de la resultante es la suma de los vectores, con el mismo sentido y dirección.
VR
V1 V2
54:
MÉTODO GRÁFICO:
RESULTANTE DE UN SISTEMA PARALELO DE SENTIDO CONTRARIO.
Ejemplo:
En este ejemplo los vectores tienen sentido contrario, por lo tanto para encontrar el punto de aplicación de la resultante se deben de tomar
los siguientes puntos.
* Transportamos la longitud del vector mayor sobre la línea del menor.
* Transportamos la longitud del vector menor sobre la línea de acción del mayor, pero en sentido contrario.
* Trazamos una línea que una los extremos de las longitudes transportadas y el punto de aplicación de la resultante será donde intercepte
a la prolongación de la recta que pasa por los puntos de aplicación de los vectores originales.
* El valor de la resultante es la diferencia de los vectores y tendrá el mismo sentido y dirección del vector mayor.
V2
VR
V1
MÉTODO GRÁFICO:
RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.
A).- Método del triángulo.
Se utiliza para sumar como máximo dos vectores y consiste en colocar el segundo vector a partir del final
del primer vector.
El vector resultante se traza a partir del origen hacia el final del segundo vector.
La magnitud de la resultante será medida de acuerdo con la escala utilizada.
Ejemplo:
¿Cuál será la magnitud y dirección del vector resultante de dos fuerzas cuya magnitud y dirección es:
5 N a 0° y 4 N a 90°?
a).- Se trazan los ejes cartesianos ―x‖ y ―y‖
b).- Se selecciona una escala ó se toma en cuenta la escala dada, 1 N = 1 cm
c).- Se traza el primer vector a 0° y con una magnitud de 5 N = 5 cm
d).- En el punto donde termina el primer vector, ahí se traza el segundo vector a 90° y con una magnitud de
4 N = 4 cm
e).- En el punto donde termina el segundo vector, hacia el punto de origen se traza el vector resultante.
f).- Se mide el vector resultante con la escala convenida
g).- Se mide el ángulo del vector resultante para obtener la dirección y sentido.
VR V2
V1
55:
MÉTODO GRÁFICO:
RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.
A).- Método del paralelogramo.
Este método se utiliza cuando se quiere encontrar la resultante de dos fuerzas que forman un ángulo.
Ejemplo:
Encontrar el vector resultante de dos fuerzas A y B que forman un ángulo recto de 5 kgf y 4 kgf Escala:
1 kgf = 1 cm
a).- Se traza un vector paralelo al vector B en el extremo del vector A
b).- Se traza un vector paralelo al vector A en el extremo del vector B
c).- Se traza una línea desde el punto de origen al punto donde concurren las fuerzas paralelas, siendo esta línea
el vector resultante. d).- Se mide el vector resultante en base a la escala dada o seleccionada y se mide el ángulo, con respecto al eje
horizontal positivo.
V1 VR
V2
MÉTODO GRÁFICO:
RESULTANTE DE UN SISTEMA CONCURRENTE.
A).- Método del polígono.
Este método gráfico se utiliza para obtener el vector resultante cuando 3 ó más fuerzas actúan sobre un
cuerpo.
Se trazan todos los vectores del sistema uno a continuación del otro. (Como en el método del triángulo)
La resultante es el vector que une el origen con el fin del último vector.
Se mide la longitud y se compara con la escala para determinar la magnitud.
Se mide el ángulo con respecto al eje horizontal positivo del último vector.
Ejemplo:
Calcular la resultante del sistema V1 = 40 kgf 0°, V2 = 30 kgf 45°, V3 = 70kgf 180° Escala 1 cm = 10
kgf
VR
V3 V2
V1
56:
PROPÓSITO: que el alumno comprenda la forma como se presenta gráficamente un vector.
1.- Un barco navega hacia el Norte a una velocidad de 12 km/h, si sabemos que la velocidad de la
marea es de 5 km/h y dirigida hacia el Este, calcular la magnitud, dirección y sentido del vector
resultante. Con el método del triángulo. Escala 1 km/h = .5 cm
2.- Un motociclista se dirige hacia el Norte con una velocidad de 50 km/h, la velocidad del viento es
de 30 km/h soplando hacia el Oeste. Calcular la velocidad resultante, su dirección y sentido. Con el
método del paralelogramo. Escala 10 km/h = .5 cm
3.- Un hombre camina 30 m al Sur y después 50 m al Este. Calcular su desplazamiento resultante, su
dirección y sentido. Con el método del triángulo. Escala 10m = .5 cm
4.- Encontrar la fuerza resultante de dos fuerzas de 60 kgf y 80 kgf que están a un ángulo de 100°, por
el método del paralelogramo. Escala = 10 kgf = .5 cm
5.- Encontrar la fuerza resultante, por el método del polígono, de 3 fuerzas. a).- 50 N a 0° b).- 60 N a
60° y c).- 100 N a 120° Escala 10 N = .5 cm
ACTIVIDAD Nº 20
57:
6.- Calcular la resultante, dirección y sentido del Sistema V1 = 120 kgf a 0°, V2 = 70 kgf a 180°
identifica que tipo de sistema es: Escala 20 kgf = 1 cm
7.- Calcular la resultante del sistema donde V1 y V2 están separados cierta distancia. V1 = 200 N a
90° y V2 = 100 N a 90° . Escala 50 N = 1 cm
8.- Calcular la resultante del sistema donde V1 y V2 están separados cierta distancia. V1 = 70 dinas 90°
y V2 = 30 dinas 270°. Escala 10 dinas = 1 cm
9.- Calcular la resultante, dirección y sentido del siguiente sistema por el método del triángulo.
V1 = 40m a 35° y V2 = 30m a 130°. Escala 10m = 1cm
10.- Calcular la resultante del siguiente sistema, dirección y sentido donde V1 = 30 N a 30°, V2 = 50 N
a 270° y V3 = 80 N a 180°. Escala 10 N = 1 cm
58:
En términos generales, todos los movimientos están sometidos a las mismas reglas universales.
Sin una fuerza resultante que actué para desequilibrar al sistema de fuerzas que interactúan en
los cuerpos no hay aceleración y por lo tanto, tampoco habrá variación de la velocidad.
Las leyes de Newton, se consideran de validez universal, es decir, se aplican incluso fuera de
nuestro planeta.
Según su origen y características, las fuerzas pueden clasificarse en cuatro grupos:
Fuerzas gravitacionales: son las que están presentes en el Universo, permiten a los planetas mantener
sus orbitas y son las responsables de hacer que las cosas caigan. Están en función de la masa. A mayor
masa, mayor será la fuerza de atracción que el cuerpo pueda ejercer sobre otros.
Fuerzas electromagnéticas: su origen se debe a las cargas eléctricas. A deferencia de las
gravitacionales que siempre son de atracción, las electromagnéticas pueden ser de atracción y de
repulsión.
Fuerzas nucleares: divididas a su vez en nucleares débiles y nucleares fuertes, ocupan el tercer y
cuarto grupo. La fuerza nuclear débil interviene en ciertas reacciones nucleares como la reactividad,
mientras que las fuerzas nucleares fuertes se encargan de mantener cohesionados los núcleos de los
átomos (manteniendo unidas sus partículas).
El peso de los cuerpos es una magnitud vectorial, su dirección siempre vertical y su sentido
descendente.
El peso es una fuerza con dirección y sentido hacia el centro de la tierra.
Campo gravitacional
La tierra tiene un campo gravitacional de atracción que es más intenso mientras más se acerca a
su centro y conforme se aleja es más débil, hasta llegar a un punto donde la atracción es casi cero.
Es por esto que un cuerpo pesa más a nivel del mar que en lo alto de una montaña.
El peso se define como el producto de la aceleración de la gravedad por la masa del cuerpo.
Por tanto su ecuación matemática o fórmula es: p = m . g
p = peso del cuerpo gravitacional
m = masa del cuerpo
g = aceleración de la gravedad
Por tanto, si un cuerpo se encuentra fuera de un campo gravitacional su peso es cero.
De la fórmula del peso podemos obtener dos conclusiones:
a).- Si la gravedad es constante entonces a mayor masa mayor peso.
b).- Si la masa es constante entonces a mayor gravedad mayor peso.
¿CUÁLES SON LAS REGLAS DEL CAMBIO DE
MOVIMIENTO?
TRES IDEAS FUNDAMENTALES SOBRE LAS
FUERZAS
LA MEDICIÓN DE LA FUERZA
59:
El peso se mide convencionalmente en kilogramos y es numéricamente igual que la masa.
Como la masa es una magnitud escalar y el peso es una magnitud vectorial, se utiliza la siguiente
notación para distinguirlos.
10 Kg. = significa kilogramos masa
10 kgf = significa kilogramos fuerza o peso
RELACIÓN ENTRE FUERZA, PESO Y MASA
El peso y la masa son dos conceptos distintos.
Un ejemplo de la diferencia entre masa y peso sería:
Un cuerpo en el espacio libre, sin que sobre él ejerciera ninguna fuerza de atracción gravitacional, el
cuerpo tendría masa, pero no tendría peso. Es el caso de los astronautas al viajar al espacio, fuera de
los límites del campo gravitacional terrestre.
Recordemos que la masa es la cantidad de materia que contiene un cuerpo. Y
El peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional que ejerce la tierra sobre él.
Ejemplo: Si una persona pesa 80 N quiere decir que la tierra ejerce sobre ella una fuerza de atracción
de 80 N, siendo el peso una fuerza, es una cantidad vectorial, que tiene la dirección hacia el centro de
la tierra.
La fuerza en función de su efecto, podemos definirla como:
Fuerza: Agente externo capaz de modificar la forma física de un cuerpo o variar su movimiento.
La masa sólo tiene magnitud, por lo que es una cantidad escalar.
El peso y la fuerza ambas tienen dirección y sentido, por lo que son cantidades vectoriales.
La magnitud del peso se expresa en unidades de fuerza.
Para medir la intensidad de una fuerza se manejan comúnmente dos unidades el Newton y el
Kilogramo fuerza.
Un kilogramo fuerza representa, la fuerza de gravedad que experimenta a nivel del mar un
cuerpo cuya masa es de un kilogramo.
masa = 1 kg
peso = 1 kgf
UNIDADES PARA MEDIR FUERZAS
60:
Un Newton representa, la fuerza necesaria para provocar una aceleración de 1 m/s
2 a un cuerpo cuya masa
sea 1 kg. a = 1 m/s
2
a
m = 1 kg F
F = 1 N
Existe una relación de equivalencia entre kilogramo fuerza y Newton:
1 kgf = 9.81 N
Otra unidad para medir fuerza es la dina, la cual se define así:
Una dina es la fuerza aplicada a una masa de un gramo que le comunica una aceleración de
1 cm/s2
a = 1 cm/s2
F = 1 dina
m = 1 g
Una dina es una unidad de fuerza muy pequeña y por lo tanto poco usual. Comparada con el Newton
es cien mil veces más pequeña.
1 N = 100 000 dinas
ACTIVIDAD Nº 21
61:
Propósito: Qué el alumno desarrolle su capacidad visual y mental
Encuentra en la sopa de letras los siguientes conceptos: fuerza, sentido, dirección, magnitud,
kilogramo fuerza, newton, dina, peso, gravedad, fricción, masa.
a c m x r h s w t m f p l d b p ñ i
u k t d i n a q m n b v c x z e p l
g i u i o p l ñ s d n w g s a s g t
m l s v f t g r a v e d a d t o d o
z o x v q x v b r e t u h k j l d m
a g a s ñ s e n t i d o w r t y g h
q r ñ p a s w x d e r f v c b f m n
r a x f z c v b n e w t o n f r b y
c m f u e r d x q g b n m k o i y d
x o x e x s i s d r t y u i o c p i
v s f r w r r h c d s a m a e c r c
q f a z p o e w t d f c a s a i x y
m u d a r d c o l i s t s o s o s a
c e e n c i c i m o x w a d v n v f
r r a p a t i l l a m a l f o r m a
y z z u l x o j o b r y s f g y m v
h a s k d a n x m a g n i t u d b z
a x d r l b x w x t e r r a s w q c
s a m a z a l r a m o n d e l c a m
ACTIVIDAD Nº 21
62:
Desde que el hombre tuvo la posibilidad de reflexionar acerca del porqué del movimiento de
los cuerpos, se obtuvieron algunas conclusiones como las del filósofo griego Aristóteles (384-322
a.C.), quien de acuerdo con lo que podía observar señalaba que un cuerpo sólo se puede mover de
manera constante si existe una fuerza actuando sobre él. Aun en nuestros días, para muchas personas
esta afirmación es correcta, pues observan que un cuerpo cualquiera como es un sillón, una piedra, una
mesa, florero, un bloque, etc., para seguir en movimiento se le debe aplicar una fuerza y en el
momento en que se deja aplicar se detienen.
Fue muchos siglos después que Galileo Galilei (1564-1642), con base en sus experimentos,
concluyo lo qué ahora sabemos, y es que la mesa se detiene porque existe una fuerza de fricción entre
la mesa y el piso que se opone a su movimiento sin embargo, si la fuerza de fricción dejara de existir,
al tenerse una superficie totalmente lisa y sin la resistencia del aire (fuerza viscosa), al darle un
empujón a la mesa, ésta continuaría de manera indefinida en movimiento a la velocidad constante.
Galileo enunció su principio de la inercia en los siguientes términos: En ausencia de la acción de
fuerzas, un cuerpo en reposo continuaría en reposo y uno en movimiento se moverá en línea recta a
velocidad constante.
El físico inglés Isaac Newton (1643-1727) aprovechó los estudios previos realizados por Galileo
y enunció su primera ley de la Mecánica o ley de la Inercia en los siguientes términos.
1ra
ley (ley de la inercia) ―Todo cuerpo tiende a permanecer en estado de reposo o movimiento
uniforme a menos que una fuerza externa modifique dicho estado‖.
2da
ley (ley de la fuerza y la aceleración) ―la aceleración que recibe un cuerpo es directamente
proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a su masa‖.
a = f / m despejando f = m. a
Un concepto importante que se deriva de esta ley, es que no puede haber aceleración sin fuerza.
3ra
ley (ley de la acción y la reacción) ―A toda fuerza de acción se opone una reacción
exactamente igual pero de sentido contrario‖.
La fórmula de la 2da
ley nos permite realizar cálculos físicos en problemas donde se requiere saber la
aceleración que produce una fuerza determinada o la fuerza necesaria para obtener una cierta
aceleración en un cuerpo.
Ejemplos: ¿Cuál es la fuerza que se requiere para generar en un cuerpo de 20 kg masa, una aceleración
de 3 m/s2?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
m = 20 kg f = m . a f = (20 kg) (3 m/s2) f = 60 N
a = 16 m/s2
f =?
LAS LEYES DE NEWTON O DEL MOVIMIENTO
63:
PROPÓSITO: Verificar experimentalmente qué efectos produce en un sistema acelerado el
mantener constante la masa cuando cambia la fuerza, y qué sucede cuando la masa es la que varía.
Resuelve los siguientes problemas de aplicación de las leyes de Newton.
a).- Un ciclista y su bicicleta tienen una masa de 65 kg. ¿Qué fuerza requiere para lograr una
aceleración de 3 m/s2?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- La máquina de un auto genera una fuerza motriz de 3000 N ¿cuál será la aceleración, si la masa
del auto es de una tonelada? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
c).- A un cuerpo de 48 kg de masa se le aplica una fuerza motriz de 600 N ¿cuál será la aceleración? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
e).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a un cuerpo de 3 kg masa para imprimirle una aceleración de 5.3 m/s2?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
f).- Un carro que pesa 500 kg está en reposo sobre una carretera horizontal. ¿Cuál será la fuerza
requerida para imprimirle una aceleración de 50m/s2?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 22
64:
g).- Un bulto pesa 80 kg ¿cuál será la fuerza necesaria para comunicarle una aceleración de 2.5m/s2?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
h).- ¿Qué fuerza constante dará a una masa de 150g, una aceleración de 5cm/s2 despreciando la
fricción? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
i).- Si despreciamos la fricción, que fuerza constante en Newton dará a una masa de 6 kg una
aceleración de 2.5m/s2
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
j).- Una masa de 5kg recibe una aceleración constante de 25 m/s2. Calcular la fuerza requerida en dinas
y en Newton. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
k).- Una masa de 10 kg está bajo la acción de una fuerza de 10 000 dinas. Encontrar su aceleración. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
65:
A medida que el hombre primitivo desarrolló su inteligencia, sintió la necesidad de explicarse
el porqué de las cosas que sucedían a su alrededor y encontrar respuestas a las siguientes interrogantes:
¿Por qué el día y la noche? ¿Por qué el frío y el calor? ¿Por qué llueve? ¿Qué son los truenos? ¿Qué es
el viento? ¿Por qué vuelan los pájaros? ¿Qué es la luna? ¿Qué es el sol? ¿Por qué tiembla? ¿Qué son
los eclipses? ¿Qué son las estrellas? Estas y otras cuestiones eran un verdadero misterio antes que la
Física contribuyera, gracias a su estudio, a dar respuestas a las mismas. Sin embargo, no todo está
resuelto, pues aun en nuestros días no se tiene absoluta certeza sobre: ¿Qué es la luz? ¿Existe vida en
otros planetas? ¿Qué somos? ¿De donde provenimos? ¿Adónde vamos? Pero confiamos que con los
avances de la Física y de la ciencia en general algún día el ser humano podrá responder
satisfactoriamente a estas y otras preguntas.
Para comprender el desarrollo de la Física es necesario mencionar brevemente algo de su
historia:
La Física tiene sus orígenes con los antiguos griegos, quienes trataron de explicarse el origen del
Universo y el movimiento de los planetas.500 años antes de la era cristiana, mientras Leucipo y
Demócrito pensaban que todas las cosas que nos rodean, es decir, la materia, estaban constituidas por
pequeñas partículas, otros explicaban que la materia estaba constituida por cuatro elementos básicos:
tierra, aire, fuego y agua.
Hacia el año 300 a.C. Aristarco ya consideraba el movimiento de la Tierra alrededor del sol; sin
embargo, durante cientos de años predominó la idea de que la Tierra, carente de movimiento, era el
centro del Universo con todos los planetas y estrellas girando en torno a ella.
Hasta el año 1500 de nuestra era se desarrolló un gran interés por la ciencia. Galileo Galilei,
científico Italiano, llegó a comprobar que la tierra giraba alrededor del sol, tal como sostenía
Copérnico, astrónomo polaco. Además, Galileo construyó su propio telescopio y demostró que las
estrellas estaban a distancias fabulosas y debido a ello la mayoría resultaba invisible al ojo humano.
También descubrió manchas en el sol, las cuales, al desplazarse lentamente, demostraron el giro de
éste sobre su propio eje. Sin embargo, en Roma, la santa inquisición obligó a Galileo a retractarse de
estas afirmaciones, pues chocaban completamente con las ideas religiosas contenidas en las sagradas
escrituras. Galileo pasó sus últimos días en el retiro y murió en 1642, año del nacimiento de Isaac
Newton.
Newton, científico inglés, describió el movimiento de los cuerpos por medio de su ley de la
Gravitación Universal. Explicó que la fuerza de atracción llamada gravedad, existe entre dos cuerpos
cualesquiera, ocasiona la caída de las cosas al suelo y su permanencia sobre él, de la misma forma
como el sol retiene a los planetas girando a su alrededor en lugar de permitirles flotar en el espacio.
A principios del siglo XIX, John Dalton consideró que todas las cosas estaban formadas por
pequeñas partículas llamadas átomos, su idea fue aceptada por otro científicos constituyéndose la
Teoría Atómica; consideraron también que los átomos se combinaban para formar moléculas.
Posteriormente en 1896, Becquerel descubrió el desprendimiento de partículas más pequeñas en los
átomos del elemento uranio, por lo cual pensó qué el átomo no era la partícula más pequeña, sino que
estaba constituido por otras partículas.
DEL MOVIMIENTO DE LOS OBJETOS EN LA TIERRA AL
MOVIMIENTO DE LOS PLANETAS
LA APORTACION DE NEWTON
66:
Esto motivó la realización de más experimentos atómicos como los de Thompson, Rutherford y
Bohr, quienes concluyeron en describir al átomo como un pequeño Sistema Solar; Así como los
planetas giran alrededor del sol, en el átomo los electrones de carga negativa giran alrededor del
núcleo, el cual está compuesto de protones con carga positiva y de neutrones sin carga eléctrica.
El descubrimiento de la radiactividad abrió un nuevo campo para la Física: el estudio de la
constitución del átomo. Aparecieron las teorías: Cuántica de Planck, de la Relatividad de Einstein y de
la Mecánica Ondulatoria de De Broglie. Actualmente el descubrimiento de nuevas partículas de vida
media muy corta ha originado la Física Nuclear, cuyo objetivo es descubrir totalmente la constitución
del núcleo atómico.
1.- Sobre la base de la lectura anterior de tu auxiliar didáctico, contesta correctamente las
siguientes preguntas y subraya con marca textos cada una de las respuestas.
a).- ¿De donde proviene la palabra Física? ________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- ¿Por qué la Física es una ciencia experimental? ________________________________________
_______________________________________________________________________________
c).- ¿Cómo trataron los antiguos griegos de explicarse el origen del universo y el movimiento de los
planetas?___________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
d).- ¿En qué consistió la teoría egocéntrica?_______________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
e).- ¿En qué consiste la teoría heliocéntrica? ______________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
f).- ¿Qué descubrimiento realizó Galileo Galilei con su telescopio, y qué implicaciones tuvo con la
religión católica el hecho de señalar que la tierra gira alrededor del sol?________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 23
67:
__________________________________________________________________________________
g).- ¿En qué consiste la ley de la Gravitación Universal de Isaac Newton?_______________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
h).- ¿En qué consiste la Teoría Atómica de John Dalton? ____________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
i).- ¿Cuáles fueron las principales aportaciones de: Becquerel, Thompson, Rutherford y Bohr?_______
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
j).- ¿Qué aporto Albert Einstein a la Física moderna? _______________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
k).- ¿Cuáles son las partículas que constituyen al átomo y como es su carga eléctrica
respectivamente?____________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
68:
El ser humano en su afán de lograr el conocimiento de las cosas en base en los principios y las
causas que les dan origen, ha logrado el desarrollo constante de la ciencia. Por ello, podemos afirmar
que la ciencia es uno de los productos más elaborados de la actividad del ser humano, pues a través de
ella el hombre ha comprendido, profundizado, explicado y ejercido un control sobre muchos de los
procesos naturales y sociales. Sin embargo, esto no ha sido sencillo, se ha requerido de mucho tiempo
y del esfuerzo de gran cantidad de hombres y mujeres que han dedicado su vida para lograr que hoy en
día disfrutemos de un mejor nivel de vida, gracias a los aciertos y fracasos que tuvieron. Pero la
historia continua y en nuestro país y en el mundo entero, existen investigadores dedicados a lograr que
la ciencia siga avanzando para descubrir los secretos que aún encierra el universo, así como lograr un
mayor bienestar del ser humano, al aplicar la ciencia a la tecnología para mejorar nuestra salud,
alimentación, educación, transportación, comunicación, confort y esparcimiento.
Vale la pena reflexionar acerca de los peligros que representa un mal uso de la tecnología
aplicada, toda vez que por negligencia o premeditación, se pueden causar serios daños al ser humano o
la naturaleza en general, por destrucción de bosques, fauna o contaminación del aire, tierra y agua.
Los cambios que se producen en la naturaleza son estudiados por las ciencias naturales como la
Física, la Química, la Biología, la Astronomía, la Geografía física, que se caracterizan por estudiar
hechos que tienen una causa y provocan un efecto. Por ejemplo, al frotarnos las manos, generamos
calor que se disipa en el medio ambiente; la frotación es la causa y la generación de calor es el efecto,
esto lo estudia la Física, ya que es un fenómeno natural en el cual no hay ningún cambio en la
constitución de la materia. La química, por su parte, estudiará los fenómenos en los cuales si hay un
cambio en la constitución de la materia, tal es el caso de encender un cerrillo y este se transforma en
otra sustancia diferente. La biología se ocupa de estudiar a los seres vivos y los cambios que se
producen en ellos y en su habitad, mientras que la geografía física nos permite comprender la
naturaleza del medio que nos rodea, apoyándose en estudiar la forma de la tierra y la medición de su
superficie. La astronomía es una de las ciencias más antiguas, se le considera la madre de la Física,
por que los griegos fueron los primeros en observar las estrellas y el movimiento de los astros. Las
matemáticas juegan un papel muy importante en el estudio de la Física ya que puede cuantificar los
fenómenos naturales, a través de la aritmética, trigonometría y álgebra. Y dar una explicación lógica
del acontecimiento.
LA FÍSICA DENTRO DEL CAMPO DE LA CIENCIAS NATURALES
69:
CUESTIONARIO: Anota una V en el paréntesis de la izquierda si el enunciado es verdadero o una
F si es falso.
1. ( ) La ciencia es una de las actividades más elaboradas del ser humano, ya que por medio de ella el
hombre ha comprendido, profundizado, explicado y ejercido un control sobre muchos de los procesos
naturales y sociales.
2. ( ) La ciencia ha evolucionado gracias a las aportaciones de unos cuantos superdotados que no
llegan hacer ni siquiera diez.
3. ( ) En nuestro país y en el mundo entero, existen investigadores dedicados a lograr que la ciencia
siga avanzando para descubrir los secretos que aún encierra el Universo, así como lograr mayor
bienestar para la humanidad.
4. ( ) La ciencia nunca es usada para causar daño al ser humano o la naturaleza en general.
5. ( ) Los cambios que se producen en la naturaleza son estudiados por las ciencias sociales.
6. ( ) L a Física, la Química, la Biología y la Geografía física, estudian hechos que tienen una causa y
provocan un efecto.
7. ( ) La ciencia se ha ido desarrollando gracias a las aportaciones que han hecho gran cantidad de
seres humanos a lo largo del desarrollo de la civilización cuyo cúmulo de información y conocimiento
la ha ido conformando.
8.- ( ) Existe un solo método científico y es el que utilizan los investigadores nacionales y extranjeros.
Encontrar la respuesta correcta y verdadera a una gran pregunta, suele llevarse mucho tiempo.
Hay fenómenos que para encontrar una explicación los científicos han trabajado por muchos años,
algunas explicaciones se han podido obtener después de siglos de investigación.
Por ejemplo: El movimiento de los Astros. ¿Cómo se mueven los planetas y las estrellas?
DESARROLLO HISTÓRICO DE LA EXPLICACIÓN.
1.- Aristóteles: (384-322 a.C.) Filósofo griego, fue el primero en explicar el movimiento de los
cuerpos, consideró que todos los cuerpos, en la tierra tenían un movimiento natural en forma vertical
ascendente o descendente según la proporción en que estuvieran compuestos de aire, tierra, fuego y
agua. Para los cuerpos celestes consideró que estaban formados de una sustancia que se llamó éter, la
cual imprimía a los cuerpos un movimiento natural en forma circular y por tal razón, se podía observar
desde la Tierra, que los astros, incluyendo al sol, aparecen por el oriente y se ocultan en el poniente.
Esta explicación suponía que la tierra era el centro del universo y que todos los astros giraban
alrededor de ella sobre esferas perfectamente circulares con un centro común, la tierra. Esta teoría
se le conoce como la teoría geocéntrica
2.- Claudio Ptolomeo:(90-168 d. C.) Astrónomo, matemático y geógrafo griego. Modificó la
explicación de Aristóteles al decir que los astros se desplazaban con un movimiento basado en
epiciclos y deferentes trayectorias circulares. Ptolomeo sigue considerando que la tierra está fija en el
centro del Universo.
3.- Nicolás Copérnico: (1473-1543) Astrónomo polaco. Plantea por primera vez la idea de que la
tierra se mueve con dos movimientos, uno alrededor de su eje y otro alrededor del sol, al cual
considera fijo. Estas ideas no fueron aceptadas en su época pues le faltaron argumentos y técnicas para
demostrar su hipótesis, además de que contradecía totalmente al sistema de Aristóteles y Ptolomeo al
considerar a la tierra como un simple planeta más, moviéndose como los otros alrededor del sol. Estas
circunstancias hicieron que nadie se interesara por la obra de Copérnico y aún más, que llegara a ser
ACTIVIDAD Nº 24
MODELOS DEL UNIVERSO CON BASE EN LAS TEORÍAS DE ARISTÓTELES,
PTOLOMEO, COPÉRNICO, GALILEO, KEPLER Y NEWTON
70:
calificada como un atentado contra las sagradas escrituras. A esta teoría se le llama teoría heliocéntrica 4.- Galileo Galilei: (1564-1642) Astrónomo y físico italiano, comprobó el sistema heliostático de
Copérnico al utilizar por primera vez un aparato para la observación astronómica (el telescopio).
Corroboró que la tierra se mueve y que el sol está fijo. Descubrió las leyes de la caída de los cuerpos
comprobando experimentalmente que los cuerpos más pesados no caen más rápido, como afirmaba
Aristóteles, sino que todos los cuerpos caen con la misma aceleración. La más importante aportación
de Galileo es la creación del Método experimental
5.- Johannes Kepler:(1571-1630) Físico y astrónomo Alemán. Corrige el sistema de Copérnico al
considerar que las órbitas de los planetas no son circulares sino elípticas (forma de elipse). Sus grandes
estudios le permitieron formular tres leyes sobre el movimiento de los planetas, las cuales actualmente
sirven de base a la astronomía.
1ra
ley de Kepler: Todos los planetas se mueven alrededor del sol siguiendo órbitas elípticas, en las
cuales el sol ocupa uno de los focos.
2da
ley de Kepler: El radio vector que enlaza al sol con un planeta recorre áreas iguales en tiempos
iguales.
3ra
ley de Kepler: Los cuadrados de los períodos de revolución sideral de los planetas (t2) son
proporcionales a los cubos de sus distancias medias al sol (d3)
Con sus leyes, Kepler explicó con precisión la cinemática del sistema planetario sin llegar a la
explicación dinámica del mismo, es decir, cuáles son las causas que lo originan, su contribución a la
astronomía es digna de elogio si se considera que sus observaciones las realizó cuando todavía no se
inventaba el telescopio.
6.- Isaac Newton: (1642-1727) Físico, astrónomo y matemático de origen Inglés. Explica la razón por
la cual la luna se mantiene girando alrededor de la tierra y los planetas alrededor del sol sin salirse de
su órbita, esta explicación recibe el nombre de la ley de la gravitación universal. Se considera válida
no sólo para la caída de los cuerpos en la tierra.
Newton concibió la idea de que el sol también ejerce algún tipo de fuerza de atracción sobre los
planetas.
Cada masa del universo atrae a cualquier otra, con una fuerza que es directamente proporcional al
producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Lo que Newton descubrió fue la ley de la Gravitación Universal que dice:
―Dos cuerpos cualesquiera se atraen uno a otro directamente proporcional al producto de sus masas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa‖
La ecuación matemática es F = α m1 m2
d2
Incluyendo la constante de proporcionalidad, la ecuación se convierte en: F = G m1 m2
d2
F = fuerza
m = masa
d = distancia entre partículas
G = constante de la gravitación universal
71:
P.R. Heyl y P Chizanowski, en el National Bureu of Standard de los Estados Unidos, obtuvieron en 1942 el
valor de ―G‖ actualmente aceptado. Si la fuerza se da en Newton, la masa en kilogramos y la distancia en metros
el valor de ―G‖ es: G = 6.673 X 10—11
m3 / km . s2
PROPÓSITO: Qué el alumno reflexione y analice la ley de la gravitación universal por medio de la
resolución de problemas.
a).- Encontrar la fuerza de atracción entre la luna y la tierra, si la masa de la luna es de 7.3 X 1022
kg, la masa de
la tierra es de 6 X 1024
kg y la separación entre sus centros es de 3.9 X 108 m
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- Dos esferas de metal con una masa de 5 kg cada una, están colocadas a una distancia de sus
centros de 1.2 m. Calcular la fuerza de atracción entre ellas. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
c).- Con que fuerza atraerá la tierra a un cuerpo de 50 kg que esta a 5 m de su superficie. La tierra tiene
una masa de 6 X 1024
kg y un radio de 6400 km. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d).- Determina la masa de la tierra, utilizando la ecuación de la gravitación universal, sabiendo que la
tierra ejerce una fuerza hacia a bajo de 980 dinas sobre cada gramo de masa sobre la superficie de la
tierra y que su radio es de 6370 km. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 25
72:
En nuestra vida diaria, con frecuencia hablamos de trabajo y energía, e incluso los
relacionamos al señalar la importancia de una buena alimentación y un descanso apropiado, a fin de
mantener la energía necesaria para realizar nuestro trabajo. También decimos que para poder realizar
un trabajo como cargar objetos pesados, debemos utilizar parte de la energía de nuestro cuerpo. La
energía siempre ha estado estrechamente ligada con las actividades cotidianas del ser humano, toda vez
que el hombre primitivo realizaba sus tareas utilizando primero la energía de su cuerpo.
Posteriormente, aprendió a domesticar animales y a utilizar su energía y aprendió a usar la del viento
para la propulsión de sus barcos de vela; así como aprovechar la energía de las corrientes del agua al
construir en los ríos, molinos de grano. A medida que la humanidad fue avanzando en el estudio de la
ciencia y su aplicación en la tecnología, se fueron descubriendo nuevas fuentes de energía y cómo se
pueden transformar en otros tipos de ella, de tal manera que hoy en día, nuestras actividades las
realizamos con mayor facilidad, mejorando nuestra calidad de vida. Con objeto de que reflexiones
acerca de la enorme importancia que representa la energía en nuestra vida diaria. Identifica cuales de
los siguientes tipos de energía que se han descubierto hasta ahora, y que utilizas con frecuencia.
Energía Química: Se produce por la combustión de carbón, madera petróleo, gas natural,
gasolina y otros combustibles. Es la que posee las sustancias en forma de enlaces químicos entre sus
átomos. Las principales sustancias poseedoras de energía química son los combustibles.
Energía Eléctrica: Se produce cuando a través de un material conductor se logra un
movimiento o flujo de electrones. Los mejores conductores de la electricidad son los metales. La
corriente eléctrica genera luz, calor y magnetismo.
Energía calorífica: Es la que poseen todos los cuerpos, como resultado del movimiento interno
de sus moléculas. Un indicador de la intensidad del movimiento molecular es la temperatura.
Energía luminosa: Es la producida por ondas electromagnéticas que se caracterizan por su
propagación en el vació a una velocidad de 300 000 km/s, tal es el caso de las ondas de radio,
televisión, los rayos gamma, rayos X, ultravioleta, infrarrojos o luminosos.
FORMAS DE ENERGÍA
73:
Energía Eólica: Es la producida por el movimiento del aire y se aprovecha en los molinos de
viento o en los aerogeneradores de alta potencia para producir electricidad.
Energía Hidráulica: Se aprovecha cuando la corriente de agua mueve a un molino o la caída
de agua de una presa mueve una turbina. Para producir energía eléctrica.
Energía Sonora: Es la energía de las ondas sonoras, las cuales se producen por la vibración de
los cuerpos, por ejemplo: la vibración de las cuerdas de una guitarra, del escape de un auto, la
vibración del aire al chocar contra un cuerpo o pasar por algún orificio como en el caso de una
trompeta, etc.
Energía Nuclear o Atómica: Es la originada por la energía que mantiene unidas a las
partículas en el núcleo de los átomos, misma que es liberada en forma de energía calorífica y radiante
cuando se produce una reacción de fusión.
Energía Magnética: Es la que tiene los cuerpos magnetizados; se manifiesta en el espacio que
circunda a dicho cuerpo; este espacio se llama campo magnético.
Energía Mecánica: Es la que tienen los cuerpos cuando son capaces de interaccionar con el
sistema del cual forman parte, para realizar un trabajo. Puede ser de dos tipos: potencial y cinética.
a).- Potencial: Es la energía que tiene un cuerpo respecto de un plano inferior y se calcula con la
siguiente fórmula: Ep = m . g . h
Ep = energía potencial
m = masa del cuerpo
g = aceleración de la gravedad
h = altura respecto del plano
b).- Energía Cinética: Es la que tiene todo cuerpo en movimiento. Se calcula mediante la siguiente
fórmula: Ec = ½ mv2
Ec = energía cinética
m = masa del cuerpo
v = velocidad del cuerpo
La definición más general de energía es la siguiente:
“Todo lo que existe en el universo es energía” Pero para los fines de estudio de la física se ha dado una definición más específica:
―Energía es todo aquello capaz de producir trabajo‖
Como la energía esta en constante cambio, la ley de la conservación de la energía dice:
“la energía existente en el universo es una cantidad constante pues no se crea ni se destruye,
únicamente se transforma”
En general la energía se mide en unidades llamadas ―joule‖ aunque existen algunas otras
unidades como el ―ergio‖ y la ―caloría‖.
74:
PROPÓSITO: Identificar las formas de energía que presentan los sistemas físicos y sus
transformaciones.
Contesta correctamente las siguientes cuestiones.
a).- ¿Cuál es la definición más general de energía?__________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- ¿Cuál es la definición más práctica de energía, para el estudio de la física?___________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿Qué es la energía calorífica?_______________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
d).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía calorífica:________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
e).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía química:_________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
f).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía mecánica:________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
g).- Escribe tres ejemplos donde se utilice la energía luminosa:________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
h).- Escribe el nombre de dos materiales que sean buenos conductores de la electricidad:
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
i).- ¿Qué dice la ley de la conservación de la energía?_______________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
j).- ¿En qué unidades se mide generalmente la energía?______________________________________
__________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 26
75:
2.- Recorta y pega de la planilla (formas de energía) en cada recuadro el esquema de un aparato que
realice la conversión de energía que se indica.
En nuestra vida diaria es muy común escuchar comentarios como los siguientes: me costó mucho
trabajo encontrar un desarmador justo a la medida para apretar un tornillo; fue mucho trabajo el
realizado para encontrar esta calle; fueron muchas horas de trabajo invertidas para poder diseñar este
vestido; esa obra de arte lleva mucho trabajo manual. Otros dicen: para triunfar en la vida, ya sea como
obrero, empleado, técnico o profesional, se requiere, ante todo, hacer las cosas bien mediante un
trabajo constante. Un cargador de bultos de cemento señala: estoy fatigado, fue un verdadero trabajo
subir en dos horas todos los bultos al camión.
Pero entonces, ¿qué es trabajo? Si esta pregunta se la hacemos a diferentes personas, nos
encontraremos con una gran diversidad de respuestas, pues lo que para unos es trabajo para otros es
una diversión, pasatiempo, objeto de estudio o tema de interés. Para la física, el trabajo sólo tiene una
interpretación y es la siguiente.
El trabajo es una magnitud escalar producida sólo cuando una fuerza mueve un cuerpo en su
misma dirección. Su valor se calcula multiplicando el valor de la fuerza aplicada en la misma
dirección en que se efectúa el movimiento del cuerpo, por el desplazamiento realizado por éste. Si la
fuerza causante del movimiento del cuerpo se encuentra totalmente en la misma dirección en la que se
efectúa el desplazamiento, el trabajo se calcula con la siguiente expresión matemática.
T = f . d
T = trabajo mecánico en N . m = Joules ( J )
f = fuerza aplicada en la dirección del desplazamiento en Newton ( N )
d = distancia o desplazamiento del cuerpo en metros ( m )
Energía eléctrica a
mecánica
Energía Química a
calorífica
Energía Eléctrica a
Sonora
Energía Mecánica a
Eléctrica Energía Química a
Eléctrica
Energía Eléctrica a
Luminosa
TRABAJO MECÁNICO
76:
Se realiza un trabajo de un Joule cuando al aplicar una fuerza de un Newton a un cuerpo, éste se
desplaza un metro. De donde: 1 J = 1 N . m
Si levantas un cubo que contenga arena con un peso de 1 N aproximadamente igual a 0.1 kgf ó
100 gf, a una altura de un metro, habrás realizado un trabajo equivalente a 1 J = 1 N . m
F = 1 N
1 m
Si el mismo cuerpo es empujado en forma horizontal, como se ve en el siguiente esquema con
una fuerza de 3 N, la cual es suficiente para vencer la fuerza de fricción y desplazarlo 2 m con una
velocidad constante.
T = f . d
f = 3 N
T = (3 N) (2 m ) = 6 J
d = 2 m
Una persona levanta una maleta de 35 N desde el suelo hasta una altura de 1.8m. Calcular:
a).- ¿Cuánto trabajo realiza?
b).- ¿Si mantiene la maleta a la misma altura y camina horizontalmente sobre el piso 3 m, realiza
trabajo?
Solución:
a).- Como la fuerza requerida para elevar la maleta a velocidad constante es igual y opuesta al peso de
la misma, tenemos: T = f . d = (35 N) (1.8 m) = 63 J
b).- No realiza ningún trabajo, pues éste se produce sólo cuando un cuerpo se mueve en la misma
dirección en que actúa la fuerza. En este caso el peso de la maleta está dirigido verticalmente hacia
abajo, la fuerza para sostenerlo actúa verticalmente hacia arriba y como el desplazamiento es
horizontal, no existe una fuerza en la dirección del desplazamiento. Por tanto, si la persona quiere
realizar más trabajo, sólo lo hará desde el punto de vista de la física si levanta más la maleta.
Interesante ¿verdad?
77:
PROPÓSITO: Desarrollar en el alumno las habilidades del pensamiento y razonamiento
matemático.
Resuelve los siguientes ejercicios:
1.- Una persona levanta una silla, cuyo peso es de 50 N, hasta una altura de 0.75 m ¿Cuánto trabajo
efectúa? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- Determina el trabajo realizado al desplazar un bloque 3 m sobre una superficie horizontal, si se
desprecia la fricción y la fuerza aplicada es de 25 N. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- ¿Cuál será el peso de un cuerpo si al levantarlo a una altura de 1.5 m se ejecuta un trabajo de
88.2 J? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Una persona desplaza un objeto 10 m con una fuerza de 60 N en el sentido del desplazamiento
¿cuánto trabajo realizó? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- Una persona levanta un cuerpo de 40 kgf hasta una altura de 6 m ¿Cuánto trabajo realizó? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
6.- Un cuerpo de 120 kgf cae libremente desde 10 m de altura ¿cuánto trabajo mecánico habrá
desarrollado en el instante de chocar con el piso? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 27
78:
7.- Un elevador va del 2do
al 9no
piso con dos personas una pesa 65 kgf y la otra 82 kgf, el peso del
elevador solo es de 320kgf. Si cada piso tiene una altura de 3 m ¿cuál el trabajo mecánico desarrollado
por el motor que mueve al elevador? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
8.- Un viajero levanta su maleta de 196 N hasta una altura de 0.5 m. Calcula:
a).- ¿Cuánto trabajo realiza? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- Si se queda parado durante 2 minutos sosteniendo la maleta a la misma altura, ¿cuánto vale el
trabajo?____________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- Si camina horizontalmente 5 m sin variar la altura de la maleta, ¿a cuánto equivale el
trabajo?____________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
79:
La energía mecánica puede ser de dos tipos: cinética y potencial.
a).- Energía Potencial: Es la energía que tiene un cuerpo respecto de un plano inferior y se calcula
mediante la siguiente fórmula Ep = m . g . h
Ep = energía potencial
m = masa del cuerpo
g = aceleración de la gravedad
h = altura respecto del plano
b).- Energía Cinética: Es la que tiene todo cuerpo en movimiento. Se calcula mediante la siguiente
fórmula: Ec = ½ mv2
Ec = energía cinética
m = masa del cuerpo
v = velocidad del cuerpo
PROPÓSITO: Qué el alumno resuelva ejercicios de aplicación relativos al movimiento haciendo
uso de las relaciones de transformación de energía.
Resuelve los siguientes problemas.
a).- Un cuerpo de 35 kg masa se mueve con una velocidad de 20 m/s2 ¿Cuál es su energía cinética?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- ¿Cuál es la energía potencial de un cuerpo de 20 kg masa que se encuentra a 15m de altura
respecto del piso? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
c).- ¿Cuál será la energía cinética de un cuerpo de 50 kg masa en el instante en que su velocidad sea de
18 m/s? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
LA ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL
ACTIVIDAD Nº 28
80:
d).- Un cuerpo se encuentra en el 6to piso de un edificio, cada piso tiene una altura de 3m. Si la masa
del cuerpo es de 70 kg. ¿Cuál es su energía potencial respecto a la planta baja? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
e).- Un cuerpo de 30 kg masa es lanzado verticalmente y alcanza una altura máxima de 25m. ¿Cuál
será su energía potencial en el instante de iniciar el descenso? Y ¿cuál será la energía cinética con la
que fue lanzado? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
f).- Determine la energía cinética expresada en Joules que tendrá un automóvil cuya velocidad es de 80
km/h y su masa es de 900 kg (recuerda transformar la velocidad de km/h a m/s). DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
g).- ¿Cuál es el valor de la masa de una patinadora cuya energía cinética es de 1920 J, cuándo su
velocidad es de 8m/s? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
81:
Físicamente hablando la potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo. Se dice
entonces que la potencia es igual al trabajo realizado entre el tiempo que tarda en realizarse.
P = T / t
P = potencia
T = trabajo mecánico
t = tiempo
De la fórmula podemos deducir que las unidades de potencia serán unidades de trabajo entre
unidades de tiempo.
Unidades de trabajo = joules = watt
Unidades de tiempo seg
1 watt = 1 joules
1 segundo
otras unidades de potencia son:
kilográmetro = kgm
segundo seg
En las máquinas de combustión y motores eléctricos suele utilizarse como unidad de potencia el ―horse
power‖ o caballo de fuerza (Hp), cuya equivalencia en kilográmetros por segundo es la siguiente: 1 Hp
= 75 kgm /s y 1 Hp = 745.7 watt
La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el J/s. Unidad llamada watt, en honor al
Ingeniero escocés, James Watt, inventor de la actual máquina de vapor, a la cual modifico y
perfecciono.
Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del pensamiento; además, que identifiquen la
aplicación de los conocimientos adquiridos a problemas cotidianos.
Resuelve los siguientes ejercicios.
a).- ¿Cuál es la potencia de un auto para realizar un trabajo de 20 000 Joules que tarda 20 segundos? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- ¿En cuánto tiempo realizará un trabajo de 300 kgf un motor de ―un caballo‖ 1 Hp? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
LA POTENCIA
ACTIVIDAD Nº 29
82:
c).- ¿Cuánto trabajo habrá realizado un motor de 2 ―caballos de fuerza‖ en dos minutos de
funcionamiento? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d).- Un motor realiza un trabajo de 30 000 Joules en 5 minutos ¿cuál es la potencia desarrollada? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
e).- ¿En cuánto tiempo consumirá 100 000 Joules un foco de 100 watts? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
f).- ¿Cuánto trabajo es capaz de realizar un motor de ½ ―caballo de fuerza‖ en 3 minutos de
funcionamiento? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
g).- ¿Qué potencia se requiere para subir un cuerpo de 60 kgf hasta una altura de 10m en 5 segundos? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
83:
La palabra electricidad proviene del vocablo griego elektron, que significa ámbar.
El ámbar es una resina fósil transparente de color amarillo producida en tiempos muy remotos
por arboles que actualmente son carbón fósil.
Los primeros fenómenos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de Mileto,
quien vivió aproximadamente en el año 600 a.n. el señalaba que al frotar el ámbar con una piel de gato
podía atraer algunos cuerpos ligeros como partículas de polvo, cabello o paja.
El físico alemán Otto de Guerike 1602-1685, construyo la primera máquina eléctrica, cuyo
principio de funcionamiento se basaba en el frotamiento de una bola de azufre que al girarla producía
chispas eléctricas.
El holandés Pieter Van Musschenbroek 1692-1761, descubrió la condensación eléctrica al
utilizar la llamada botella de Leyden.
El estadounidense Benjamín Franklin 1706-1790, propuso aplicar las propiedades de un
conductor con cargas negativas en punta, los electrones se acumulaban en está región y por repulsión
abandonaban dicho extremo. Estas propiedades antes descritas las utilizaba en la protección de
edificios mediante la construcción del pararrayos.
El científico francés Charles Coulomb 1736-1806, estudio las leyes de atracción y repulsión
eléctricas. En 1777 invento la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión por
medio del retorcimiento de una fibra fina y rígida a la vez.
El físico italiano Alessandro Volta 1745-1827, en 1775 invento el electróforo, esté dispositivo
generaba y almacenaba electricidad estática. En 1800 explico por qué se produce electricidad cuando
dos cuerpos metálicos diferentes se ponen en contacto con un líquido que servía de conductor. Aplico
su descubriendo en la elaboración de la primer pila eléctrica del mundo.
El físico y químico inglés Michael Faraday 1791-1869, descubrió como podía emplearse un
imán para generar una corriente eléctrica en una espiral de hierro. A partir del descubrimiento de la
inducción electromagnética, Faraday logro inventar el generador eléctrico.
El físico alemán George Ohm 1789-1804, descubrió la resistencia eléctrica de un conductor y
en 1827 estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas.
El físico inglés James Joule 1818-1889, estudio los fenómenos producidos por las corrientes
eléctricas y el calor desprendido en los circuitos eléctricos. Encontró que el calor originado por una
corriente eléctrica al circular a través de un conductor es directamente proporcional ala resistencia, al
cuadrado de la intensidad de la corriente y al tiempo que está dure en pasar.
El estadounidense Joseph Henry 1797-1878, constructor del primer electroimán.
El ruso Heinrich Lenz 1804-1865, quien enuncio la ley relativa del sentido de la corriente
inducida.
El escocés James Maxwell 1831-1879, propuso la teoría electromagnética de la luz y las
ecuaciones generales del campo electromagnético.
LAS INTERACCIONES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS
84:
El yugoslavo Nikola Tesla 1856-1943, inventor del motor asincrónico y estudioso de las
corrientes polifásicas.
El inglés Joseph Thomson 1856-1940, investigo la estructura de la materia y de los electrones.
En los últimos 100 años el estudio de la electricidad ha evolucionado intensamente por que se
ha encontrado sus ventajas sobre otras clases de energía, se puede transportar con facilidad, de manera
sencilla y a grandes distancias a través de líneas aéreas no contaminantes.
La materia, al igual que la antimateria, la radiación y otras formas de energía conforman el
Universo. Todo en el universo es materia, es decir, cualquier clase de cuerpo, se compone de átomos y
éstos de partículas elementales como los electrones, protones y neutrones. Los electrones y protones
tienen una propiedad llamada carga eléctrica. Los neutrones son eléctricamente neutros por que
carecen de carga. Los electrones poseen una carga negativa, mientras que los protones la tienen
positiva.
El átomo esta constituido por un núcleo, en él se encuentran los protones y neutrones, y a su
alrededor giran los electrones. Un átomo normal es neutro, ya que tiene el mismo número de protones
o cargas positivas y de electrones o cargas negativas. Sin embargo, aun átomo puede ganar electrones
y quedar con carga negativa, o bien perderlos y adquiere carga positiva. La masa del protón es casi dos
mil veces mayor a la del electrón pero la magnitud de sus cargas eléctricas es la misma. Por tanto la
carga de un electrón neutraliza la de un protón.
Los cuerpos se electrizan al perder o ganar electrones. Si un cuerpo posee cargas positivas, esto
no significa exceso de protones, pues no tienen facilidad de movimiento como los electrones. Por
tanto, debemos de entender que la carga de un cuerpo es positiva si pierde electrones y negativa,
cuando los gana.
Básicamente son tres las formas para lograr que la transferencia de carga se dé, y los objetos
queden cargados eléctricamente:
Carga por contacto: Este fenómeno de electrización se origina cuando un cuerpo saturado de
electrones cede algunos a otro cuerpo con el cual tiene contacto. Pero si un cuerpo carente de
electrones, o con carga positiva, se une con otro, atraerá parte de los electrones de dicho cuerpo.
Carga por frotamiento: los cuerpos electrizados por frotamiento producen pequeñas chispas
eléctricas, como sucede cuando después de caminar por una alfombra se toca un objeto metálico o a
otra persona, o bien, al quitarse el suéter o un traje de lana. Si el cuarto es oscuro las chispas se verán
a demás de oírse. estos fenómenos se presentan en climas secos o cuando el aire está seco, ya que
las cargas electrostáticas se escapan si el aire está húmedo.
Carga por inducción: Esta forma de electrización se presenta cuando un cuerpo se carga
eléctricamente al acercarse a otro ya electrizado. En una barra de plástico cargada se acerca a un
¿CÓMO POR ACTO DE MAGIA?
LOS EFECTOS DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS.
FORMAS DE CARGAR ELECTRICAMENTE LOS OBJETOS
85:
trozo de papel en estado neutro o descargado; a medida que la barra se aproxima, repele los
electrones del papel hasta el lado más alejado del átomo. Así pues, la capa superior del papel más
próxima a la barra cargada, tiene el lado positivo de los átomos, mientras la superficie más alejada
tiene el lado negativo.
Los materiales conductores de electricidad son aquellos que se electrizan en toda su superficie
aunque sólo se froten un punto de la misma. En cambio, los materiales aislantes o malos conductores
de electricidad, también llamados dieléctricos, sólo se electrizan en los puntos donde hacen contacto
con un cuerpo cargado, o bien, en la parte frotada.
Algunos ejemplos de materiales aislantes son: la madera, el vidrio, el caucho, las resinas, y los
plásticos, la porcelana, la seda, la mica, y el papel.
Como conductores tenemos a los metales, soluciones de ácido, base y sales disueltas en agua, así
como el cuerpo humano. Cabe mencionar que no hay un material cien porciento conductor ni un
material cien por ciento aislante. Entre conductores y aislantes existen otros materiales intermedios
llamados semiconductores, como el carbón, germanio, y silicio contaminados con otros elementos y
los gases húmedos.
Con la finalidad de que interpretes correctamente a qué se debe la conductibilidad de los
materiales, realiza la siguiente: INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.
1.- Reúnete con tus compañeros de equipo y consulten en su libro de texto, en alguna
enciclopedia o internet y respondan lo siguiente:
a).- ¿Cómo está constituida la materia?___________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
b).- Describe las características principales de las siguientes partículas elementales:
Protón:
___________________________________________________________________________________
Electrón:
___________________________________________________________________________________
Neutrón:
___________________________________________________________________________________
c).- ¿Qué se entiende por carga eléctrica? ________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 30
86:
d).- ¿porqué algunos materiales son buenos conductores de la electricidad? ____________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
e).- ¿Por qué algunos materiales son malos conductores de la electricidad o aislantes?
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
f).- Escribe cinco ejemplos de materiales que sean malos conductores de la electricidad
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
g).- ¿Qué es un semiconductor y para qué se utiliza? ________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
h).- En la siguiente figura se muestra un circuito eléctrico simple con el cual se puede detectar si una
sustancia líquida conduce la electricidad. Explica cómo se hace dicha
observación:________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
i).- ¿Qué es un electrolito? _____________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
j).- ¿Qué es la electrólisis? _____________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
k).- ¿Qué aplicaciones prácticas tiene la electrólisis? ________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
87:
Como ya sabemos, un cuerpo tiene carga negativa si posee exceso de electrones, y carga
positiva si tienen carencia de electrones. Por tal motivo, la unidad elemental para medir carga
eléctrica es el electrón, pero como es una unidad muy pequeña se utiliza unidades prácticas de
acuerdo con el sistema de unidades empleado.
En el sistema internacional (SI) se utiliza el Coulomb ( C ) y en el sistema CGS, la unidad
electrostática de carga (ues) o estatcoulomb. La equivalencia entre estas unidades es la siguiente:
1 Coulomb = 1 C = 6.24 X 1018 electrones
1 estatcoulomb = 1 ues = 2.08 X 109 electrones
1 C = 3 X 109 ues
1 electrón = ―1.6 X 10―19 C
1 protón = 1.6 X 10―19 C
Por tanto, si un cuerpo tuviera una carga negativa de un Coulomb, significaría que tiene un excedente
de 6.24 X 1018 electrones, o una carencia de igual cantidad de electrones, si su carga fuera positiva. El
Coulomb es una unidad de carga eléctrica muy grande, por lo cual es común utilizar submúltiplos,
como: el milicoulomb (mC = 1 X 10―3 C) el microcoulomb (µC = 1 X 10―6 C) el nanocoulomb
(nC = 1 X 10―9 C).
LEY DE COULOMB.
El científico francés Charles Coulomb estudio las leyes que rigen la atracción y repulsión de dos
cargas eléctricas puntuales en reposo. Los experimentos muestran que la fuerza eléctrica tienen las
siguientes propiedades.
a) La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación (d) entre dos
partículas, medida a lo largo de la línea recta que las une.
b) La fuerza es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 de las partículas.
c) La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si las cargas son del
mismo signo.
A partir de estas observaciones podemos expresar la fuerza eléctrica entre las dos cargas como la ley
de Coulomb:
INTERACCIÓN ENTRE CARGAS ELÉCTRICAS.
LA FUERZA ELÉCTRICA
88:
“ La fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al
producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”
Matemáticamente se expresa así
Donde K es una constante con un valor de 9 X 109 Nm2/C2
EJEMPLO:
Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1 = 2 milicoulomb, q2 = 4
milicoulomb, al estar separadas en el vacio por una distancia de 30 cm.
DATOS FÓRMULA
F =?
q1 = 2 mC = 2X10―3
C
q2 = 4 mC = 4X10―4
C
d2 = (30 cm)
2 = (3m)
2 = (09m)
2 =9X10
―2m
2 SUSTITUCIÓN
K = 9 X 109 Nm2/C2 F = ( 9 X 109 Nm2/C2) (2X10―3
C) (4X10―4
C)
9X10―2
m2
RESULTADO
F = 8 x 105 N ó 800000 N
RESOLUCION DE EJERCICIOS DE
LA LEY DE COULOMB
89:
Propósito: Que el alumno relacione las fuerzas de repulsión y de atracción de cargas eléctricas con
los tipos de cargas existentes.
1.- Determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son q1 = ―3 microcoulomb,
q2 = 4 microcoulomb, al estar separadas en el vacio por una distancia de 50 cm.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- En un átomo de hidrogeno, un electrón gira alrededor de un protón en una orbita de radio igual
a 5.3 X 10―11
m. ¿Con qué fuerza eléctrica se atraen el protón y el electrón?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- Un cuerpo de 3µC está separado 0.5 m de otro de ―5µC. ¿Cuál es la fuerza de atracción entre
ellos?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Determina la fuerza eléctrica en newton entre dos cargas cuyos valores son q1 = 3nC y
q2 = 5nC, si están separadas en el aire a una distancia de 0.15 m
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 31
90:
Hace más de 2000 años, los griegos descubrieron en Magnesia, región del Asia menor, piedras
de un mineral que tenia la propiedad de atraer pequeños trozos de fierro. Este mineral es un óxido
ferroso-férrico (Fe3O4), se le llamó magnetita (nombre derivado de Magnesia), y magnetismo a su
propiedad.
El cuerpo que tiene la propiedad magnética es un imán. El fierro es el material qué más sufre la
acción de los imanes, la cual es muy débil en otros metales, como el níquel y el cobalto.
La acción de un imán se manifiesta sólo ante otros imanes o cuerpos que son de fierro y acero,
como limaduras, alfileres, láminas, etc. La atracción o repulsión eléctrica se produce entre cualquier
cuerpo electrizado, sin embargo, cuando se estudie electromagnetismo se comprobará que el
magnetismo y la electricidad tienen efectos entre sí cuando hay movimiento.
Los imanes naturales, son los que tienen en forma natural su magnetismo, como la magnetita.
Los imanes artificiales, son los más comunes, son piezas de fierro duro o de acero que adquieren
su magnetismo mediante algún procedimiento. Por ejemplo por frotamiento, consiste en pasar
repetidas veces un imán sobre la superficie de la pieza que se desea magnetizar o imantar, otro
procedimiento utilizado es el de hacer pasar instantáneamente corriente eléctrica en el alambre
enrollado sobre la pieza que se va a magnetizar.
Los imanes de acero o de fierro duro y los que se fabrican con aleaciones de cobalto y níquel son
imanes de gran potencia y como duran por tiempo indefinido se llaman permanentes, por ejemplo, el
alnico es un imán poderoso formado, fundamentalmente por aluminio, níquel, cobalto y fierro. El
fierro dulce se utiliza para hacer imanes temporales llamados así porque pierden rápidamente su
magnetismo.
LOS EFECTOS DE LOS IMANES
91:
El magnetismo de un imán se concentra en dos lugares llamados polos, que se localizan en sus
extremos; uno es polo norte y el otro es polo sur. Si se introduce un imán en un recipiente con
limaduras de fierro, al sacarlo se observa que las limaduras adheridas se acumulan en sus extremos que
son los polos descritos.
Los dos polos de un imán son de distinta naturaleza, pues si se suspende un imán recto en posición
horizontal con un hilo, se observa que uno de sus extremos quedará apuntando al polo norte geográfico
y el otro al polo sur y, aunque se le haga oscilar, el imán recuperará la misma orientación.
Se ha convenido en llamar polo norte o positivo de un imán al que queda orientado hacia el polo
norte geográfico y polo sur o negativo al que apunta hacia el sur geográfico.
Aunque aparentemente el magnetismo de un imán se concentra en sus polos, realmente se halla
repartido en toda su masa, pues si se parte un imán, en lugar de aislar sus dos polos en cada pedazo, se
obtienen dos imanes con sus respectivos polos, y cada vez que se le divida sucederá lo mismo.
92:
Se llama campo magnético al espacio que rodea a un imán y en el cual ejerce su acción magnética.
El campo magnético está constituido por un conjunto de líneas de fuerza que van del polo norte al polo
sur del imán, siguiendo trayectorias bien definidas.
La dirección fija que toma siempre un imán de barra, o de aguja imantada, suspendido
horizontalmente, se explica considerando que la tierra contiene un poderoso imán recto cuyos polos se
han localizado cerca de los polos geográficos.
De acuerdo con la ley del magnetismo, el polo magnético terrestre próximo al polo norte
geográfico tiene polaridad sur; sin embargo, para fines prácticos, se ha convenido en llamar también
polo norte y por la misma razón polo sur al que está junto al polo sur geográfico.
Debido a que los polos magnéticos de la tierra no coinciden con sus polos geográficos, una aguja
magnética o brújula no señala exactamente el norte; para hacer la corrección se toma en cuenta la
llamada declinación magnética, que es el ángulo que forma la dirección de una aguja magnética con el
meridiano geográfico del lugar considerado.
MAGNETISMO TERRESTRE
93:
La brújula es un imán muy pequeño y ligero que se encuentra apoyado en tal forma que puede
moverse libremente dentro de una caja no magnética con un cristal que la protege. En el fondo están
indicados los puntos cardinales con sus direcciones intermedias, donde quiera que se encuentre, su
aguja magnética quedará fija cuando sus extremos señalen el polo norte y sur.
Con la finalidad de que interpretes correctamente qué es el magnetismo, realiza la siguiente
INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.
1.- Reúnete con tu equipo de trabajo y consulta en tu libro de texto, enciclopedia o internet y
respondan lo siguiente.
a).- ¿Qué es un imán? ________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- ¿Cuáles son los antecedentes históricos del descubrimiento de la piedra imán o magnetita?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿A qué se le llama polo norte de un imán y a qué se le llama polo sur?_______________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
d).- ¿Qué sucede cuando el polo norte de un imán, se acerca al polo norte de otro
imán?_____________________________________________________________________________
e).- ¿Qué sucede cuando el polo sur de un imán, se acerca al polo norte de otro imán?
__________________________________________________________________________________
f).- ¿Cómo se puede obtener un imán temporal? ___________________________________________
ACTIVIDAD N° 32
94:
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
g).- ¿Qué son las líneas de fuerza magnética? _____________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
h).- ¿Qué es el campo magnético de un imán? _____________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
I).- ¿Por qué nuestro globo terrestre se comporta como un enorme imán? ______________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
j).- ¿Qué se entiende por declinación magnética? __________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
k).- Explica para qué sirve una brújula. __________________________________________________
__________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
ç
95:
96:
La materia y sus características
Nuestro planeta, el Sol, las estrellas, y todo lo que el hombre ve, toca o siente, es materia;
incluso, los propios hombres, las plantas y los animales.
La materia presenta formas distintas, las cuales poseen características que nos permiten
distinguir unos objetos de otros. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia que nos ayudan a diferenciarlos.
Los estados de la materia
La materia se puede encontrar en tres estados:
Sólido, como la madera y el cobre; Líquido, como el agua y el aceite; y Gaseoso, como el aire y el vapor de agua.
Una misma materia se puede encontrar en los tres estados. Por ejemplo, el agua, que normalmente es líquida,
cuando se enfría se convierte en sólido y, si se le aplica calor, se transforma en gas.
Estado sólido: un sólido es una sustancia formada por moléculas, que se encuentran muy unidas entre sí por
una fuerza llamada Fuerza de Cohesión. Los sólidos son duros y difíciles de comprimir, porque las moléculas, que están muy unidas, no dejan espacio entre ellas.
Estado líquido: un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante desplazamiento, y que se mueven unas sobre otras. Los líquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que toman la del
recipiente que los contiene.
Estado gaseoso: un gas es una sustancia formada por moléculas que se encuentran separadas entre sí. Los
gases no tienen forma propia, ya que las moléculas que los forman se desplazan en varias direcciones y a gran velocidad. Por esta razón, ocupan grandes espacios.
Gas: Sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria, que son el sólido, el
líquido y el gaseoso. Los sólidos tienen una forma bien definida y son difíciles de comprimir. Los líquidos fluyen
libremente y están limitados por superficies que forman por sí solos. Los gases se expanden libremente hasta
llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los líquidos y sólidos
Estado natural: El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y gas.
Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficies
de agua en invierno; también en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formadas por cristales de hielo.
Existe en estado líquido en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de rocío en la
vegetación. Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos.
Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide en
términos de humedad relativa, que es la relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperatura
dada respecto a la máxima que puede contener a esa temperatura. El agua está presente también en la porción superior del suelo, en donde se adhiere, por acción
capilar, a las partículas del mismo. En este estado, se le denomina agua ligada y tiene unas características diferentes del agua libre. Por influencia de la gravedad, el agua se acumula en los intersticios de las rocas
debajo de la superficie terrestre formando depósitos de agua subterránea que abastecen a pozos y manantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos durante los períodos de sequía.
LA DIVERSIDAD DE LOS OBJETOS
97:
Vapor de agua: Agua en estado gaseoso, que se emplea para generar energía y en muchos
procesos industriales. Esto hace que las técnicas de generación y uso del vapor de agua sean componentes importantes de la ingeniería tecnológica.
La producción de electricidad depende en gran medida de la generación de vapor, para lo que el calor puede provenir de la combustión de carbón o gas, o de la fisión nuclear de uranio. El vapor de agua también se sigue
usando mucho para la calefacción de edificios, y sirve para propulsar a la mayoría de los barcos comerciales del mundo.
Cambios de la materia
Cambio Físico: es el cambio transitorio de las sustancias que no afecta a la naturaleza de la materia, aunque cambia su forma. Un cambio físico se produce por la acción de un agente externo a la naturaleza de la materia.
En el caso del agua, el agente es el calor.
Cambios del estado del agua:
El paso del estado sólido a líquido recibe el nombre de fusión, lo que sucede por aumento de calor. El paso de estado líquido a gaseoso se llama evaporación, lo que sucede por aumento de calor. El paso del estado gaseoso a líquido se llama condensación, lo que sucede por pérdida de calor. El paso de líquido a sólido recibe el nombre de solidificación, lo que sucede por pérdida de calor.
Materia es todo aquello que nos rodea, ocupa un lugar en el espacio, y tiene masa.
En nuestro planeta, la materia se encuentra en tres estados: gaseoso, líquido y sólido. Graficando esto en
relación a nuestro entorno, tenemos que:
- El estado gaseoso es el de la atmósfera, que -a su vez- posee muchos gases diferentes.
- El estado líquido es el de los océanos, ríos y lagos, que conforman la masa líquida denominada hidrosfera. - El estado sólido es la tierra, constituida por los suelos, montañas, piedras, etcétera. Esta masa sólida es
llamada geosfera.
En estos tres estados de la materia existe un patrón común: en todos, la materia está formada por
moléculas.
Moléculas
En un sólido, las moléculas están muy unidas, presentando una gran fuerza de cohesión; en los líquidos, se
encuentran un poco más separadas y su fuerza de cohesión es menor; en los gases, están muy separadas y su
fuerza de cohesión es casi nula.
Por fuerza de cohesión entendemos a la fuerza que une las moléculas.
Como ejemplos de la materia en sus diferentes estados tenemos:
-Sólidos: piedra, talco, harina, etcétera.
-Líquidos: agua, vinagre, mercurio, etcétera. -Gases: vapor de agua, oxígeno, hidrógeno, etcétera.
Condensación
En física, proceso en el que la materia pasa a una forma más densa, como ocurre en la licuefacción del
vapor. La condensación es el resultado de la reducción de temperatura causada por la eliminación del calor latente de evaporación; a veces se denomina condensado al líquido resultante del proceso.
98:
La eliminación de calor reduce el volumen del vapor y hace que disminuyan la velocidad de sus moléculas y la
distancia entre ellas. Según la teoría cinética del comportamiento de la materia, la pérdida de energía lleva a la
transformación del gas en líquido. La condensación es importante en el proceso de destilación y en el funcionamiento de las máquinas de vapor, donde el vapor de agua utilizado se vuelve a convertir en agua en un
aparato llamado condensador.
En meteorología, tanto la formación de nubes como la precipitación de rocío, lluvia y nieve son ejemplos de
condensación.
En química, la condensación es una reacción que implica la unión de átomos dentro de una misma molécula o en moléculas diferentes. El proceso conduce a la eliminación de una molécula simple, por
ejemplo de agua o alcohol, para formar un compuesto nuevo más complejo, frecuentemente de mayor peso
molecular que cualquiera de los compuestos originales.
Evaporación
Conversión gradual de un líquido en gas sin que haya ebullición. Las moléculas de cualquier líquido se
encuentran en constante movimiento. La velocidad media (o promedio) de las moléculas sólo depende de la temperatura, pero puede haber moléculas individuales que se muevan a una velocidad mucho mayor o mucho
menor que la media.
A temperaturas por debajo del punto de ebullición, es posible que moléculas individuales que se aproximen a la
superficie con una velocidad superior a la media tengan suficiente energía para escapar de la superficie y pasar al espacio situado por encima como moléculas de gas.
Como sólo se escapan las moléculas más rápidas, la velocidad media de las demás moléculas disminuye; dado que la temperatura, a su vez, sólo depende de la velocidad media de las moléculas, la temperatura del líquido
que queda también disminuye. Es decir, la evaporación es un proceso que enfría; si se pone una gota de agua sobre la piel, se siente frío cuando se evapora.
En el caso de una gota de alcohol, que se evapora con más rapidez que el agua, la sensación de frío es todavía mayor. Si un líquido se evapora en un recipiente cerrado, el espacio situado sobre el líquido se llena
rápidamente de vapor, y la evaporación se ve pronto compensada por el proceso opuesto, la condensación.
Para que la evaporación continúe produciéndose con rapidez hay que eliminar el vapor tan rápido como se
forma. Por este motivo, un líquido se evapora con la máxima rapidez cuando se crea una corriente de aire sobre su superficie o cuando se extrae el vapor con una bomba de vacío.
99:
Propósito: Qué el alumno desarrolle su capacidad visual y mental
Encuentra en la sopa de letras los siguientes conceptos: materia, condensación, liquido, fusión,
molécula, solidificación, gaseoso, cohesión, ebullición, solido, evaporación, adherencia,
sublimación.
c c e b u l l i c i ó n l d b p ñ i
o k t d i m a q m n b v c x z e p l
h i u m a t e r i a n w g s a s g c
e l s v f t g r a v i d a d t o d o
s o x v n ó i c a m i l b u s l d n
i g a s ñ s e n d i d o w r t y g d
ó r ñ p a s ó l i d o f v c b a m e
n a x f z s v b n e w a o o l r b n
c m f u o r d c q g i n m u o i y s
a o x e x s a s d c t y c d o c p a
v s s r w n r h n d s e m e e c r c
q a a z ó o e e t d l c a n a i x i
g u d i r d r o l o s t s o s o s ó
c e s n c e c i m o x w a d v n v n
r u a p h t i l l í q u i d o r m a
f z z d l x o j o b r y s f g y m v
h a a k n ó i c a c i f i d i l o s
a x d r l b x w x t e r r a s w q c
s e v a p o r a c i ó n d e l c a m
ACTIVIDAD N° 33
100:
Modelos hay para todo. ¿Qué es un modelo? Un modelo es una representación de la realidad, es una forma que nos permite describir lo observado, lo percibido y sus relaciones con el entorno. Hay muchas formas de representar la realidad. Una de ellas que posiblemente tengamos en mente es la de los modelos a escala. Un modelo a escala de un auto permite a los diseñadores mejorar la aerodinámica, las medidas ergonómicas, los tamaños de puertas y ventanas, y permite hasta visualizar la combinación de colores que mejor le sienta a los interiores y exteriores. Un modelo a escala de un edificio permite a los arquitectos e ingenieros determinar los parámetros de flujo de aire para permitir una ventilación natural.
Incluso cuando una dama desea adquirir un vestido nuevo, una modelo con ese vestido puesto constituirá una
representación (quizás no muy aproximada) de cómo se verá la dama en cuestión portando esa indumentaria.
Un modelo, pues, nos sirve para entender mejor la realidad. En puras y, sobre todo, en ciencias aplicadas, se
denomina modelo a una idealización de la realidad utilizada para plantear un problema, normalmente de manera
simplificada en términos relativos y planteados desde un punto de vista matemático, aunque también puede
tratarse de un modelo físico.
La conveniencia de utilizar un modelo en la ciencia está determinada por la posibilidad de experimentar con el
objeto de su estudio. Quizás no sea necesario establecer un modelo del comportamiento de ciertos materiales, si es
que se tienen a la mano para experimentar con ellos directamente; bastaría con determinar sus propiedades y sus
composiciones. Pero en el caso de campos como la física de partículas, la astrofísica, la vulcanología y otros en los
que la experimentación directa es imposible o demasiado peligrosa, los modelos son parte principal en la aplicación
del método científico.
Lo más importante de los modelos científicos es que constantemente son puestos a prueba, a través de su
aplicación sistemática por un ejército de científicos y tecnólogos profesionales, que comunican sus resultados
rutinariamente a otros colegas. Esta comunicación se da normalmente en congresos o en revistas
especializadas. A veces no se les llama modelos, sino teorías.
De esta forma se mejoran para describir mejor la realidad, para reducir la incertidumbre de sus predicciones y
para propiciar que nuevos modelos surjan a partir de las discrepancias entre las observaciones y las
predicciones.
Lo que no percibimos de la materia.
Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por
pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de
ser eterno, inmutables e indivisibles.
Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en
consideración.
¿PARA QUE SIRVEN LOS MODELOS?
101:
Newton
Consideró que las masas siempre se atraen. La atracción entre dos masas es idéntica en ambas. La atracción entre las masas depende la masa que tengan y de la distancia entre ellas.
Bernoulli
Su trabajo más importante fue en hidrodinámica que consideraba las propiedades más importantes del flujo de un fluido, la presión, la densidad y la velocidad y dio su relación fundamental conocida ahora como El Principio
de Bernoulli o Teoría Dinámica de los fluidos. En su libro también da una explicación teórica de la presión del
gas en las paredes de un envase:
"A lo largo de toda corriente fluida la energía total por la unidad de masa es constante, estando constituida por la suma de la presión, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial igualmente por unidad de volumen".
También estableció la base de la teoría cinética de los gases .Que están hechos de pequeñas partículas en
movimiento separadas por distancias mayores al valor de su diámetro. Entre los años 1725 y 1749 ganó diez premios por su trabajo en astronomía, gravedad, mareas, magnetismo, corrientes del océano y el
comportamiento de una embarcación en el mar.
Boltzman
Gran defensor de la teoría cinética molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se
basaba en la idea de que todos los gases se comportaban de la misma manera en lo referente al
movimiento molecular.
102:
Modelo atómico de Dalton
Surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas, fue
formulado en 1808 por John Dalton.
El modelo atómico de Dalton explicaba por qué las sustancias se combinaban químicamente entre sí
sólo en ciertas proporciones.
Además el modelo aclaraba que aún existiendo una gran variedad de sustancias diferentes, estas podían
ser explicadas en términos de una cantidad más bien pequeña de constituyentes elementales
o elementos.
En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la química orgánica del siglo XIX, reduciendo una
serie de hechos complejos a una teoría combinatoria realmente simple.
Postulados de Dalton
Dalton explicó su teoría formulando una serie de enunciados simples:
1. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se
pueden destruir.
2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los
átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.
3. Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.
4. Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
5. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un
compuesto.
6. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
103:
Modelo atómico de Thomson
Con el descubrimiento del electrón (descubierto en el año 1897; en 1898 Thomson
propuso un modelo atómico, que tomaba en cuenta la existencia de dicha partícula subatómica.
Thomson suponía que los electrones se distribuía de una forma uniforme alrededor del
átomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teoría de estructura atómica, Thomson
descubre el electrón antes que se descubrirse el portón y el neutrón..
Si observamos este modelo, veremos que el átomo se compone por electrones de carga
negativa en el átomo positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de budín.
Pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente alrededor del átomo, en distintas
ocasiones, en vez de una sopa de las cargas positivas, se postulaba con una nube de carga
positiva, en 1906 Thomson fue premiado con el novel de física por este descubrimiento.
Si pensamos que el átomo no deja de ser un sistema material, con una cierta energía
interna, es por eso que esta energía provoca un grado de vibración de los electrones contenidos
que contiene su estructura atómica, si se enfoca desde este punto de vista el modelo atómico de
104:
Thomson se puede afirmar que es muy dinámico por consecuencia de la gran movilidad de los
electrones en el “seno” de la mencionada estructura.
Para lograr una interpretación del modelo atómico desde un ángulo microscópico, entonces
se puede definir como una estructura estática, ya que los mismos se encuentran atrapados
dentro del “seno” de la masa que define la carga positiva del átomo.
Veamos el modelo de una forma simple, el modelo de Thomson era parecido a un pastel
de Frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esférica de carga positiva,
La carga negativa del electrón era la misma que la carga positiva de la esfera, es por esto
que se deduce que el átomo era neutro, Thomson y su experimento: JJ Thomson, (en 1897), a
mitad de un experimento midió la proporción que existe entre la carga y la maza de una corriente
de electrones, usando un tubo de rayos catódicos del cual obtiene un valor, este valor es de
1.76x 108 Coulombs
En 1906 Thomson demuestra que el hidrógeno tiene un electrón, esto permite diversas
teorías
Modelo atómico de Rutherford
Para Ernest Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de un
núcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva. El modelo atómico de Rutherford puede
resumirse de la siguiente manera:
El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la
masa del átomo.
Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares.
La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva
del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.
105:
Rutherford no solo dio una idea de cómo estaba organizado un átomo, sino que también calculó
cuidadosamente su tamaño (un diámetro del orden de 10-10
m) y el de su núcleo (un diámetro del orden
de 10-14
m). El hecho de que el núcleo tenga un diámetro unas diez mil veces menor que el átomo
supone una gran cantidad de espacio vacío en la organización atómica de la materia.
Para analizar cual era la estructura del átomo, Rutherford diseñó un experimento:
El experimento consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa (núcleos de helio).
De ser correcto el modelo atómico de Thomson, el haz de partículas debería atravesar la lámina sin
sufrir desviaciones significativas a su trayectoria. Rutherford observó que un alto porcentaje de
partículas atravesaban la lámina sin sufrir una desviación apreciable, pero un cierto número de ellas era
desviado significativamente, a veces bajo ángulos de difusión mayores de 90 grados. Tales
desviaciones no podrían ocurrir si el modelo de Thomson fuese correcto.
Representación esquemática de la dispersión de partículas en los experimentos realizados por
Rutherford con láminas de oro. El bombardeo de una lámina de oro con partículas mostró que la
mayoría de ellas atravesaba la lámina sin desviarse. Ello confirmó a Rutherford que los átomos de la
lámina debían ser estructuras básicamente vacías.
106:
Modelo atómico de Bohr
Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: la
Física Cuántica. Así, en 1913 formuló una hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableció
tres postulados:
¤ El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto número de órbitas estables.
En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas.
¤ Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía.
¤ Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el impacto de un electrón o el
choque con otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado del átomo.
El átomo de hidrógeno según el modelo atómico de Bohr
¤ El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón.
¤ El átomo de hidrógeno tiene un electrón que está girando en la primera órbita alrededor del
núcleo. Esta órbita es la de menor energía.
¤ Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita a otra de mayor energía. cuando regrese a la primera órbita emitirá energía en forma de radiación luminosa.
En la siguiente simulación puedes elegir la órbita de giro del electrón. Observa cómo las energías de las las
órbitas más exteriores son mayores que las de las órbitas más interiores. "r" es el radio de la órbita.
107: Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.
Año Científico Descubrimientos experimentales Modelo atómico
1808
John Dalton
Durante el siglo XVIII y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadas leyes.
La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico.
1897
J.J. Thomson
Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones.
De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. (Modelo atómico de Thomson.)
1911
E. Rutherford
Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo.
Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford.)
1913
Niels Bohr
Espectros atómicos discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso.
Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. (Modelo atómico de Bohr.)
108: Relaciona las siguientes conclusiones experimentales con el modelo atómico a que dieron lugar:
1. El átomo no es indivisible ya que al aplicar un fuerte voltaje a los átomos de un elemento en estado gaseoso, éstos emiten partículas con carga negativa:
2. Al reaccionar 2 elementos químicos para formar un compuesto lo hacen siempre en la misma
proporción de masas:
3. Los átomos de los elementos en estado gaseoso producen, al ser excitados, espectros
discontinuos característicos que deben reflejar su estructura electrónica:
4. Al bombardear los átomos de una lámina delgada con partículas cargadas positivamente,
algunas rebotan en un pequeño núcleo situado en el centro del átomo:
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ACTIVIDAD N° 34
109:
Cuadro resumen de Materia: Estados de Agregación de la Materia. Cambios de Estado.
Estados de Agregación de la Materia
Estados
Principales
Estados
Intermedios Características
Sólido - Poseen forma propia, sus moléculas se hallan en un
estado de orden regular, no son compresibles, entre sus
moléculas predomina la fuerza de atracción Van der
Waals.
Vítreo - Líquido de alta viscosidad que ha perdido su capacidad
de fluir.
Pastoso - Líquido de alta viscosidad factible de moldeo.
Gel - Suspensión coloidal de partículas sólidas en un líquido,
en el que éstas forman una especie de red que le da a la
suspensión cierto grado de firmeza elástica.
Líquido - No tiene forma propia, sus moléculas no se hallan en
estado de orden regular, tiene superficie libre y
horizontal, no son compresibles, las fuerzas de atracción
y repulsión están equilibradas.
Gaseoso - No tienen forma propia, sus moléculas tienen mucha
movilidad y lo hacen en espacios muy grandes con
respecto a su propio volumen, poseen fuerza expansiva,
no tienen superficie libre, son fácilmente compresibles,
predominan entre sus moléculas las fuerzas de repulsión.
Plasma - Gas ionizado en que los átomos se encuentran
disociados en electrones e iones positivos cuyo
movimiento es libre. La mayor parte del universo está
formado por plasma.
En éste punto debe quedar entendida la diferencia entre gas y vapor, aunque se trate del mismo estado
de agregación, es decir valen para el vapor las características presentadas para el estado gaseoso.
La sustancia gaseosa se encuentra en éste estado en condiciones normales de presión y temperatura
(C.N.P.T), para licuar un gas primero hay que comprimirlo y luego enfriarlo o viceversa.
Los vapores se encuentran en estado de vapor por haber sufrido algún cambio en sus condiciones,
dicho de otro modo estas sustancias en condiciones normales de presión y temperatura (C.N.P.T) son
líquidas o sólidas, para condensar una sustancia en estado de vapor alcanza con enfriarla o
comprimirla.
Cambios de Estado de la Materia
Los cambios de estado son cambios físicos ya que cambia el estado físico de la sustancia. Mientras
dura el cambio de estado la temperatura permanece constante.
¿CÓMO CAMBIA EL ESTADO DE LA MATERIA?
110:
Sólido ® Fusión ®
Líquido ¬ Solidificación ¬
Sólido ® Volatilización ®
Gas ¬ Sublimación ¬
Sólido ® Volatilización ®
Vapor ¬ Sublimación ¬
Líquido ® Gasificación ®
Gas ¬ Licuación ¬
Líquido ® Vaporización ®
Vapor ¬ Condensación ¬
Fusión: pasaje de estado sólido ha estado líquido. Por ejemplo el hielo (agua sólida).
Solidificación: pasaje de estado líquido ha estado sólido.
Vaporización: pasaje de estado líquido ha estado de vapor. Por ejemplo el agua líquida, cloroformo,
éter.
Condensación: pasaje de estado de vapor ha estado líquido.
Gasificación: pasaje de estado líquido ha estado gaseoso. Por ejemplo el metano líquido.
Licuación: pasaje de estado gaseoso ha estado líquido.
Volatilización: pasaje de estado sólido ha estado vapor. Por ejemplo el dióxido de carbono sólido
(CO2) o hielo seco, la naftalina y el iodo.
Sublimación: pasaje de estado vapor ha estado sólido.
Consideraciones
- La evaporación y la ebullición son dos formas de producir el cambio de líquido a gas o vapor. La
evaporación ocurre en la superficie del líquido. La ebullición ocurre en toda la masa del líquido.
- Cada sustancia pura tiene su propia temperatura de fusión denominada punto de fusión, en éste punto
la presión de vapor del sólido equilibra a la presión de vapor del líquido.
- Cada sustancia pura tiene su propia temperatura de ebullición denominada punto de ebullición, en
éste punto la presión de vapor del líquido equilibra a la presión exterior.
111:
La temperatura es una magnitud física que indica que tan caliente o fría está una sustancia y se mide con un termómetro.
La temperatura de un cuerpo o de un sistema es una propiedad intensiva, que no depende de la cantidad de materia ni de su naturaleza, sino no del ambiente en que se encuentre.
La temperatura depende del estado de agitación o movimiento desordenado de las moléculas, o sea, del valor de la energía cinética promedio de las moléculas del cuerpo o del sistema.
El calor es la transferencia de energía de una parte a otro de un cuerpo o sistema, entre distintos cuerpos o sistemas que se encuentran a diferentes temperaturas y como es energía en transito, siempre fluyen de cuerpos o sistemas con mayor temperatura a los de menor temperatura.
Nuestro organismo no detecta la temperatura, si no pérdidas o ganancias de calor. El fenómeno de la dilatación de los fluidos se utiliza en la construcción de los termómetros, el más común es el
de mercurio. William Kelvin propuso una escala de temperatura, en la cual el cero corresponde a lo que se considera la
menor temperatura posible, llamada cero absoluto. En ella la energía cinética de las moléculas o átomos que componen la materia es cero. Un grado de la escala Kelvin es igual a un grado Celsius, aunque el valor de cero grados en la escala de Celsius equivale a 273 K.
Los puntos de fusión o de ebullición de una sustancia dependen de los siguientes factores. La presión a la que se encuentre, así como la impureza que contenga o la mezcla con otras sustancias, sin embargo, ambos puntos no dependen de la cantidad de sustancia que se tenga.
Con el objetivo de que identifiques claramente la temperatura de un cuerpo y en qué condiciones todo
cuerpo o sistema, debido a su temperatura, tiene la capacidad de transferir energía, es decir, calor otro
cuerpo o sistema que esté a la temperatura más baja, realiza el siguiente. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DE
CAMPO.
1.- Reúnete con tu equipo de trabajo y pónganse de acuerdo para realizar lo siguiente.
a).- Enciende el mechero de Bunsen con fuego suave o bajo. Coloque cada uno de ustedes su mano encima del
mechero, lo más cerca posible pero, por supuesto, sin llegar a quemarse.
¿Qué sienten?______________________________________________________________________________
¿Cuál es la causa de lo que siente?______________________________________________________________
¿En que momento deben retirar la mano?________________________________________________________
b).- Con la mano caliente toquen durante unos cinco segundos cualquier cuerpo que cada uno escoja, por
ejemplo la mesa, la puerta, una ventana, la pared, las patas del banco, el guarda libros etc.
¿Cómo sientes el cuerpo que están tocando, frio o caliente?_________________________________________
¿Cuál es la razón de ello?__________________________________________________________________
c).- Retiren la mano caliente y en su lugar coloquen su otra mano. ¿Qué sienten?________________________
¿Cómo lo explican?__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
MEDICION DE LA TEMPERATURA
ACTIVIDAD N° 35
112:
d).- Escriban a continuación qué cuerpos han cedido calor y cuales lo han recibido, tomando en cuenta todos
los cuerpos involucrados, incluyendo por supuesto el de ustedes.
Cuerpos que han recibido calor.________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________
Cuerpos que han cedido calor__________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________
e).- ¿Cuándo se dirijan a las canchas de la escuela a practicar algún deporte. Jueguen intensamente durante un
tiempo y después júntense, intercambien ideas y respondan.
¿Qué sienten en el cuerpo después de haber jugado?_______________________________________________
__________________________________________________________________________________________
¿Qué sucede con su cuerpo a medida que transcurre el tiempo después de haber interrumpido el
juego?_____________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Cuando terminan de jugar, ¿Quién transfiere calor a quien, el medio ambiente a ustedes o ustedes al medio
ambiente?_________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
¿porqué?__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
f).- ¿Cómo le explicarían a sus compañeros qué es la temperatura y que es el calor?______________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
113:
Con la finalidad de que interpretes correctamente qué es la temperatura y el calor, realiza la
siguiente INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.
1.- Investiga en tu libro de Física, en alguna enciclopedia o internet y responde lo siguiente
a).- ¿Qué es la temperatura?___________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
b).- ¿De qué depende la temperatura de un cuerpo?________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
c).- ¿Qué es el calor?_________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
d).- ¿Puede fluir calor de un cuerpo que esté a menor temperatura hacia otro cuya temperatura sea mayor? Sí
o No y por qué______________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
e).- ¿Qué sucede cuando un cuerpo que tiene una mayor temperatura se pone en contacto con otro a mayor
temperatura?_______________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
f).- ¿Qué se entiende por equilibrio térmico entre dos cuerpos o dos sistemas?__________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
g).- ¿Porqué el medio ambiente es un sistema de intercambio de calor muy importante en nuestras actividades
cotidianas?_________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
h).- ¿Qué le sucede al tamaño de un cuerpo cuando aumenta su temperatura?__________________________
__________________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD N° 36
114:
i).- ¿Qué le sucede al tamaño del cuerpo cuando disminuye la temperatura?____________________________
__________________________________________________________________________________________
j).- ¿Cómo explicas el fenómeno de dilatación de los cuerpos?________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
k).- Ordena de mayor a menor, que estado de agregación sufre más dilatación al compararlos entre sí, sólidos,
líquidos, o gases.
Se dilatan más los___________________________________________________________________________
Luego siguen los_____________________________________________________________________________
Y finalmente los_____________________________________________________________________________
l).- ¿Cómo se aprovecha el fenómeno de la dilatación de los fluidos en la fabricación de los termómetros de
mercurio? Explícalo __________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN DE DISTINTAS CANTIDADES DE
AGUA
Propósito. Medir experimentalmente el punto de ebullición del agua para tres cantidades de masa
diferentes de dicha sustancia.
MATERIAL. SUSTANCIAS.
Un vaso de precipitados de 250 ml Agua (H2O)
Un vaso de precipitados de 500 ml
Un vaso de precipitados de 1000 ml
Un mechero de bunsen
Un soporte universal
Un anillo o aro metálico
Una tela de alambre
Un termómetro
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL
Ó PRACTICA DE LABORATORIO N°37
115:
PROCEDIMIENTO
1.- Forma un equipo de 4 integrantes.
2.- Vierte 200 ml de agua en el vaso de precipitados de 250 ml y ponlo a calentar en la base o soporte
universal e introduce el termómetro, registra su temperatura ambiente.
3.- Observa como se va incrementando la temperatura del agua al recibir calor del mechero. Cuando
aprecien que el agua hierve intensamente, es decir, que entra en plena ebullición, registren la
temperatura con el termómetro y anoten dicha temperatura.
Temperatura de ebullición para 200 ml de H2O_____________________________________________
Dejen hirviendo el agua tres minutos, registren la temperatura y escríbanla_______________________
4.- Viertan ahora 450 ml de agua en el vaso de precipitados de 500 ml y póngalo a calentar en la base o
soporte universal. Registre la temperatura del agua cuando entre en plena ebullición y anótenla.
Temperatura de ebullición para 450 ml de H2O_____________________________________________
Dejen hirviendo el agua otros tres minutos y registren la temperatura. Escríbanla______
__________________________________________________________________________________
5.- Repitan el paso cuatro, pero viertan ahora 900 ml de agua en el vaso de precipitados de 1000 ml.
Anoten la temperatura de ebullición del agua.
Temperatura de ebullición para 900 ml de H2O_____________________________________________
Dejen hirviendo el agua tres minutos más y registren la temperatura.
6.- ¿Cómo definen el punto de ebullición de una sustancia?___________________________________
7.- ¿Qué sucede con el punto de ebullición de una sustancia cuando varia la cantidad de masa de
ella?______________________________________________________________________________
8.- ¿Qué sucede con la temperatura de una sustancia cuando inicia su ebullición y se le sigue
calentando?_________________________________________________________________________
116:
Siempre que existe una diferencia de temperaturas entre dos cuerpos o dos sistemas que se ponen en
contacto, se produce una transferencia de calor del cuerpo o del sistema con mayor temperatura al de
menor temperatura.
El calor es una energía en transito y siempre fluye de un cuerpo o de un sistema con mayor
temperatura a otro de menor temperatura.
En el instante en que dos cuerpos o dos sistemas alcanzan la misma temperatura, cesa la transmisión de
energía, por lo tanto, ya no hay energía en transito, ya no hay suministro de calor, sólo energía interna
en los cuerpos o en los sistemas.
En los sólidos la forma de transmisión de calor se da por conducción. Ésta se debe a la agitación que el
calor produce entre la s moléculas de un cuerpo y que se transfiere sucesivamente de una a otra
molécula, sin que estas partículas adquieran energía cinética traslacional.
El calentamiento en los líquidos y gases se da por convección. Ésta es la corriente que se establece
entre dos punto de una masa fluida cuando existe entre ellos una diferencia de temperatura.
La radiación es la propagación de la energía calorífica por medio de rayos infrarrojos. Todos los
cuerpos calientes emiten rayos infrarrojos de energía de manera proporcional a su temperatura. La
energía calorífica que nos llega del sol se da por radiación, ya que los rayos infrarrojos atraviesan el
vacio existente entre la Tierra y el sol, a una velocidad aproximada de 300 000 km/s.
Con el propósito de que interpretes correctamente en qué consiste la transmisión del calor
resuelve el siguiente cuestionario:
1.- Consulta tu libro de Física, enciclopedia o internet y responde lo siguiente.
a).- ¿Qué sucede cuando se ponen en contacto dos sistemas o dos cuerpos en los que existe una
diferencia de temperatura?_____________________________________________________________
b).- ¿Existe transferencia de calor entre un trozo de hierro de 12 kg cuya temperatura es de 25°C, si se
acerca a otro trozo de hierro de 3kg cuya temperatura también es de 25°C? Sí o No y
porqué:____________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿Por qué decimos que el calor es energía en tránsito?_____________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
d).- ¿Qué se entiende por energía interna de un cuerpo?______________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
e).- ¿Por qué en el vacio no se propaga el calor por conducción?_______________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
DIFERENCIA DE TEMPERATURAS CON MOTIVO
DE TRANSFERENCIA DE CALOR
ACTIVIDAD N° 38
117:
f).- ¿Por qué cuando hace mucho calor, procuramos vestirnos con ropa blanca o de colores
claros?_____________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
g).- ¿Cuál es la causa por la cual se producen los vientos?____________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Se aprecia el calentamiento de un
líquido por corrientes de convección
en este caso, el agua. Explica en que
consiste el mecanismo de transmisión
del calor por convección.
Se observa el calentamiento de una
varilla metálica. Explica en que consiste
la transmisión del calor por conducción
en los cuerpos sólidos.
Se observa como llegan los rayos del sol
sobre los cuerpos que están en la
superficie terrestre.
Explica en que consiste la transmisión
del calor por radiación
118:
Para aumentar la temperatura de un cuerpo o un sistema es necesario suministrarle calor
Una clasificación sencilla de los cuerpos se hace con base en su estado de agregación, ya sea sólido,
líquido o gaseoso. Estos estados pueden cambiar si los cuerpos reciben o transmiten energía calorífica.
El calor específico de una sustancia se define como al cantidad de calor que necesita un gramo de
dicha sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado o Celsius.
Con el propósito de que seas capaz de explicar la relación que existe entre el calor y la elevación
de la temperatura de un cuerpo, así como las transformaciones del estado de la materia, realiza
la siguiente: INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA.
1.- Investiga en tu libro de Física, enciclopedia o internet y resuelve lo siguiente:
a).- ¿Qué se necesita hacer para elevar la temperatura de un cuerpo?____________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- ¿Cómo puedes lograr que una sustancia en estado líquido pasé a un estado gaseoso?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- ¿Cómo puedes lograr que una sustancia en estado sólido pase a estado líquido?________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
d).-¿Cómo puedes lograr que una sustancia en estado gaseoso pase al estado líquido?______________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
e).- Explica en que consiste los siguientes cambios de estado de la materia:
Solidificación.______________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Vaporización._______________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Sublimación.________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Condensación.______________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
f).- ¿Qué se entiende por calor específico de una sustancia?___________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
EFECTO DEL CALOR
SOBRE LOS CUERPOS
ACTIVIDAD N° 39
119:
Definición: La temperatura de un cuerpo es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas
que contiene un cuerpo.
A mayor energía mayor temperatura.
Las escalas que comúnmente se usan son: el grado Celsius o Centígrado (ºC), el grado Fahrenheit (ºF) y el Kelvin (K)
Las relaciones entre ºC, ºF y K son:
ºF = (1.8) ºC + 32
ºC = ºF – 32 / 1.8
K = ºC + 273
ºC = K – 273
Ejemplos de aplicación de las fórmulas a la solución de Conversiones o Transformaciones
Convierte 37ºC a ºF y K
ºF = (1.8)(37) +32 = 98.6 ºF K = 37 + 273 = 310 K
Transforma –10 ºF a ºC y K
ºC = 10 –32 / 1.8 = ―23.33 ºC K = 23.33 ºC + 273 = 249.66 K
Convierte –40 ºC a ºF y K
ºF = 1.8 (―40) + 32 = ―40 ºF K = ―40 + 273 = 233 K
Transforma 70 K a ºC y ºF
ºC = 70 –273 = ―203 ºC ºF = (1.8)(―203) + 32 = ―333.4 ºF
ACTIVIDAD N° 40
120:
RESUELVE LOS SIGUIENTES EJERCICIOS APLICANDO LA FÓRMULA
CORRESPONDIENTE.
La siguiente tabla muestra los puntos de fusión en ºC de varios elementos, conviértelos a K y ºF
Elementos K = ºC + 273 ºF = (1.8) ºC + 32
Aluminio 660 ºC
Calcio 839 ºC
Cobre 1083 ºC
Oro 1064 ºC
Helio –272.2 ºC
Hidrógeno –259.1 ºC
Mercurio –38.87 ºC
Oxígeno –218.4 ºC
Plata 962 ºC
ACTIVIDAD Nº 41
121:
Convierte de ºF a ºC los datos de la siguiente tabla.
Alaska 100 ºF = ―80 ºF =
Hawaii 115 ºF = 14 ºF =
California 134 ºF = ―45 ºF =
Texas 120 ºF = ―23 ºF =
Florida 109 º F = ―2 ºF =
Nueva York 108 ºF = ―52 ºF =
Nuevo México 117 ºF = – 5 ºF =
122:
La caloría (cal) es la unidad básica de calor y se define como la cantidad de calor necesaria para
que un gramo de agua aumente un grado Celsius o centígrado.
Otra unidad comúnmente utilizada es la kilocaloría (Kcal) que equivale a 1000 calorías.
Se llama calor específico ala cantidad de calor necesario para que la unidad de masa aumente la unidad
de temperatura.
En el sistema métrico serían las calorías necesarias para que un gramo de una sustancia aumente un
grado Celsius o centígrado
Si se conoce el calor específico de una sustancia es posible calcular la cantidad de calor ganada o
perdida por dicha sustancia al variar su temperatura.
Q = cantidad de calor: calorías ΔT: cambio de temperatura Tfinal―Tinicial
m = masa = gramos ΔT: positiva = calor ganado positivo
Ce = calor específico = cal/g°C ΔT: negativa = calor perdido negativo
TRANSFORMACIONES ENTRE CALOR Y OTRAS
FORMAS DE ENERGÍA
123:
Analiza el siguiente ejemplo:
Una barra de aluminio de 500 g se calienta de 20°C a 50°C: ¿qué cantidad de calor absorbe el
aluminio?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN
m = 500 g Q = (500 g ) (0.22 cal/g°C) (30°C)
Ti = 20° C
Tf = 50° C RESULTADO
Ce = 0.22 cal/g°C Q = 3300 cal
Con 50 Kcal hasta donde se puede aumentar la temperatura de 1200 g de agua a 22°C
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN
m = 1200 g Tf = _______50 000 cal______
Ti = 22° C (1200 g) (1 cal/g°C) +22° C
Ce = 1 cal/g°C RESULTADO
Q = 50 Kcal = 50 000 cal Tf = 63.66 °C
Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades de medición de una de las propiedades
generales de la materia en diferentes estados y la utilización de las unidades de medición del
Sistema Internacional.
1.- Una tasa de vidrio de 220 g aumenta su temperatura de 20° C a 60° C ¿Cuánto calor absorbió?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
Tf = Q / m . Ce + Ti
ACTIVIDAD Nº 42
124:
2.- Un pedazo de metal de 100 g absorbe 300 cal cuando aumenta su temperatura de 15 °C a 25° C,
hallar el calor específico del metal.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- ¿Qué masa de hierro se puede calentar de 20° C a 70°C con 20000 cal?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Un lingote de oro de 20 kg absorbe 12000 cal. Si el oro estaba a 5° C, ¿hasta qué temperatura se
calentó el lingote?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- 800 g de agua se enfrían de 20° C a 5° C. ¿Cuánto calor se libera?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
125:
Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los cuerpos, pues la mayoría de ellos se
dilatan al calentarse y se contraen si se enfrían. Los gases se dilatan mucho más que los líquidos y
estos más que los sólidos.
En los gases y líquidos las partículas chocan unas con otras en forma continua, pero si se
calientan chocaran violentamente rebotando a mayores distancias y provocaran la dilatación. En los
sólidos las partículas vibran alrededor de posiciones fijas sin embargo, al calentarse aumentan su
movimiento y se alejan de sus centros de vibración dando como resultado la dilatación. Por el
contrario, al bajar la temperatura las partículas vibran menos y el solido se contrae.
Una barra de cualquier metal al ser calentada sufre un aumento en sus tres dimensiones, larga,
ancho, y alto, por lo que su dilatación es cúbica. Sin embargo, en los cuerpos sólidos, como alambres,
varillas o barras, lo más importante es el aumento de longitud que experimentan al elevarse la
temperatura es decir, su dilatación lineal.
El incremento de longitud que presenta una varilla de determinada sustancia, con un largo inicial
de un metro, cuando su temperatura se eleva un grado Celsius o centígrado, se le llama coeficiente de
dilatación lineal y se representa con la letra griega alfa (α).
COEFICIENTES DE
DILATACION LINEAL
SUSTANCIA α (1/°C)
HIERRO 11.7 X 10-6
ALUMINIO 22.4 X 10-6
COBRE 16.7 X 10-6
PLATA 18.3 X 10-6
PLOMO 27.3 X 10-6
NIQUEL 12.5 X 10-6
ACERO 11.5 X 10-6
ZINC 35.4 X 10-6
VIDRIO 7.3 X 10-6
LATON 1.9 X 10-6
MERCURIO 6.1 X 10-6
¿QUÉ SUCEDE EN LOS SÓLIDOS, LOS LÍQUIDOS Y
LOS GASES CUANDO VARÍA SU TEMPERATURA Y
LA PRESIÓN EJERCIDA SOBRE ELLOS?
126:
Si conocemos el coeficiente de dilatación lineal de una sustancia y queremos calcular la longitud
final que tendrá un cuerpo al variar su temperatura, utilizamos la siguiente fórmula.
Δℓ = (α) ( ℓi) ( Δt) donde Δℓ = dilatación lineal ℓf - ℓi ℓi = longitud inicial ℓf = longitud final
Δt = cambio de temperatura tf – ti, tf = temperatura final ti= temperatura inicial.
α = constante de proporcionalidad (coeficiente de dilatación lineal).
Analiza los siguientes ejemplos:
1.- A una temperatura de 15°C una varilla de hierro tiene una longitud de 5m ¿Cuál será su longitud al
aumentar la temperatura a 25°C?
DATOS FÓRMULA
RESULTADO
α = Fe 11.7 X 10-6
ℓf = (α) ( ℓi) ( Δt) + ℓi ℓf = 5.000585 m
ℓi = 5 m SUSTITUCIÓN
ti = 15°C ℓf = (11.7 X 10-6
) ( 5 m) ( 25°C - 15°C)+ 5 m
tf = 25°C
ℓf = ?
RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS DE DILATACIÓN LINEAL.
127:
2.- ¿A qué temperatura debe calentarse una varilla de cobre de 4 m de longitud que está a 30°C para
que su longitud final sea de 4.09 cm?
DATOS FÓRMULA
RESULTADO
ℓi = 5 m tf = Δℓ/ (α)(ℓi) + tf tf = 1337.30°C
ℓf = 4.09 m
tf = 30°C SUSTITUCIÓN
α = Cu 16.7 X 10-6
tf = 0.09 m / (16.7 x 10
-6) (4 m) + 30°C
Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del razonamiento matemático y; además, que
utilicen la aplicación de los conocimientos adquiridos.
1.- Una barra de aluminio (25°C) mide 15 m de longitud. ¿Cuál será su longitud final si se calienta a
100°C?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- A 15°C una varilla de hierro mide 18 m. ¿A qué temperatura se debe calentar para que su longitud
final sea de 18.04 m?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- Un puente de acero de 100 m de largo a 8°C, aumenta su temperatura a 24°C. ¿Cuánto medirá su
longitud?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 43
128:
Las fuerzas son capaces de mover objetos provocándoles una aceleración. Pueden deformar a los
objetos cuando éstos no resisten la fuerza aplicada ni tienen forma de contrarrestar con un
desplazamiento; y también ejercen presión.
El poder deformador de una fuerza se “reparte” en la superficie sobre la cual actúa, y tiene las
siguientes características:
a).- Si la fuerza actúa sobre una superficie pequeña, su efecto deformador es grande.
b).- Si una fuerza actúa sobre una superficie grande, su efecto deformador es pequeño.
La magnitud escalar que mide este reparto es la presión, que se define de la siguiente manera:
La presión indica la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. En
cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuará en forma perpendicular sobre una superficie.
Matemáticamente se expresa así.
Donde la presión en N/m2 = Pascal
La fuerza en Newton = N
El área o superficie en metros al cuadrado = m2
La expresión matemática de la presión señala que a mayor fuerza aplicada, mayor presión y a
mayor área sobre la cual actúa la fuerza, menor presión. Es por ello que un bloque rectangular
ejercerá menor presión si se coloca sobre una de sus caras de mayor área, que sí se coloca sobre una de
menor área.
´
EL MODELO DE PARTÍCULA Y LA PRESIÓN.
Mayor área, menor presión
Menor área, mayor presión
129:
EJEMPLO: Analiza lo siguiente:
Calcular la presión ejercida por una caja de 150 N de peso (fuerza) sobre una superficie si las
dimensiones de la caja son: = 0.8 m X 0.4 m X 0.2 m y la cara en la que está apoyada la caja es: a).-
0.8 m X 0.4 m b).- 0.4 m X 0.2 m c).- 0.8 m X 0.2m
Propósito: Establecer la diferencia entre los conceptos de fuerza y presión.
1.- Una caja de 1.2 m X 0.6 m X 0.3 m pesa 300 N. ¿Calcular la presión ejercida sobre cada una de las
caras?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO.
A B
C
A).- a = 0.8 m X 0.4 m = 0.32 m2
P = F /A = 150 N / 0.32 m2 = 468.75 Pa
B).- a = 0.4 m X 0.2 m = 0.08 m2
P = F /A = 150 N / 0.08 m2 = 1875 Pa
C).- a = 0.8 m X 0.2 m = 0.16 m2
P = F /A = 150 N / 0.16 m2 = 937.5 Pa
ACTIVIDAD Nº 44
130:
2.- Una ventana está sometida a una presión de 1X 103 N. Si el área de la ventana es de = .5 m
2 ¿Cuál
es la fuerza a la que está sometida la ventana?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- ¿Cuál es el área sobre la que se aplica una fuerza de 500 N si la presión es de 420 Pa?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Calcular la fuerza que debe aplicarse sobre un área de 0.3 m2 para que exista una presión de 180
N/m2
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- Sobre un líquido encerrado en un recipiente se aplica una fuerza de 60 N mediante un pistón de
área igual a 0.01 m2 ¿Cuál es el valor de la presión?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
131:
Los fluidos, como los gases y los líquidos, ejercen presión Por ejemplo, cuando nadas en la alberca
puedes sentir la presión del agua sobre tu piel. Si te zambulles, conforme te sumerges sientes como la
presión del agua es cada vez más fuerte en tus oídos. Este tipo de presión se llama presión hidrostática.
La fórmula que define a la presión hidrostática es:
Donde Ph = presión hidrostática = Pascal (Pa)
D = densidad del fluido = Kg/m3
g = aceleración de la gravedad = kg.m/s2
h = profundidad o altura de la columna del fluido = m
El valor de g = 9.81 m/s2
EJEMPLO: Analiza lo siguiente:
¿Qué presión hidrostática produce una columna de 15 m de agua, considérese la densidad del agua de
1000 kg/m3?
DATOS FÓRMULA SUTITUCIÓN
h = 15 m P h= (1000 Kg/m3) (9.81m/s2) (15 m)
D = 1000 Kg/m3
RESULTADO
g = 9.81 m/s2 P h= 147150 Pa
PRESIÓN EN LÍQUIDOS Y GASES
P h= (D) (g) (h)
P h= (D) (g) (h)
132:
Propósito: Qué el alumno el explique el concepto de presión en fluidos en función del modelo de
partículas.
1.- ¿Qué presión debe dar una bomba hidráulica para subir agua a una altura de 25 m?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- ¿A qué altura puede llegar el agua empujada por una bomba hidráulica que ejerce una presión de
3 X 105 Pa?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- ¿Qué densidad debe tener un líquido para que una columna de 4.5 m produzca una presión
hidrostática de 7.2 X 104 Pa?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Calcular la presión hidrostática en el fondo de una alberca de 5m de profundidad, si la densidad del
agua es de 1000 kg/m3.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- Calcular la profundidad a la que se encuentra sumergido un submarino, cuando soporta una presión
hidrostática de 8 X 106 Pa. Si la densidad del agua de mar es de 1020 kg/m
3.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 45
133:
La Tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. El aire, que es una mezcla de 20%
de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los
cuerpos que están en contacto con él, la cual es llamada presión atmosférica. Se está de acuerdo en
que, al nivel del mar, el valor de la presión atmosférica es una constante equivalente a 1.013 X 105 Pa
ó 1 atmosfera de presión = 760 mm de Hg (mercurio)
Se sabe por experiencia que la presión atmosférica disminuye con la altura. A mayor altura, menor
presión atmosférica. Esto es así porque la columna de aire que está por encima de nuestra cabeza es
más corta cuando estamos a cualquier altura distinta de la del nivel del mar.
ANALIZA EL SIGUIENTE EJEMPLO:
Si la presión a nivel del mar es de 1.013 X 105 Pa y la densidad del aire es de 1.29 kg/m
3. ¿Cuál sería
la altura de la atmósfera?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN
D = 1.29 kg/m3
Pt = (D) (g) (h) h =1.013x105Pa/(1.29 kg/m
3) (9.81 m/s
2)
Pt = 1.013 x 105 Pa DESPEJE RESULTADO
g = 9.81 m/s2
h = Pt / (D) (g) h = 8004.804 m
PRESIÓN EN LÍQUIDOS Y GASES
PRESIÓN ATMOSFÉRICA.
134:
¿Qué presión soporta un buzo que se encuentra a 18 m de profundidad?
La presión a la que se ve sometido el buzo es igual a la presión atmosférica más la presión
hidrostática debido a la columna de agua sobre de él.
Propósito: Qué el alumno reconozca el papel de la ciencia y los alcances, a partir de explicar la
relación entre la presión hidrostática y la presión atmosférica.
1.- ¿Qué altura debe tener una columna de agua para producir una presión hidrostática equivalente a la
presión atmosférica? Y si la columna fuera de mercurio, ¿qué altura debe tener?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 46
PRESIÓN ATMOSFÉRICA = 1.013 x 105 Pa
PRESIÓN HIDROSTÁTICA = (D) (g) (h)
135:
2.- Un buzo nadará a una profundidad de 12 m. ¿A qué presión debe estar su tanque de oxígeno para
no tener problemas al bucear?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- Determine a qué profundidad está sumergido un buceador en el mar, si soporta una presión
hidrostática de 399 840 Pa.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
136:
La densidad es una magnitud física derivada que se vincula con la masa y el volumen de un
cuerpo.
La densidad es una magnitud compuesta que resulta de la comparación por división entre la masa y el
volumen de un cuerpo
D = m/v D = densidad
m = masa
v = volumen
La densidad nos da una medida de la pesadez o ligereza de un cuerpo. Analizando la fórmula podemos
obtener las siguientes conclusiones:
a).- Si en volúmenes iguales hay diferentes cantidades de masa, entonces el más denso será el
que tenga mayor masa.
m 1 m 2 C 1 = Cuerpo uno
v 1 = volumen del cuerpo uno
m 1= masa del cuerpo uno
C 2 = Cuerpo dos
v 1 v 2 v 2 = volumen del cuerpo dos
m 2 = masa del cuerpo dos
Si v1 = v2 y m1 > m2 entonces el cuerpo uno es más denso que el dos D C1 > DC2
―En volúmenes iguales a mayor masa mayor densidad‖
b).- Si dos masa iguales ocupan diferente volúmenes, entonces el de menor volumen será el más
denso.
m 1 m 2
v 1 v 2 Si m1 = m2 y v1 > v2 entonces la densidad del cuerpo dos, será mayor D C2 > D C 1
―En masas iguales a mayor volumen menor densidad‖
Ejemplos:
En un cm3 de mercurio hay más masa que en un cm
3 de aluminio, por tanto, el mercurio es más
denso que el aluminio.
20 g de unicel ocupan más volumen que 20g de agua, por lo tanto, el unicel es menos denso que el
agua.
c).- Concluimos de la fórmula, que las unidades de la densidad son compuestas por unidades de masa
entre unidades de volumen.
Unidad básica de densidad gramos = g
Centímetros cúbicos = cm3
DENSIDAD DE LOS CUERPOS
C 1 C 2
C 1 C 2
137:
Es importante que sepas, que no existen dos o más sustancias que tengan la misma densidad, es decir que,
cada sustancia diferente tiene su propia densidad
DENSIDAD DE ALGUNAS SUSTANCIAS
SUSTANCIAS DENSIDAD EN EL SI
Kg/m3
DENSIDAD EN EL CGS
g/cm3
Platino 22 400 22.400
Oro 19 320 19.320
Mercurio 13 600 13.600
Plomo 11 400 11.400
Cobre 8 900 8.900
Hierro 7 800 7.800
Aluminio 2 600 2.600
Agua de mar 1 030 1.030
Agua potable 1 000 1.000
Hielo 920 .920
Aceite 915 .915
Alcohol 790 .790
Oxígeno 1.43 0.00143
Hidrógeno 0.09 0.00009
EJEMPLOS RESUELTOS DE APLICACIÓN DE LA FÓRMULA DE LA DENSIDAD A LA
SOLUCIÓN DE PROBLEMAS.
a).- Un cuerpo ocupa un volumen de 500 cm3 y tiene una masa de 500 g ¿Cuál es su densidad y de que
sustancia se trata?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
v = 500 cm3
D = m/v D = 500g/500cm3 D = 1g/cm
3
m = 500 g
D = ?
* Como podemos observar en la tabla, la densidad del agua potable es 1, por tanto la sustancia de la
que habla el problema es agua.
b).- Un cuerpo esférico de radio 5cm, tiene una masa de 800 g ¿Cuál es su densidad
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
m = 800g v = 4¶r3 v = (4)(3.1416)(5)
3 v = 523.6 cm
3
v = ? 3 3
D =? r
= 5 cm * Como puedes observar primero se debe de obtener el volu-
men del cuerpo, y ahora sí podemos calcular la densidad.
D = m/v D = 800g/523.6cm3 D = 1.52 g/cm
3
138:
Propósito: Qué el alumno analice e interprete el concepto de densidad de la materia.
a).- ¿Cuál es la densidad de un objeto cuya masa es de 500 g y su volumen es de 350 cm3?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- Un trozo de madera ocupa un volumen de 20 cm3 y tiene una masa de 16 g. ¿Cuál es su densidad?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
c).- Se determinó la masa de una muestra de agua pura y se encontró que su valor era de 60g; después
se midió su volumen en una probeta y se encontró que era de 60 cm3. ¿Cuál es el valor de su densidad?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d).- Una llave de cobre tiene una masa de 5g y ocupa un volumen de 0.56 cm3. ¿Cuál es el valor de su
densidad?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
e).- Determine la masa que contiene un cuerpo, cuya densidad es de 2600 kg/m3 y ocupa un volumen
de 8500 cm3.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
f).- Si se tiene un cuerpo de 3 Kg y una densidad de 11400kg/m3¿Cuál será el volumen que ocupa?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 47
139:
LA DENSIDAD DE SUSTANCIAS SÓLIDAS:
PROPÓSITO: Comprobar experimentalmente la densidad de sustancias sólidas y desarrollar
en el alumno la habilidad para el manejo de la balanza.
Materiales:
Tornillo de hierro
Trozo pequeño de aluminio
Trozo pequeño de cobre
Balanza
Agua
Probeta graduada de 100 ml
Cinta adhesiva
Tres plumones de diferente color
Desarrollo:
1.- Verificar antes de iniciar tu práctica que la balanza esté calibrada. Una balanza está equilibrada
cuando el riel marca 0g sin cuerpos sobre el platillo. Si no es así, solicita la ayuda de tu maestro(a).
2.- Utiliza la balanza para determinar la masa de los tres cuerpos uno por uno y anota los datos en la
tabla.
Sustancia masa del objeto (g) volumen del objeto
(cm3)
densidad del objeto
(d= g/cm3)
Hierro
Aluminio
Cobre
3.- Coloca una tira de cinta adhesiva verticalmente en la probeta graduada (vierte 50 ml de agua en
ella). Marca el nivel del agua en la cinta con un color.
4.- Sumerge el tornillo en el agua. Marca en la cinta el nuevo nivel del agua. Saca del agua el tornillo y
anota los datos en la tabla.
a).- ¿Cómo puedes obtener el volumen del tornillo?_________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
5.- Ahora verifica el nivel del agua y repite la operación con los otros objetos.
6.- Calcula la densidad de los objetos y anótala en la tabla.
La densidad de una sustancia (D) expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se
determina como ya sabemos dividiéndola la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa:
PRÁCTICA DE LABORATORIO
DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO
140:
Sin embargo el peso específico de una sustancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que
ocupa.
Donde: Pe = peso especifico en N/m3
P = peso de la sustancia en N
V= volumen que ocupa en m3
Podemos obtener la relación entre la densidad y el peso específico de una sustancia, si recordamos
que:
1.- P = (m) (g) como,
2.- Pe = P / V sustituyendo 1 en 2 tenemos,
3.- Pe = (m) (g) / V como m/V = D entonces
4.- Pe = (D) (g) despejando ” D“ tenemos,
5.- D = Pe / V
Propósito: Qué el alumno identifique la diferencia entre densidad y peso específico de la materia.
1.- 0. 5 de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.000633 m3. Calcular:
a).- ¿Cuál es su densidad?
b).- Cual es su peso especifico?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
Pe = P / V
ACTIVIDAD Nº 48
141:
2.- Calcular la masa y el peso específico de 15 000 litros de gasolina. Densidad de la gasolina 700
kg/m3.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- ¿Cuál es la densidad de un aceite cuyo peso específico es de 8967 N/m3?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- ¿Cuál es el volumen, en metros cúbicos y en litros, de 3000 N de aceite de oliva, cuyo peso
específico es de 9016 N/m3?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- Calcular el peso específico del oro, cuya densidad es de 19300 kg/m3.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
142:
Sabemos que un líquido produce una presión hidrostática debido a su peso, pero si el líquido se
encierra herméticamente dentro de un recipiente puede aplicársele otra presión utilizando un émbolo;
dicha presión se trasmitirá íntegramente a todos los puntos del líquido, a diferencia de los gases y
sólidos, son prácticamente incompresibles. Está observación fue hecha por el físico francés Blaise
Pascal (1623 – 1662), quien enunció el siguiente principio que lleva su nombre:
“Toda presión que ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente se trasmite con la misma
intensidad a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente que lo contiene”.
La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del principio de pascal. Consta esencialmente dos
cilindros de diferente diámetro, cada una con su respectivo émbolo, unidos por medio de un tubo de
comunicación. Se llenan de líquido el tubo y los cilindros, y al aplicarle una fuerza en el émbolo de
menor tamaño la presión que genera se transmitirá íntegramente en el cilindro mayor, que está unido a
una plataforma, empuja el émbolo hacia arriba.
Con este dispositivo, si una fuerza pequeña actúa sobre el émbolo menor produce una gran fuerza
sobre el émbolo mayor.
La presión en el émbolo menor está dada por la relación f/a, y en el émbolo mayor por F/A. De
acuerdo con el principio de Pascal ambas presiones son iguales, por lo tanto, la fórmula para la prensa
hidráulica es:
La prensa hidráulica se utiliza en las estaciones de servicio, para levantar automóviles; en la industria,
para comprimir algodón o tabaco; para extraer aceites de algunas semillas, o jugo de algunas frutas.
Los frenos hidráulicos de los automóviles también se basan en el principio de Pascal.
PRINCIPIO DE PASCAL
143:
Propósito: Qué el alumno realice mediciones de la presión de un objeto dentro de un líquido y
explicar los resultados con el principio de Pascal, y el funcionamiento de algunos aparatos.
1.- ¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica cuya área es de 100 cm2,
cuando en el émbolo menor de área es igual a 15 cm2
se aplica una fuerza de 200 N?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- Calcular la fuerza que se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica de un diámetro de
20 cm, si en el émbolo menor de 8 cm se ejerce una fuerza de 150N.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- Calcular la fuerza que se debe de aplicar en el émbolo menor de una prensa hidráulica de 10 cm2 de
área, si en el émbolo mayor con un área de 150 cm2 se produce una fuerza de 10 500N.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- ¿Cuál será la fuerza que se producirá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica , cuya área es de
40cm2, si en el émbolo menor de 12 cm
2 se ejerce una fuerza de 250 N.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 49
144:
Cuando un cuerpo se sumerge en un líquido se observa que éste ejerce una presión vertical
ascendente sobre él. Lo anterior se comprueba al introducir un trozo de madera en agua; la madera es
empujada hacia arriba, por ello se debe ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantenerla
sumergida. De igual forma, hemos notado que al introducirnos en una alberca sentimos una aparente
pérdida de peso a medida que nos aproximamos a la parte más honda, comenzando a flotar debido al
empuje recibido por el agua.
El empuje que reciben lo cuerpos al ser introducidos en un líquido fue estudiado por el griego
Arquímedes (287-212 a. C.), quien además se destacó por sus investigaciones realizadas sobre el uso
de las palancas, la geometría plana y del espacio, y su teoría sobre los números.
El principio de Arquímedes dice: “Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje
ascendente igual al peso del fluido desalojado”
En un cuerpo totalmente sumergido en un líquido, todos los puntos de su superficie reciben una
presión hidrostática, que es mayor conforme aumenta la profundidad de un punto. Las presiones
ejercidas sobre las caras laterales opuestas del cuerpo se neutralizan mutuamente, sin embargo, está
sujeto a otras dos fuerzas opuestas: su peso que lo empuja hacia abajo y el empuje del líquido que lo
impulsa hacia arriba. De acuerdo con la magnitud de estas dos fuerzas tendremos los siguientes casos:
1.- Si el peso de un cuerpo es menor al empuje que recibe, flota porque desaloja menor cantidad de
líquido que su volumen.
2.- Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecerá en equilibrio, es decir, sumergido
dentro del líquido.
3.- Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje, se hunde, sufriendo una disminucion aparente de
peso.
Para que un cuerpo flote en cualquier fluido, su densidad promedio debe ser menor a la del fluido. El
empuje que recibe un cuerpo sumergido en un líquido se determina multiplicando el peso específico
del líquido por el volumen desalojado de esté: E = (Pe) ( V).
PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES
145:
Con el objetivo de que reflexiones cómo varia la presión a medida que aumenta la profundidad
en un líquido, resuelve el siguiente cuestionario.
1.- Consulta en tu libro de texto, enciclopedia o internet y responde lo que se te indica:
a).- Se observa una alberca llena de agua. En que parte de ella existe una mayor presión originada por
el agua que contiene, si consideramos tres puntos a) .- la superficie libre del agua; b).- la parte media
de la alberca; c).- el fondo de la alberca. Explica por qué ____________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
2.- Se observa un recipiente pequeño y uno más grande. Ambos llenos con agua hasta una altura de 60
cm ¿Cómo es la presión ejercida por el agua en el fondo en cada uno de los recipiente, igual o diferente
y por qué?__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
3.- Explica en que consiste la paradoja hidrostática de Stevin:_________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
4.- Explica cómo es posible que los grandes barcos y porta aviones puedan flotar_________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 50
146:
Propósito: Qué identifiques las características de los sólidos y fluidos, realiza la siguiente actividad
experimental.
CUERPOS SÓLIDOS Y FLUIDOS
Propósito: Identificar las propiedades de los cuerpos sólidos y fluidos
Material:
Un cuerpo sólido de metal
Un vaso de precipitados
Una caja de cerillos
Agua
PROCEDIMIENTO:
1.- Forma un equipo de cuatro compañeros.
2.- Coloquen el cuerpo sólido de metal sobre la mesa de trabajo.
3.- Pongan también sobre la mesa de trabajo un vaso de precipitados con agua 2/3 partes de su
capacidad.
4.- enciendan un cerillo y observen el gas que desprende durante su combustión.
5.- tomen el cuerpo sólido con sus dedos y traten de doblarlo para cambiar su volumen, es decir, su
forma. ¿Lo consiguieron?______________________________________________________________
¿Cómo lo explican? __________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
6.- Sumerjan en el vaso con agua dos dedos, el pulgar y el índice, traten de comprimir con sus dedos
el agua. ¿Lo consiguen? ______________________________________________________________
¿Cómo lo explican? __________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
7.- Observa el gas que se desprende durante la combustión del cerillo. ¿Lo podrían juntar en un vaso
tal como lo Hacen cuando ponen agua en dicho vaso? _______________________________________
¿Por qué?__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
8.- Señalen las principales características que puedan apreciar de los tres estados de agregación de la
materia.
a).- Sólido: _________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 51
147:
b).- Líquido: _______________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- Gaseoso: _______________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
9.- ¿Tienen forma definida los sólidos? Sí o No y ¿por qué? __________________________________
__________________________________________________________________________________
10.- ¿Tienen forma definida los líquidos? Sí o No y ¿por qué? ________________________________
__________________________________________________________________________________
11.- ¿Tienen forma definida los gases? Sí o No y ¿por qué? __________________________________
__________________________________________________________________________________
12.- ¿En qué consiste la propiedad de los sólidos llamada rigidez? _____________________________
__________________________________________________________________________________
13.- ¿Por qué se le puede dar el nombre de fluido a un líquido o a un gas, pero no se le puede dar ese
nombre a un sólido? _________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
14.- ¿Por qué los gases para poder ser trasladados de un lugar u otro, se deben confirmar en recipientes
perfectamente tapados y sellados? ______________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
15.- Por medio de una jeringa de plástico, explica como se puede demostrar la comprensión y
expansión de los gases y la incompresibilidad de los líquidos.
a).- Comprensión y expansión de gases: __________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- Incompresibilidad de los líquidos: ___________________________________________________
_________________________________________________________________________________
148:
Un gas se caracteriza porque sus moléculas están muy separadas unas de otras, razón por la
cual carecen de forma definida y ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene. Son fluidos
como los líquidos pero se diferencian de éstos por ser sumamente compresibles debido a la mínima
fuerza de cohesión entre sus moléculas. De acuerdo con la teoría cinética molecular, los gases están
constituidos por moléculas independientes como si fueran esferas elásticas en constante movimiento,
chocando entre sí y contra las paredes del recipiente que los contiene. Cuando la temperatura de un
gas aumenta, se incrementa la agitación de sus moléculas y en consecuencia se eleva la presión. Pero
si la presión permanece constante, entonces aumentará el volumen ocupado por el gas. Si un gas se
comprime, se incrementan los choques entre sus moléculas y se eleva la cantidad de calor desprendida,
como resultado de un aumento en energía cinética de las moléculas. Todos los gases pueden pasar al
estado líquido siempre y cuando se les comprima a una temperatura inferior a su temperatura crítica.
El inglés Robert Boyle (1627-1691) es considerado el padre de la química moderna. Fue el
iniciador de las investigaciones respecto a los cambios en el volumen de un gas, como consecuencia
de las variaciones de la presión aplicada, y enuncio la siguiente ley que lleva su nombre:‖A una
temperatura constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varía de manera
inversamente proporcional a la presión absoluta que recibe”.
Por lo tanto su expresión matemática es: PiVi = PfVf
Analiza el siguiente ejemplo:
Un gas ocupa un volumen de 200cm3 a una presión de 760mm de Hg. ¿Cuál será su volumen si la
presión recibida aumenta a 900mm de Hg.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÒN
Vi = 200cm3
PiVi = PfVf Vf = (760mmde Hg) (200cm3)/900mm de Hg
Pi = 760 mm de Hg DESPEJE RESULTADO
Vf = ? Vf = Pi Vi / Pf Vf = 168.89cm3
LEY DE BOYLE
149:
Propósito: Qué el alumno relacione fenómenos cotidianos con el comportamiento de los gases
de acuerdo con el modelo de partículas.
1.- Determine el volumen que ocupará un gas a una presión de 587 mm de Hg, si a una presión de
690 mm de Hg, su volumen es igual a 1500 cm3.
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
2.- un gas recibe una presión de 2 atmósferas y ocupa un volumen de 125 cm3. Calcular la presión que
debe soportar para que su volumen sea de 95 cm3.
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
3.- Calcular el volumen de un gas al recibir una presión de una 2 atmósferas, si su volumen es de
0.75 litros a una presión de 1.5 atmósferas.
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 52
150:
En 1785 el científico francés Jacques Charles fue el primero en hacer mediciones acerca de los
gases que se expanden al aumentar su temperatura y enunció una ley que lleva su nombre: ´´A una
presión constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varia de manera
directamente proporcional a su temperatura absoluta´´
A una temperatura de 0°K, es decir, en el cero absoluto de temperatura y equivalente a -273°C,
el volumen de un gas es nulo, lo cual significa que todo el movimiento de la s moléculas ha cesado. En
el cero absoluto de temperatura, la ausencia de volumen del gas y del movimiento de sus partículas
implica el estado mínimo de energía y, por consiguiente, la mínima temperatura posible.
Al considerar a un gas bajo dos diferentes condiciones de volumen y temperatura tenemos la
siguiente expresión matemática:
Vi/Ti = Vf/Tf esta ecuación relaciona los 2 estados de volumen y temperatura de un gas, para
una masa y presión constante.
Analiza el siguiente ejemplo:
Se tiene un gas a una temperatura de 25°C y con un volumen de 70 cm3
a una presión de 586 mm de
Hg. ¿Qué volumen ocupará este gas a una temperatura de 0°C si la presión permanece constante?
DATOS FÒRMULA CONVERSIÒN DE UNIDADES
Ti = 25°C Vi/Ti = Vf/Tf Para Ti: °K = °C + 273 = 25°C + 273 = 298°K
Vi = 70 cm3
Vf =? DESPEJE Para Tf: °K = °C + 273 = 0°C + 273 = 273°K
Tf = 0°C
P = Constante
LEY DE CHARLES
Vf = (Vi) (Tf)
Ti SUSTITUCIÓN Y RESULTADO
Vf = (70cm3) (273°K) = 64.13 cm
3
298°K
151:
Propósito: Qué el alumno relacione fenómenos cotidianos con el comportamiento de los gases
de acuerdo con el modelo de partículas.
1.- Una masa determinada de nitrógeno gaseoso ocupa un volumen de 0.03ℓ a una temperatura de
23°C y a una presión de una atmósfera, calcular su temperatura absoluta si el volumen que ocupa es de
0.02ℓ a la misma presión.
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
2.- Una masa de oxígeno gaseoso ocupa un volumen de 50 cm3 a una temperatura de 18°C y a una
presión de 690 mm de Hg. ¿Qué volumen ocupará a una temperatura de 24°C si la presión recibida
permanece constante?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
3.- Calcular la temperatura absoluta a la cual se encuentra un gas que ocupa un volumen de 0.4 ℓ a una
presión de una atmósfera, si a una temperatura de 45°C ocupa un volumen de 1.2 ℓ a la misma presión.
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 53
152:
El científico francés Joseph Luis Gay-Lussac (1778-1850) encontró la relación existente entre
la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen del recipiente que lo contiene permanece
constante. Como resultado de ello enunció la siguiente ley que lleva su nombre:‖A un volumen
constante y para una masa determinada de un gas, la presión absoluta que reciben el gas es
directamente proporcional a su temperatura absoluta”
Esto significa que si la temperatura de un gas aumenta, también aumenta su presión en la
misma proporción, siempre y cuando el volumen del gas permanezca constante. En forma matemática
esta ley se expresa de la siguiente manera:
Pi/Ti = Pf/Tf Esta ecuación relaciona las dos estados de presión y temperatura de una gas,
Para una masa y volumen constantes.
Analiza el siguiente ejemplo:
Una masa dada de gas recibe unas presión absoluta de 2.3 atmósferas, su temperatura es de 33°C y
ocupa un volumen de 850 cm3.
Si el volumen del gas permanece constante y su temperatura aumenta
a 75°C, ¿Cuál será la presión absoluta del gas?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
Pi = 2.3 atm Pi/Ti = Pf/Tf Pf = (2.3 atm) (348°K) = 2.6 atm
Ti = 33°C + 273 = 306°K 306°K
Tf = 75°C + 273 = 348°K DESPEJE
Pf =? Pf = (Pi) (Tf)
V = constante Ti
LEY DE GAY-LUSSAC
153:
Propósito: Qué el alumno relacione fenómenos cotidianos con el comportamiento de los gases
de acuerdo con el modelo de partículas.
1.-Un gas encerrado en un recipiente mantiene una temperatura de 22°C y tiene una presión absoluta
de 3.8 atmósferas. ¿Cuál es la temperatura del gas si su presión absoluta es de 2.3 atmósferas?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
2.- Un balón de futbol recibe una presión absoluta de 78 000 Pascal a una temperatura de 19°C, si el
balón recibe un incremento en su temperatura a 25°C debido a los rayos solares ¿Qué presión
soportará?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
3.- ¿Qué volumen ocupará un gas de 77°C si a 7°C ocupa un volumen de 500 cm3?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
4.- ¿A que temperatura debe encontrarse un gas para que ocupe un volumen de 200cm3, si a 20°C
ocupa un volumen de 100cm3?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 54
154:
Con base en las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, se estudia la dependencia existente entre
dos propiedades de los gases conservándose las demás constantes.
No obstante, se debe buscar una relación real que involucre los cambios de presión, volumen y
temperatura sufridos por un gas en cualquier proceso en que se encuentre. Esto se logra mediante la
expresión matemática:
Esta relación recibe el nombre de Ley General del Estado gaseoso y resulta de gran utilidad cuando se
desea conocer alguna de las variables involucradas en el proceso, como la presión, el volumen o la
temperatura de una masa dada de un gas del cual se conocen los datos de su estado inicial y se
desconoce alguno de ellos en su estado final.
Analiza el siguiente ejemplo:
Una masa de hidrógeno gaseoso ocupa un volumen de 2 litros a una temperatura de 38°C y a una
presión absoluta de 696 mm de Hg. ¿Cuál será su presión absoluta si su temperatura aumenta a 60°C y
su volumen es de 2.3 litros?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN
Vi = 2ℓ Pf = (696mm de Hg)(2ℓ)(333°K)
(2.3ℓ)(311°K)
Ti = 38°C+273 =311°K
Pi = 696 mm de Hg DESPEJE RESULTADO
Vf = 2.3 ℓ
Tf = 60°C+273=333°K Pf = (Pi) (Vi) (Tf) Pf = 648.030 mm de Hg.
Pf = ? (Vf) (Ti)
LEY GENERAL DE ESTADO GASEOSO
(Pi) (Vi) = (Pf) (Vf)
Ti Tf
(Pi) (Vi) = (Pf) (Vf)
Ti Tf
155:
Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del razonamiento matemático y; además, que
utilicen la aplicación de los conocimientos adquiridos sobre el comportamiento de los gases.
1.-Calcular el volumen que ocupará un gas en condiciones normales si a una presión de 858 mm de Hg
y 23°C su volumen es de 230 cm3.
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
2.- A un gas que está dentro de un recipiente de 4 litros se le aplica una presión absoluta de 1020 mm
de Hg y su temperatura es de 12°C. ¿Cuál será su temperatura si ahora recibe una presión absoluta de
920 mm de Hg y su volumen es de 3.67 litros?
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
3.-Determinar el volumen ocupado por un gas que se encuentra a una presión absoluta de 970 mm de
Hg y a una temperatura de 57°C, si al encontrarse a una presión absoluta de 840 mm de Hg y una
temperatura de 26°C su volumen es de 0.5 litros.
DATOS FÒRMULA SUSTITUCIÒN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 55
156:
157:
Composición de la materia
La materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su vez, se componen de otras aún
más pequeñas, llamadas partículas subatómicas, las cuales se agrupan para constituir los diferentes
objetos.
Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entrar
en combinación. Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y una
corteza, donde se encuentran los electrones. Cuando el número de protones del núcleo es igual al de
electrones de la corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro.
Se denomina número atómico al número de protones que existen en el núcleo del átomo de un
elemento. Si un átomo pierde o gana uno o más electrones adquieren carga positiva o negativa,
convirtiéndose en un ion. Los iones se denominan cationes si tienen carga positiva y aniones si tienen
carga negativa.
La mayoría de los científicos cree que toda la materia contenida en el Universo se creó en una
explosión denominada Big Bang, que desprendió una enorme cantidad de calor y de energía. Al cabo
de unos pocos segundos, algunos de los haces de energía se transformaron en partículas diminutas que,
a su vez, se convirtieron en los átomos que integran el Universo en que vivimos.
En la naturaleza los átomos se combinan formando las moléculas. Una molécula es una agrupación de
dos o más átomos unidos mediante enlaces químicos. La molécula es la mínima cantidad de una
sustancia que puede existir en estado libre conservando todas sus propiedades químicas.
Todas las sustancias están formadas por moléculas. Una molécula puede estar formada por un átomo
(monoatómica), por dos átomos (diatómica), por tres átomos (triatómica) o más átomos (poliatómica)
Las moléculas de los cuerpos simples están formadas por uno o más átomos idénticos (es decir, de la
misma clase). Las moléculas de los compuestos químicos están formadas al menos por dos átomos de
distinta clase (o sea, de distintos elementos).
Continuidad de la materia
Si se tiene una determinada cantidad de una sustancia cualquiera, como por ejemplo, de agua y se
desea dividirla lo más posible, en mitades sucesivas, llegará un momento en que no podrá dividirse
más, ya que se obtendría la cantidad más pequeña de agua.
Esta mínima cantidad de agua, tal como se dijo anteriormente, corresponde a una molécula. Si esta
molécula se dividiera aún más, ya no sería agua lo que se obtendría, sino que átomos de hidrógeno y
de oxígeno que son los constituyentes de la molécula de agua.
MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA
MATERIA
158:
Por lo tanto, una molécula es la partícula de materia más pequeña que puede existir como sustancia
compuesta. Cuando la molécula de agua: (H2O) se divide en dos átomos de hidrógeno y un átomo de
oxígeno, la sustancia dejó de ser agua.
Los científicos han demostrado que la materia, sea cual fuere su estado físico, es de naturaleza
corpuscular, es decir, la materia está compuesta por partículas pequeñas, separadas unas de otras.
Elementos, compuestos y mezclas
Las sustancias que conforman la materia se pueden clasificar en elementos, compuestos y mezclas.
Los elementos son sustancias que están constituidas por átomos iguales, o sea de la misma naturaleza.
Por ejemplo: hierro, oro, plata, calcio, etc. Los compuestos están constituidos por átomos diferentes.
El agua y el hidrógeno son ejemplos de sustancias puras. El agua es un compuesto mientras que el
hidrógeno es un elemento. El agua está constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y el
hidrógeno únicamente por dos átomos de hidrógeno.
Si se somete el agua a cambios de estado, su composición no varía porque es una sustancia pura, pero
si se somete a cambios químicos el agua se puede descomponer en átomos de hidrógeno y de oxígeno.
Con el hidrógeno no se puede hacer lo mismo. Si se somete al calor, la molécula seguirá estando
constituida por átomos de hidrógeno. Si se intenta separarla por medios químicos siempre se obtendrá
hidrógeno.
En la naturaleza existen más de cien elementos químicos conocidos Y más de un millón de
compuestos.
Las mezclas se obtienen de la combinación de dos o más sustancias que pueden ser elementos o
compuestos. En las mezclas no se establecen enlaces químicos entre los componentes de la mezcla.
Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.
Las mezclas homogéneas son aquellas en las cuales todos sus componentes están distribuidos
uniformemente, es decir, la concentración es la misma en toda la mezcla, en otras palabras en la
mezcla hay una sola fase. Ejemplos de mezclas homogéneas son la limonada, sal disuelta en agua, etc.
Este tipo de mezcla se denomina solución o disolución.
Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que sus componentes no están distribuidos
uniformemente en toda la mezcla, es decir, hay más de una fase; cada una de ellas mantiene sus
características. Ejemplo de este tipo de mezcla es el agua con el aceite, arena disuelta en agua, etc.; en
ambos ejemplos se aprecia que por más que se intente disolver una sustancia en otra siempre pasado
un determinado tiempo se separan y cada una mantiene sus características.
Propiedades de la materia
Las propiedades de la materia corresponden a las características específicas por las cuales una
sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:
Propiedades físicas: dependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse como
ejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.
Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Por
ejemplo, la oxidación de un clavo (está constituida de hierro).
Las propiedades físicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:
Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden a
la masa, el volumen, la longitud.
159:
Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que se
tenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien
litros de agua
Con los siguientes conceptos forma un mapa conceptual.
Estructura interna de la materia, Modelo atómico, la estructura interna de los átomos,
electrones, protones, neutrones, núcleo del átomo, propiedades eléctricas y magnéticas.
ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA
Su explicación requiere de un
NEUTRONES
MODELO ATÓMICO
Son responsables de
PROTONES
Que considera
Se encuentren en el
LA ESTRUCTURA INTERNA
DE LOS ATOMOS
ELECTRONES
NÚCLEO DEL ÁTOMO
Constituidos por
ACTIVIDAD N° 56
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
Y MAGNÉTICAS
160:
La carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que se manifiesta
mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los
campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo
eléctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interacción. La partícula que
transporta la información de estas interacciones es el fotón. Estas fuerzas son de alcance infinito y no
se manifiestan de forma inmediata, sino que tardan un tiempo, donde C es la velocidad de la
luz en el medio en el que se transmite y d la distancia entre las cargas.
Las dos partículas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma natural
en la Tierra son el electrón y el protón, aunque pueden encontrarse otras partículas cargadas
procedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el protón y el
neutrón) además, están constituidos por partículas cargadas más pequeñas llamadas quarks, sin
embargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza.
Cuando un átomo gana o pierde un electrón, queda cargado eléctricamente. A estos átomos
cargados se les denomina iones.
Los trabajos de investigación realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel de
Física Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electrón, y de Robert Millikan a
medir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga eléctrica.
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina Coulomb (símbolo
C) y se define como la cantidad de carga que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corriente
eléctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de 6.24 × 1018
electrones aproximadamente. La
carga más pequeña que se encuentra en la naturaleza es la carga del electrón (que es igual en magnitud
a la del protón y de signo opuesto): e = 1.602 × 10-19
C
CARGA ELÉCTRICA
161:
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material.
Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de
Unidades se expresa en C/s (culombios sobré segundo), unidad que se denomina Amperio. Una
corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo
que se aprovecha en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que,
calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se
desea medir.
Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido
convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo
y sin embargo posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de
carga son negativos, estos son los electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional.
En resultado, el sentido convencional y el real son ciertos en tanto que los electrones fluyen desde el
polo positivo hasta llegar al negativo (sentido real), cosa que no contradice que dicho movimiento se
inicia al lado del polo positivo donde el primer electrón se ve atraído por dicho polo creando un hueco
para ser cubierto por otro electrón del siguiente átomo y así sucesivamente hasta llegar al polo
negativo (sentido convencional) es decir la corriente eléctrica es el paso de electrones desde el polo
negativo al positivo comenzando dicha progresión en el polo positivo.
En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con electricidad, sólo se disponía de
carga eléctrica generada por frotamiento o por inducción. Se logró (por primera vez, en 1800) tener un
movimiento constante de carga cuando el físico italiano Alessandro Volta inventó la primera pila
eléctrica.
Conducción eléctrica
Un material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la
electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir
que pertenezcan a algún átomo determinado.
Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a
otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga (q) se
transporta a través de una sección transversal dada del alambre en un tiempo (t), entonces la corriente
(I) a través del alambre es I = q/t. Aquí q está en Coulombs, t en segundos, e I en amperios (1A =
1C/s).
Una característica de los electrones libres es que, incluso sin aplicarles un campo eléctrico desde
afuera, se mueven a través del objeto de forma aleatoria debido a la energía calórica. En el caso de que
no hayan aplicado ningún campo eléctrico, cumplen con la regla de que la media de estos movimientos
CORRIENTE ELÉCTRICA
162:
aleatorios dentro del objeto es igual a cero. Esto es: dado un plano irreal trazado a través del objeto, si
sumamos las cargas (electrones) que atraviesan dicho plano en un sentido, y sustraemos las cargas que
lo recorren en sentido inverso, estas cantidades se anulan.
Cuando se aplica una fuente de tensión externa (como, por ejemplo, una batería) a los extremos de un
material conductor, se está aplicando un campo eléctrico sobre los electrones libres. Este campo
provoca el movimiento de los mismos en dirección al terminal positivo del material (los electrones son
atraídos [tomados] por el terminal positivo y rechazados [inyectados] por el negativo). Es decir, los
electrones libres son los portadores de la corriente eléctrica en los materiales conductores.
Si la intensidad es constante en el tiempo, se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se
llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del
conductor, la corriente es estacionaria.
Para obtener una corriente de 1 amperio, es necesario que 1 Coulomb de carga eléctrica por segundo
esté atravesando un plano imaginario trazado en el material conductor.
El valor I de la intensidad instantánea será:
Si la intensidad es variable la fórmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de
tiempo considerado.
Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que
oponen los cuerpos:
163:
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
¿Cuántos Coulomb pasan por un segundo durante 30 minutos si la intensidad de corriente es de
0.25 A?.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
T = 30 min = 1800 seg q = (0.25 A) (1800 seg) q = 450 C
I= 0.25 A DESPEJANDO
q = (I) (t)
Del problema anterior, ¿Cuántos electrones pasan por el conductor?.
= 2.81 X 1021
electrones
Propósito: Qué el alumno reinterprete los aspectos analizados previamente sobre la
corriente eléctrica con base en el movimiento de los electrones.
1.- Una intensidad de corriente de 1.5 A circula por un conductor durante una hora. Hallar:
a).- la carga desplazada, b).- el número de electrones que atraviesan el conductor en una hora.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- A través de un alambre pasan 650 C en 15 minutos. ¿Cuál es la intensidad de corriente?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
I = q / t
1 e―
6 X 10 ― 19
C 450 C Χ
ACTIVIDAD Nº 57
164:
3.- ¿Cuánto tiempo debe circular una corriente de 5 A para que pase una carga de 2700 C?.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Hallar el número de electrones que circulan en un conductor con una corriente de 2 A en 10 min.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- Si por el conductor pasan 30 000 C en 2 horas. Hallar la intensidad de corriente.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
6.- ¿Cuánto tiempo se requiere para que se desplacen 4 800 C, si la corriente es de 6 A.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
165:
La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo
largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica.
La diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo
eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir con
un voltímetro.
V = voltaje en Voltios ó volts.
T = trabajo en Joules
q = carga desplazada en Coulombs
En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios (V), al igual que
el potencial.
La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial
eléctrico de los puntos A y B en el campo.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un
flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del
conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente
cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo
que se conoce como corriente eléctrica.
Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la
diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial sea cero.
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
Si una carga de 2X 10―6
C se mueve gracias a una diferencia de potencial de 2 Volts. Hallar el trabajo
necesario para que la carga se desplace.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
Q = 2X 10―6
C T = (2 J/C) (2X 10―6
C) T = 4X 10―6
C
V = 2 Volts DESPEJE T = 0.000004 C
T = (V) (q)
V = T / q
V = T / q
DIFERENCI A DE POTENCIAL ELÉCTRICO (VOLTAJE)
166:
Propósito: Qué el alumno analice la función del electrón como portador de carga eléctrica y su
diferencia de potencial.
1.- La diferencia de potencial entre dos puntos es de 110 000 V. ¿Qué trabajo debe realizarse para
mover una carga de 2 µC de un punto a otro?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- El trabajo necesario para mover una carga de 7 µC es de 6 J. hallar la diferencia de potencial.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- ¿Qué carga se puede desplazar con un trabajo de 3nJ y una diferencia de potencial de 50 000 V?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Hallar la diferencia de potencial necesaria para que con un trabajo de 25 nJ se mueva una carga de
12µC?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- El trabajo necesario para llevar una carga de 5 nC de un punto a otro es de 3mJ. ¿Cuál es la
diferencia de potencial?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 58
167:
La resistencia eléctrica es la relación existente entre la diferencia de potencial eléctrico al que se
somete a un medio o componente y la intensidad de la corriente que lo atraviesa:
R = V/I
La resistencia eléctrica se suele representar con la letra R, y su unidad en el SI es el ohmio, definido
como la resistencia de un conductor en el cual la corriente es de un amperio cuando la diferencia de
potencial entre sus extremos es de un voltio. El inverso de la resistencia se denomina conductancia
eléctrica y su unidad es el siemens.
De la ecuación anterior se desprende que cuanta menor sea la intensidad de la corriente, mayor será la
resistencia, por ello se dice que la resistencia eléctrica es una medida de la dificultad que opone un
conductor al paso de la corriente a su vez.
Para una gran variedad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica no depende de la cantidad
de corriente o la diferencia de potencial aplicada por lo que ambas son proporcionales, siendo la
resistencia de un conductor función de las características del material y la temperatura a la que éste se
encuentra y de varios factores que influyen en la resistencia eléctrica de un conductor. Por ejemplo:
La naturaleza del Conductor: Si tomamos alambres de la misma longitud y sección
transversal (grueso) de los siguientes materiales: plata, cobre, aluminio, y fierro, podemos
verificar que la plata tiene una menor resistencia y que el fierro es el de mayor resistencia de
los cuatro.
La longitud del conductor: A mayor longitud mayor resistencia. Si se duplica la longitud del
alambre, también lo hace su resistencia.
Su sección o área transversal: (grosor) Al duplicarse la superficie de la sección trasversal, se
reduce la resistencia a la mitad.
La temperatura: En el caso de los metales su resistencia aumenta casi en forma proporcional
a su temperatura. Sin embargo, el carbón disminuye su resistencia al incrementarse la
temperatura, porque la energía que produce la elevación de temperatura libera más electrones.
RESISTENCIA ELÉCTRICA
168:
George Simón Ohm (1787–1854) físico y profesor alemán, utilizo en sus experimentos
instrumentos de medición bastante confiables y observo que si aumenta la diferencia de potencial en
un circuito, mayor es la intensidad de la corriente eléctrica; también comprobó que al incrementar la
resistencia del conductor, disminuye la intensidad de la corriente eléctrica.
Con base en sus observaciones en 1827 enunció la siguiente ley que lleva su nombre:
“La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente
proporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a la
resistencia del conductor”
Matemáticamente esta ley se expresa de la siguiente manera:
I=V/R por lo tanto V= (I) (R)
Donde: V: es la diferencia de potencial aplicado a los extremos del conductor (en volts V)
R: es la resistencia del conductor en Ohms
I: es la intensidad de la corriente que circula por el conductor (en amperes A)
Al despejar la resistencia de la expresión matemática de la ley de Ohm tenemos que: R=V/I
Con base en la ley de Ohm se define a la unidad de resistencia eléctrica de la siguiente manera: la
resistencia de un conductor es de 1 ohm si existe una corriente de un ampere cuando se mantiene una
diferencia de potencial de un Volt a través de la resistencia:
R (en ohmios) = V (en volts) I (en amperes) es decir 1 ohmio = V/A
Cabe señalar que la ley de ohm presenta algunas limitaciones como son:
1.- Se puede aplicar a los metales pero no al carbón o a los materiales utilizados en los transistores.
2.- Al utilizarse esta ley debe recordarse que la resistencia cambia con la temperatura, pues todos los
materiales se calientan por el paso de corriente.
3.- Algunas aleaciones conducen mejor las cargas en una dirección que otra.
LEY DE OHM
169:
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
Un conductor de resistencia igual a 4 Ω es atravesado por una corriente de 1.5 A. hallar la diferencia
de potencial.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
I = 1.5 A I =V/R V= (1.5 A) (4 Ω) V= 6 Voltios
R = 4 Ω DESPEJE
V =? V= (I) (R)
Propósito: Qué el alumno(a) describa la resistencia eléctrica en función de los obstáculos
al movimiento de los electrones en los materiales.
1.- Se aplica una diferencia de potencial de 120 V a una resistencia de 8 Ω. ¿Cuál es la
intensidad de corriente que pasa?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- Hallar el valor de la resistencia eléctrica de un alambre por el que pasan 5 A con una diferencia de
potencial de 80 V.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- Un foco de 100 V absorbe 1.5 A. Calcular su resistencia.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 59
170:
4.- Hallar la intensidad de corriente eléctrica en un tostador de 12 Ω y 120 V.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- ¿Cuál es la diferencia de potencial en un alambre de 5 Ω, si por este conductor pasan 850 C en
20 minutos?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
6.- Un calentador eléctrico tiene una resistencia de 15 Ω cuando está caliente. ¿Cuál es la intensidad de
la corriente que fluirá al conectarlo a una línea de 110 V?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
171:
Los circuitos eléctricos son un conjunto de elementos como las resistencias y las pilas que
integran un camino para la corriente eléctrica, con lo que se logra transformar energía eléctrica
en calor o en energía luminosa.
La resistencia puede ser un elemento como un bombillo, el disco de la cocina eléctrica, el radio, el
televisor o cualquier elemento que requiera de electricidad para funcionar.
Los circuitos eléctricos se pueden formar de tres maneras: circuitos en serie, circuitos en paralelo
y circuitos mixtos. Su nombre depende de cómo se acomoden los elementos con respecto a la
fuente.
Se define un circuito en serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene un
solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En el caso
concreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en todos los puntos del
circuito.
Donde I es la corriente en la resistencia R, V el voltaje de la fuente. Aquí observamos que en general:
CIRCUITO EN SERIE
CIRCUITOS ELÉCTRICOS
172:
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
Tres resistencias de 4Ω,6Ω,8Ω se conectan en serie. El circuito es alimentado por una
batería de 24 V. hallar: a (.- la intensidad de corriente que circula en el circuito. b (.- la
diferencia de potencial en cada una de las resistencias.
A).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
R1 = 4Ω RT = R1 + R2 + R3 RT = 4Ω + 6Ω + 8Ω RT = 18Ω
R2 = 6Ω FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
R3 = 8Ω I = V / R I = 24 V / 18 Ω I = 1.333 A
B).- V1 = (R1 ) (I ) V1 =( 4Ω) (1.333 A) = 5.33 V
V2 = (R2 ) (I ) V2 =( 6Ω) (1.333 A) = 8.00 V
V3 = (R3 ) (I ) V3 =( 8Ω) (1.333 A) = 10.67 V
24 V
8 Ω
6 Ω
4 Ω
24 V
173:
Propósito: Qué el alumno(a) analice y contraste las ideas y los experimentos que
permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética. 1.- De los siguientes circuitos hallar: a).- La resistencia equivalente b).- la corriente que circula por el circuito c).- la diferencia de potencial en cada resistencia.
A).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
A).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 60
28 V
2 Ω 5 Ω 7 Ω
R1 =1 Ω R2 =8 Ω
R3 =2 Ω
R4 =7 Ω R5 =4 Ω
18 V
174:
Se define un circuito en paralelo como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se bifurca
en cada nodo. Su característica más importante es el hecho de que el potencial en cada elemento
del circuito tiene la misma diferencia de potencial.
CIRCUITO EN PARALELO
175:
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
Se conectan 3 resistencias de 1Ω, 3Ω, 6Ω, en paralelo bajo una diferencia de potencial de 15 V.
hallar: a).- la resistencia equivalente, b).- la corriente en cada resistencia, c).- la corriente total.
A).-DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN
R1= 1Ω 1/RT = 1/1Ω+1/3Ω+1/6Ω
R2= 3Ω 1/RT = 6+2+1/6Ω = 9/6Ω = 3/2Ω
R3= 6Ω 1/RT = 3/2Ω
DESPEJANDO RESULTADO
R = 2Ω / 3 = 0.67 Ω R = 0.67 Ω
B).- I = V / R I1 = V / R1 = 15V /1Ω = 15 A
I2 = V / R2 = 15V /3Ω = 5 A
I3 = V / R3 = 15V /6Ω = 2.5 A
C).- I = I1+I2+I3 = 15 A+5A+2.5A = 22.5 A
Comprobación = 15 V /0.67Ω = 22.388 A Redondeando a 22.5 A
1 Ω 6 Ω 3 Ω
15 V
176:
Propósito: Qué el alumno(a) analice y contraste las ideas y los experimentos que
permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética.
1.- de los siguientes diagramas hallar: a).- la resistencia equivalente, b).- la intensidad de corriente en
cada resistencia, c).- la intensidad de corriente total del circuito.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 61
1 Ω 2 Ω 3 Ω 24 V
177:
2.- de los siguientes diagramas hallar: a).- la resistencia equivalente, b).- la intensidad de corriente en
cada resistencia, c).- la intensidad de corriente total del circuito.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
178:
Es una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución de estos
problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y en
paralelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo.
En la vida cotidiana observamos estos circuitos en las instalaciones eléctricas domésticas. La
conexión entre los bombillos de una misma habitación está en paralelo, de manera que si un
bombillo se "quema", los demás quedan encendidos. Pero entre el interruptor y los bombillos el
circuito es en serie, de manera que si se "apaga" la luz se interrumpe el fluido eléctrico y los
bombillos se apagan todos juntos.
Los cables eléctricos y las resistencias deben ser de materiales que sean buenos conductores como:
oro, plata, cobre, aluminio, bronce, entre otros. Estos son materiales que presentan poca resistencia.
Los que se utilizan para hacer los bombillos eléctricos deben tener alta resistencia para que se
pongan incandescentes y alumbren. El mejor de ellos para este fin es el tungsteno.
Otros materiales son pésimos conductores, ya que no permiten el paso de la electricidad. Entre
ellos se puede mencionar: plástico, hule, madera, caucho, poliestireno y porcelana.
CIRCUITO MIXTO
179:
Siempre que una carga eléctrica se mueve en un circuito a través de un conductor realiza un
trabajo, mismo que se consume generalmente en calentar el circuito o hacer girar un motor. Cuando se
desea conocer la rapidez con que se realiza un trabajo, se determina como potencia eléctrica. Por
definición; la potencia eléctrica es la rapidez con que se realiza un trabajo; también se interpreta
como la energía que consume una máquina o cualquier dispositivo eléctrico en un segundo.
Para deducir la expresión matemática de la potencia eléctrica, debemos de partir del concepto de la
diferencia de potencial o voltaje, he ir despejando y sustituyendo una ecuación en otra.
1.- V = T /q despejando trabajo
2.- T = V . q como potencia es la rapidez con la cual se realiza un trabajo, tenemos que:
3 .- P = T / t sustituyendo la ecuación 2 en 3, tenemos
4.- P = V . q / t como la intensidad de corriente eléctrica es igual a la carga que pasa por un
conductor en la unidad de tiempo, tenemos que;
5.- I = q / t sustituyendo la ecuación 5 en la 4, obtenemos,
6.- P = V . I para demostrar la unidad de potencia veamos sus unidades originales
V = T / q en Joules / Coulombs
I = q / t en Coulombs /segundos
V . I = (Joules /Coulombs) (Coulombs /segundos) = Joules / segundos = Watt = W
Al relacionar la ley de Ohm podemos demostrar que:
7.- V = I . R despejando Intensidad obtenemos,
8.- I = V / R al sustituir la ecuación 8 en 6 obtenemos,
9.- P = I . R . I simplificando la ecuación tenemos que P = I2 . R
10.- I = V / R despejando Voltaje obtenemos,
11.- V = I . R sustituyendo la ecuación 11 en 6 obtenemos,
12.- P = V . V / R simplificando la ecuación tenemos que P = V2 / R
Recuerda que la potencia también es la energía que consume una maquina o cualquier
dispositivo eléctrico en un segundo, por tanto P = T / t
POTENCIA ELÉCTRICA.
180:
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
Calcula:
a).- ¿Qué potencia eléctrica desarrolla una parrilla eléctrica que recibe una diferencia de
potencial de 120 V y por su resistencia circula una corriente de 6 A?
b).- La energía eléctrica consumida en kW-H, al estar encendida la parrilla 45 minutos.
c).- ¿Cuál es el costo del consumo de energía eléctrica de la parrilla si el precio de 1 kw-h es de
$ 40.00?
DATOS FÓRMULAS SUSTITUCIÓN RESULTADO
A).- P = ? P = V . I P =(120 V) (6 A) P = 720 W
V = 120 V
I = 6 A
B).- T = ? Conversión de unidades
T = 45 min. 720 W X 1 kW / 1000 W = 0.72 kW
45 min X 1 hora / 60 min = 0.75 h
T = P . t T = (0.72 kW) (0.75 h) T = 0.54 kW-h
C).- Costo de cons / energía 0.54 kW-h X $ 40.00 / 1kW-h = $ 21.60
181:
Propósito: Qué el alumno(a) reconozca y valore las aportaciones de la aplicación de la
diferencia de potencial, intensidad de corriente y resistencia eléctrica en el consumo de
energía del hogar.
1.- Un foco de 100 W se conecta a una diferencia de potencial de 120 V. determine: a).- la resistencia
del filamento, b).- la intensidad de la corriente eléctrica que circula por él, c).- la energía que consume
el foco durante una hora 30 minutos en kW-h, d).- el costo de la energía consumida, si un kW-h =
$40.00.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- Un aparato eléctrico conectado a una fuente de 110 V absorbe 4 A. Hallar a).- la potencia eléctrica,
b).- la energía eléctrica consumida en Joules, c).- la energía en kW-h, si el aparato funciona 3 horas.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 62
182:
3.- DETERMINAR: a).- La potencia eléctrica desarrollada por un calentador eléctrico que se conecta a
una diferencia de potencial de 120 V y por su resistencia circula una corriente de 8 A, b).- ¿Qué
energía eléctrica consume en kW-h al estar encendido 15 minutos? c).- ¿Cuál es el costo de la energía
eléctrica consumida por el calentador al considerar a $ 40.00 el kW-h?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
183:
Cuando circula corriente eléctrica en un conductor, parte de la energía cinética de los electrones
se transforma en calor y eleva la temperatura de este con lo cual se origina el fenómeno que recibe el
nombre de efecto Joule.
El enunciado de de la ley de Joule es el siguiente: “El calor que produce una corriente eléctrica
al circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la
corriente, a la resistencia y al tiempo qué dura circulando la corriente” Matemáticamente se expresa
de la siguiente manera:
Q = 0.24 . I2 . R . t
Al observar la expresión matemática anterior encontramos que I2.R es la potencia eléctrica
multiplicada por el tiempo, lo cual proporciona la energía consumida, es decir, T = P.t = I2 . R . t .
Esta cantidad de energía eléctrica consumida en Joules se transforma en calor, por ello la constante de
0.24 representa la equivalencia siguiente: 1 Joules de trabajo = 0.24 calorías de energía térmica
Existen varios aparatos y dispositivos eléctricos que producen calor como consecuencia
del efecto Joules; por ejemplo: las Planchas, radiadores, tostadores, calentadores o parrillas eléctricas,
etc.
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
Por la resistencia de 30 Ω de una plancha eléctrica circula una corriente de 4 A al estar conectada a
una diferencia de potencial de 120 V. ¿Qué cantidad de calor produce en 5 minutos?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN
R = 30 Ω Q = 0.24 . I2 . R . t Q =( 0.24) ( 4 A)
2 (30 Ω) (300 seg)
I = 4 A RESULTADO
V = 120 V Q = 34 560 calorías
t = 5 min = 300 seg
EFECTO JOULES
184:
Propósito: Qué el alumno analice y contraste las ideas y experimentos que permitieron el
descubrimiento de la corriente eléctrica y su transformación en calor.
1.- Por el embobinado de un cautín eléctrico circula 5 A al estar conectado a una diferencia
de potencial de 110 V. ¿Qué calor genera en un minuto?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- Un tostador eléctrico de pan tiene una resistencia de 20 Ω y se conecta durante 2 minutos a una
diferencia de potencial de 110 V ¿Qué cantidad de calor produce?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- ¿En cuanto tiempo desprende un aparato eléctrico 68214 calorías si su intensidad de corriente es de
14.5 A y ofrece una resistencia de 18Ω?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
4.- Calcula la resistencia que debe tener un tostador de pan que desprende 22032 calorías, cuando su
intensidad de corriente es de 9.3 A, al transcurrir 30 minutos.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 63
185:
Una de las ramas más antiguas de la Física es la óptica, ciencia encargada del estudio de la luz y
de los fenómenos luminosos, que comienza cuando el hombre trata de explicar el fenómeno de la
visión considerando una facultad anímica que le permite relacionarse con el mundo exterior.
En la antigüedad sólo se interpretaba a la luz como lo opuesto a la oscuridad. Mas adelante, los
filósofos griegos se percataron de la existencia de algo que relacionaba la distancia entre nuestros ojos,
las cosas vistas y la fuente que las iluminaba.
Pitágoras señalaba en su teoría: la luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todas
direcciones, choca contra los objetos y rebota de ellos, cuando ésta penetra en nuestros ojos, produce la
sensación de ver el objeto desde el cual rebotó. Epicuro de Samos, otro filósofo griego, señalaba; la luz
es emitida por los cuerpos en formas de rayos, éstos al entrar al ojo estimulan el sentido de la vista.
A fines del siglo XVII existían dos teorías que trataban de explicar la naturaleza de la luz. Una era la
teoría Corpuscular de Isaac Newton (1642- 1726) que indica que la luz está compuesta por diminutas
partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de
propagación de estas partículas recibe el nombre de rayos luminosos.
La teoría de Newton se fundamenta en los puntos siguientes:
Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman
se mueven a gran velocidad.
Reflexión. Se sabe que la luz se refleja al chocar contra un espejo. Newton explicaba este
fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto, la
reflexión cumple las leyes del choque elástico.
Refracción: el hecho de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad,
cambiando la dirección de propagación, tiene difícil explicación con la teoría corpuscular. sin
embargo, Newton supuso que la superficie de separación de dos medios de distinto índice de
refracción ejercía una atracción sobre las partículas luminosas, aumentando así la componente
normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanecía invariable.
¡Y SE HIZO LA LUZ!
186:
La otra teoría era la de del Holandés Christiaan Huygens, (1629-1695) quien postuló que la luz se
propaga mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminosos, y que para ello necesitaba un
medio material de gran elasticidad, impalpable, que todo lo llena, incluyendo el vacio, puesto que la
luz también se propaga en él. A este medio se le llamo éter.
El frente de onda es perpendicular a las direcciones de propagación. La teoría ondulatoria explica
perfectamente los fenómenos luminosos mediante una construcción geométrica llamada principio de
Huygens, también indica que la luz se propaga con mayor velocidad en los medios menos densos.
Se define el frente de onda como la superficie envolvente a donde llega la onda en un momento dado.
Puede tener diferentes formas: en las ondas planas que se propagan por la superficie del agua será una
línea recta, en las circulares, que fácilmente podemos crear en la superficie del agua, será una
circunferencia y en las sonoras (como las que se producen en una explosión) será una esfera.
En 1865 el físico escocés James Clerk Maxwell propuso que la luz está formada por ondas
electromagnéticas como las de radio y radar, entre otras; esto permite su propagación, aun en el vacio,
a una velocidad de 300 000 km/seg.
Actualmente se considera que la luz tiene una naturaleza dual, porque algunas veces se comporta como
onda y en otras como partícula. En conclusión, la luz es una energía radiante transportada a través de
fotones y transmitida por un campo ondulatorio, por ello se requiere la teoría corpuscular para analizar
la interacción de la luz con la materia.
La luz se propaga en línea recta a una velocidad de 300 000 km/s en el vacio. Una demostración
experimental de este principio es el hecho de que los cuerpos produzcan sombras bien definidas.
Un cuerpo opaco es aquel no permite el paso de la luz a través de él, por tanto si recibe rayos
luminosos proyectará una sombra definida. Un cuerpo trasparente permite el paso de los rayos
luminosos, por lo que se ve con claridad cualquier objeto colocado al otro lado de él, un cuerpo
translúcido deja pasar la luz pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidas
claramente a través de ellos.
La fotometría es al parte de la óptica cuyo objetivo es determinar las intensidades de las fuentes
luminosas y las iluminaciones de las superficies.
187:
A los cuerpos productores de luz, como el sol, una hoguera o un cerillo encendido, se les nombra
cuerpos luminosos o fuentes de luz, a los cuerpos que reciben rayos luminosos, como es el caso de la
tierra, un árbol, el techo de una casa o un árbol, etc., se les denomina cuerpos iluminados.
La intensidad de luz es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso. Para cuantificar
la intensidad luminosa de una fuente de luz, se utiliza en el sistema internacional SI la unidad llamada
Candela (cd) y en el sistema cegesimal CGS se utiliza la bujía decimal (bd).
El flujo luminosos es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en al unidad de tiempo una
superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen
(lu).
La iluminación es la cantidad de luz que reciben las superficies de los cuerpos. Su unidad de medida es
el lux (lx). Un lux es la iluminación producida por una candela o una bujía decimal sobre una
superficie de 1 m2 que se encuentra a un metro de distancia.
1 lux = 1 cd / m2 = 1 bd / m
2
Por tanto un foco de 40 Watt equivale a 44 candelas o bujías decimales. La ley de la iluminación o ley
inversa del cuadrado, es una consecuencia de propagación en línea recta de la luz. Por ejemplo: al
colocar un foco de 40 watt a una distancia de un metro de la superficie, se produce una cierta
iluminación sobre ella. Si después elevamos el foco a una distancia de 2 metros, observaremos que la
iluminación de la superficie se ha reducido a la cuarta parte de la anterior y así sucesivamente. Por
tanto, podemos enunciar dicha ley en los siguientes términos. “La iluminación E que recibe una
superficie es directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa I, e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia d que existe entre la fuente y la superficie”
Matemáticamente se expresa así E = I / d2 E = iluminación expresada en lux (lx)
I = intensidad de la fuente en candelas (cd)
d = distancia entre la fuente y la superficie en (m)
188:
Estudia con atención el siguiente ejemplo:
¿Cuál es la iluminación medida en lux que produce un foco de 60 watt sobre una mesa hallada a 2 m
de distancia?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
E =? E = I / d2
E = 66 cd / 4 m2 E = 16.5 lx
P = 60 W Conversión de unidades
d = 2 m 60 W X 1.1 cd / 1 W = 66 cd
d2 = 4 m
2
Propósito: Desarrollar en los alumnos las habilidades del pensamiento matemático y;
además, que utilicen la aplicación de los conocimientos adquiridos en la ley de la
iluminación.
1.- Calcular la iluminación que produce una lámpara eléctrica de 300 cd a una distancia de 2.5 metros
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
2.- La iluminación que produce una lámpara de alumbrado publico es de 3.8 lux a una distancia de
12 m ¿Cuál es la intensidad luminosa de la lámpara?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
3.- Calcular la distancia a la que debe colocarse una lámpara eléctrica de 200 cd para que produzca
sobre una mesa una iluminación de 50 lux
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 64
189:
4.- Calcular en watts la intensidad luminosa de un foco que produce una iluminación de 36.6 lux a una
distancia de 1.5 m
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
5.- ¿A que distancia debe colocarse una lámpara eléctrica de 1000 W para que produzca sobre una
superficie una iluminación de 100 lux?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
6.- Determine la iluminación producida por una lámpara eléctrica de 550 cd a una distancia de 5 m.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, ésta se refleja total o parcialmente en todas
direcciones. Si la superficie es lisa como un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en una sola
dirección. Toda superficie que refleja los rayos de luz recibe el nombre de espejo. Por ejemplo el agua
de una alberca o un lago, o los espejos de cristal que pueden ser planos o esféricos.
Al rayo de luz que llega al espejo se le nombra incidente y al rayo rechazado por él se le nombra
reflejado.
Existen dos leyes de la reflexión propuestas por Descartes y son:
El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano.
El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.
La luz puede ser reflejada de dos formas, según las cualidades del material sobre el que incide: una es
la reflexión especular y la otra es la reflexión difusa.
La reflexión especular acontece cuando la superficie reflejante es lisa y la mayor parte de la luz es
reflejada.
La reflexión difusa acontece cuando la superficie reflectora es áspera
LEYES DE LA REFLEXIÓN DE LA LUZ
190:
Entre más grande es la diferencia de densidad entre los distintos medios que un rayo de luz atraviesa,
más grande es la deviación que este experimenta.
Cuando estamos frente a un espejo plano nuestra imagen es
derecha porque conserva la misma posición; es virtual porque se
ve como si estuviéramos dentro del espejo (la imagen es real por
que se recibe en una pantalla) y es simétrica porque
aparentemente está a la misma distancia de la del espejo. También
si movemos el brazo derecho, en nuestra imagen parece que
movimos el izquierdo, ello se debe a propiedad que tienen los
espejos planos y cuyo nombre es inversión lateral.
Se forman espejos planos angulares cuando se unen dos
espejos planos por uno de sus lados formando un cierto ángulo.
Al colocar un objeto en medio de ellos se observarán un
número N de imágenes, éste dependerá de la medida del
ángulo. Para calcular el número de imágenes que se producirán
en dos espejos planos angulares se usa la siguiente fórmula
N = 360° ― 1
θ
191:
Propósito: Qué el alumno(a) como las ondas electromagnéticas, en particular la luz, se
reflejan y cambian de velocidad al viajar por medios distintos.
Completa correctamente las siguientes preguntas:
1. - Resuelve con las siglas RD o RE si la reflexión es difusa o especular respectivamente, en las
siguientes superficies:
Vidrio ___________________________ Celofán ______________________________
Plástico opaco ______________________ Madera ______________________________
Yeso _____________________________ Mica ________________________________
Resina ____________________________ Plástico transparente ___________________
2.- Enuncia la ley de la Reflexión de la luz. _______________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
3.- Si la superficie sobre la que incide un rayo luminoso es curva, ?Se cumple la ley de la reflexión?
Explica tu respuesta: _________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
4.- ¿Cuántas imágenes se observaran de un objeto al ser colocado en medios dos espejos planos que
forman un ángulo de 60 °?
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
ACTIVIDAD Nº 65
192:
La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a
la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Si éstos inciden
perpendicularmente a la superficie de separación de las sustancias, no se refractan. La causa que
origina la refracción de la luz es el cambio en la velocidad de los rayos luminosos al penetrar a un
medio de diferente densidad. Los rayos oblicuos que llegan a la superficie de separación entre dos
medios se llaman incidentes y los que se desvían al pasar por ésta se les nombran refractados.
La desviación sufrida por un rayo luminoso dependerá del medio al cual pasa. A mayor densidad el
rayo se acerca a la normal y si el medio tiene una menor densidad, se aleja de ella.
La segunda ley se conoce también como la ley de Snell, por ser el astrónomo y matemático holandés
Willebrord Snell (1591-1626), quien la descubrió.
La velocidad de la luz en el vacio es de 300 000 km/s, mientras que en el aire es de 299 030 km/s y en
el agua es de 225 000 km/s. la relación entre las velocidades de la luz en el vacio y en un medio, recibe
el nombre de índice de refracción.
LEYES DE LA REFRACCIÓN DE LA LUZ
LEYES DE LA REFRACCIÓN:
Primera ley: El rayo incidente, la normal y el rayo
refractado se encuentran siempre en el mismo plano.
Segunda ley: Para cada par de sustancias
transparentes, la relación entre el seno del ángulo de
incidencia y el seno del ángulo de refracción, tienen
un valor constante que recibe el nombre de índice de
refracción n
Matemáticamente se expresa así n = sen i /sen r
193:
Las lentes son cuerpos trasparentes limitados por dos superficies esféricas o por una esférica y
una plana. Las lentes se emplean a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes de la
refracción; para su estudio se dividen en convergentes y divergentes.
LENTES CONVERGENTES: son aquellas cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia los
bordes razón por la cual su centro es más grueso que sus orillas. Tienen la propiedad de desviar los
rayos hacia el eje y hacerlos converger en un punto llamado foco.
Las lentes convergentes se utilizan para obtener imágenes reales de los objetos, tal es el caso de las
cámaras fotográficas o proyectores de cine; como parte de los sistemas amplificadores de imágenes
óptica en los microscopios o bien para corregir defectos visuales de las personas hipermétropes en
cuyo caso el ojo se caracteriza porque los rayos paralelos al eje forman su foco detrás de la retina. Las
personas hipermétropes que no usan lentes, al leer se alejan el libro.
LENTES DIVERGENTES: El espesor disminuye de los bordes hacia el centro, por lo que los
extremos son más gruesos y desvían los rayos hacia el exterior, alejándolos del eje óptico de la lente.
Las lentes divergentes se utilizan para corregir la miopía, enfermedad caracterizada por una curvatura
excesiva del cristalino, así, las imágenes se forman delante de la retina. Las personas miopes que no
usan lentes tienen que acercarse mucho un libro al leer.
LAS LENTES Y SUS CARATERÍSTICAS
194:
Una lente es un cuerpo transparente que está limitado por dos superficies esféricas o por una plana y
otra esférica.
De acuerdo con su forma las lentes se dividen en convergentes y divergentes. En el siguiente esquema
se clasifican las lentes por figura y nombre.
En el siguiente esquema se señalan los distintos elementos a considerar en el análisis de las lentes
convergentes y la producción de imágenes en ella.
C = es el centro óptico, punto central de la lente
F = es el foco principal u objeto
F' = es el foco principal o imagen Los puntos F y F
' son simétricos y equidistantes del centro de la
lente
E = es el eje principal. Recta perpendicular a la lente que pasa por el centro óptico.
S = es el eje secundario. Recta oblicua a la lente que pasa por el centro óptico
R = es el rayo o rayos de luz que inciden sobre la lente.
CLASIFICACIÓN DE LAS LENTES
E
S
R
195:
En las lentes convergentes, cualquier rayo luminoso que pase en forma paralela a su eje fundamental,
al refractarse circulará por el foco principal.
Estudia los siguientes casos:
Caso: 1.- El objeto se
encuentra en el foco, no se
forma imagen
Caso: 2.- El objeto está al
doble de la distancia focal,
2f, la imagen es real,
invertida y del mismo
tamaño que el objeto
Caso: 3.- El objeto se encuentra
entre el foco y la lente, la imagen
es; virtual, derecha, más grande
que el objeto del mismo lado de
la lente donde se encuentra el
objeto.
En una lente divergente, todo
rayo paralelo al eje fundamental,
al refractarse se separa como si
procediera de un foco principal.
196:
La teoría electromagnética unifica los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Esta teoría,
desarrollada por James Clerk Maxwell, se fundamenta en cuatro leyes, que son:
Cargas distintas, se atraen; cargas de iguales, se repelen (ley de Coulomb)
No hay polos magnéticos aislados.
La corriente eléctrica crea campos magnéticos.
Los campos magnéticos cambiantes pueden dar origen a una corriente eléctrica.
Maxwell integró en ecuaciones matemáticas estas cuatro leyes, en una sola teoría que predice que la
luz, las ondas de radio y la radiación térmica (calor) son manifestaciones de un mismo tipo, todas son
ondas o radiaciones electromagnéticas.
La teoría predice la existencia de un campo electromagnético que se propaga en forma de ondas
transversales y perpendiculares entre sí.
Como se vio al estudiar el movimiento ondulatorio, en la propagación de una onda no hay transporte
de materia, sólo de energía. En el caso del sonido y otros tipos de movimiento ondulatorio material, la
energía transportada es mecánica. Las ondas electromagnéticas transportan energía radiante y su
propagación es la radiación electromagnética.
Todas las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz en el vacio, que es de
3 X108 m/s.
El espectro electromagnético es el conjunto de todas las ondas electromagnéticas conocidas. Para su
estudio, el espectro electromagnético se divide en diferentes regiones, ondas de radio, microondas,
infrarrojas, luz visible, ultravioletas, rayos X y rayos gamma.
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
197:
Cada región del espectro se caracteriza por un rango de longitud de onda, λ y de frecuencia.
LAS ONDAS DE RADIO: se producen cuando se hacen oscilar a los electrones a miles de veces por
segundo en las antenas metálicas de las estaciones de radio. Las ondas de radio tienen longitudes de
onda de 10 a 30 000 m, las estrellas, el sol y el polvo cósmico son fuentes de radio, es decir, emiten
energía en esta longitud de onda.
LA LUZ VISIBLE: corresponde a una parte muy importante del espectro electromagnético y está
constituida por los colores. A cada color le corresponde una frecuencia y una longitud de onda
determinadas y por lo tanto, una energía. Todos los cuerpos luminosos se caracterizan por emitir
energía en el rango visible del espectro electromagnético, aunque pueden emitir en otras longitudes de
onda, lo que los hace luminosos y visibles a nuestros ojos es precisamente que emiten luz visible. El
espectro visible incluye el conjunto de colores del arco iris: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul,
violeta e índigo. En el espectro visible la longitud de onda λ, se mide en nanómetros nm, (10―9
m).
Las cosas tienen color debido a la forma en la que la luz interactúa con los átomos. Para que la luz sea
reflejada, primero debe ser absorbida y luego remitida. La luz que sale puede tener la misma longitud
de onda que la que fue absorbida o ser de λ, distinta, el color de los objetos corresponde al color
(longitud de onda) de la luz que reflejan.
198:
RADIACIÓN INFRARROJA: Ala radiación infrarroja le corresponde longitudes de onda más largas
y frecuencias más bajas que el espectro visible., su rango de frecuencia esta: 1011
― 1014
Hz, rango de
longitud λ 10―7― 10
―3m. Los cuerpos calientes emiten radiaciones infrarrojas, la piel tiene
detectores de calor que corresponden a las longitudes mayores a 780nm.
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA (UV): El intervalo de frecuencia y de longitud λ para esta
radiación es de un rango de frecuencias 1014
― 1017
Hz, y el rango de longitud 10―10
― 10―7
m. El
sol es una fuente de radiación ultravioleta. Esta radiación es absorbida en gran parte por la capa de
ozono ( O3) en la atmosfera.
La piel reacciona a la radiación ultravioleta de λ = 390 nm o menores, pigmentándose.
El bronceado de la pie es resultado de la luz UV y no de la visible o IR.
199:
Propósito: Qué el alumno(a) relacione las propiedades de las ondas electromagnéticas con
la energía que transportan.
Contesta correctamente las siguientes preguntas con ayuda de tu libro de texto, enciclopedia o internet.
1.- Define la radiación electromagnética: _________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
2.- ¿Qué tipo de energía transporta loas ondas electromagnéticas? _____________________________
__________________________________________________________________________________
3.- ¿En donde se propaga las ondas electromagnéticas? ______________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
4.- Define el espectro electromagnético: __________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
5.- La longitud de onda del espectro visible se mide en ______________________________________
6.- ¿Por qué los objetos tienen color? ____________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
7.- ¿Cuál es la longitud del color verde? __________________________________________________
8.- ¿Cuál es el rango de frecuencia y de longitud del IR: _____________________________________
__________________________________________________________________________________
9.- ¿Cuál es el rango de frecuencia y longitud del UV: ______________________________________
__________________________________________________________________________________
10.- ¿Cuáles son los colores del espectro visible?. __________________________________________
__________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD Nº 66
200:
Propósito: Qué el alumno(a) relacione los diferentes conceptos del tema ¡y se hizo la luz!
Relaciona la columna de la izquierda con la de la derecha y escribe en el paréntesis el número
que corresponda:
( ) Velocidad de propagación de la luz en el vacio 1.- Ondas de radio
( ) Tipo de lentes convergentes 2.- Ley de iluminación
( ) visión incorrecta en la que la imagen se forma detrás del 3.- Lux
Globo ocular. 4.- Refracción
( ) Unidad de intensidad luminosa 5.- Reflexión
( ) Unidad de iluminación 6.- Luz visible
( ) Propagación de ondas de energía radiante. 7.- Ley de reflexión
( ) Constituida por los colores del arco iris 8.- Candela
( ) Tipo de lente divergente. 9.- Hertz
( ) El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales 10.- Cristalino
( ) Es directamente proporcional a la intensidad e inversamente 11.- Cuerpo ciliar
Proporcional al cuadrado de la distancia. 12.- Hipermetropía
( ) Medio en el que se propagan las ondas electromagnéticas 13.- Bicóncava
( ) Cambio de dirección de la luz cuando pasa de un medio a otro, 14.- Biconvexa
ambos de distinta densidad. 15.- Radiación infrarroja
( ) Su rango de frecuencias está entre 1011
y 1014
Hz. 16.- 3 X 108 m/s
( ) Si se relaja, el cristalino se aplana y se enfocan objetos lejanos. 17.- Retina
( ) Enfoca los objetos en la retina. 18.- Radiación electromagnética
( ) Unidad de frecuencia. 19.- Campo electromagnético
( ) Se utiliza en los sistemas de comunicaciones. 20.- Miopía
( ) Se especializan en la captación del color. 21.- Conos
( ) Células de la retina que captan la intensidad luminosa. 22.- Bastones.
ACTIVIDAD Nº 67
201:
202:
La Física es una de las ciencias naturales que más ha contribuido al desarrollo y bienestar del
ser humano, porque gracias a su estudio e investigación ha sido posible encontrar, en múltiples casos,
una explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en nuestra vida diaria.
La palabra Física proviene del vocablo griego physiké, cuyo significado es ―naturaleza‖.
La Física es ante todo una, ciencia experimental, pues sus principios y leyes se fundamentan en
la experiencia adquirida al reproducir intencionalmente muchos de los fenómenos naturales.
La Física se define como la ciencia dedicada al estudio de la materia y la energía, y el modo
como éstas se relacionan. Por lo tanto podemos decir que es la ciencia que se encarga del estudio de
los fenómenos naturales, en los cuales no hay cambios en la composición de la materia. Al estudiar
la materia podemos llegar a conocer cuáles son las propiedades de las partículas fundamentales y como
se agrupan dichas partículas para formar los cuerpos. De igual manera, al estudiar la energía podemos
determinar cuáles son las posibles interacciones que llevan a cabo las partículas para originar átomos,
moléculas o cuerpos mayores.
En la actualidad no se piensa en materia sin pensar en energía, pues se encuentran íntimamente
relacionadas.
La Física ha tenido un gran desarrollo gracias al esfuerzo de notables investigadores y
científicos, quienes al inventar y perfeccionar instrumentos, aparatos y equipos han logrado que el ser
humano agudice sus sentidos al detectar, observar y analizar muchos fenómenos y acontecimientos
presentes en el Universo, mismos imposibles de estudiar sin su ayuda.
Los telescopios, radiotelescopios, radares, microscopios electrónicos, aceleradores de partículas
y computadoras, entre otros dispositivos, han permitido importantes aportaciones de la Física a otras
ciencias, entre las cuales se encuentran la Medicina, la biología, la Química, la Astronomía, la
Geografía, así como necesita de los cálculos Matemáticos y la Tecnología.
La Física para su estudio, se divide en dos grandes grupos: física clásica y física moderna. La
primera estudia todos aquellos fenómenos en los cuales la velocidad es muy pequeña comparada con la
velocidad de propagación de la luz: la segunda se encarga de aquellos fenómenos producidos por la
velocidad de la luz o con valores cercanos a ella. Pero ¿qué entendemos por velocidad muy pequeña
comparada con la velocidad de la luz? La velocidad de la luz en el vacío es de 300 000 km/s, esto
quiere decir que si un rayo de luz emitido por una fuente luminosa viajara alrededor de la tierra, cuya
circunferencia es equivalente a una longitud de 40 000 kilómetros, el rayo de luz sería capaz de dar
7 vueltas y media alrededor de ella en un segundo. Comparando a la velocidad de la luz con la de un
automóvil de carreras que alcanza velocidades en línea recta de aproximadamente 320 km/s o un avión
que vuele a 1000 km/h, podemos comprender fácilmente que estas velocidades, para nosotros altas, en
realidad son muy pequeñas al compararlas con la de la luz, en general, las velocidades alcanzadas por
las motocicletas, automóviles y aviones aunque sean muy veloces, siempre resultaran mínimas al
compararlas con la de la luz.
LA FÍSICA Y EL CONOCMIENTO DEL UNIVERSO
203:
La física moderna, por su parte, estudia los fenómenos producidos por las partículas
microscópicas como son: los átomos, las moléculas, los núcleos atómicos y las partículas atómicas, en
los que además sus velocidades son tan grandes que tienen valores iguales o cercanos a la velocidad
de la luz.
Desde fines del siglo XIX el estudio de la física ha tenido un notable desarrollo, mismo que ha
sido posible gracias al empleo de aparatos y técnicas experimentales cada vez más perfeccionadas.
Además, se han hecho grandes descubrimientos acerca del átomo, de su núcleo y de las radiaciones
producidas por las partículas atómicas.
En 1905 Albert Einstein publicó varios trabajos, entre ellos estaban uno referente al efecto
fotoeléctrico; esto consiste en la transformación de energía luminosa a energía eléctrica cuando un
rayo de luz de determinada frecuencia incide sobre una placa metálica arrancándole electrones, por
tanto, se genera una corriente eléctrica.
Ubicó un trabajo referente a la teoría especial de la Relatividad, misma que su trascendencia y
aplicaciones constituyen uno de los fundamentos más importantes de la física moderna.
La física es una ciencia natural que estudia los fenómenos en los cuales intervienen la materia y
la energía. La física se divide tradicionalmente en varias partes qué corresponden a las propiedades
generales de los cuerpos; como veremos a continuación en el siguiente cuadro.
MODERNA
MECÁNICA
CUÁNTICA
MODERNA
CLÁSICA
MECÁNICA
CUÁNTICA
Estadística
Relativista
Cuántica
Atómica
Nuclear
MECÁNICA
TERMODINÁMICA
MAGNETISMO
ÓPTICA
ELECTRICIDAD
ACÚSTICA
Estática
Cinemática
Dinámica
204:
DEFINICIONES SOBRE LA DIVISIÓN DE LA FÍSICA CLÁSICA:
Mecánica: Rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos.
Termodinámica: Parte de la física que estudia la medida de la temperatura, el calor y sus efectos.
Magnetismo: Parte de la física que estudia la atracción y repulsión de los cuerpos. Estudia las
propiedades de los imanes
Óptica: Estudia las distintas clases de radiaciones, luz visible, rayos X, rayos ultravioleta, infrarrojos y
radioondas. Estudia las propiedades de la luz y los cuerpos luminosos.
Electricidad: Es la parte de física que estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos y las relaciones
entre ellos.
Acústica: Estudia los fenómenos producidos por los sonidos
El Sistema Solar es una de las materias más estudiadas en la historia de la humanidad.
Desde tiempos muy antiguos, el hombre ha manifestado preocupación e interés por conocer su medio,
y el Universo no está exento de esa curiosidad y afán de investigación.
Ya en el siglo III A.C. , Aristarco de Samos presentaba la teoría heliocéntrica del origen
del Sistema Solar, la que perduró hasta el siglo II, cuando Tolomeo propondría su celebre Teoría
Geocéntrica, la que sostenía que la tierra era el centro del Universo. Debieron pasar un par de siglos,
para que en el XVI, Nicolás Copérnico propusiera nuevamente la teoría heliocéntrica, la que esta vez
sea aceptada universalmente.
Desde entonces, ha habido un gran interés por conocer el sistema solar, investigaciones de las que
desprenden grandes teorías, desde la Ley de la Gravitación Universal de Newton hasta cálculos que
indican que habrían más de cien mil millones de estrellas en la Vía Láctea, galaxia a la cual pertenece
nuestro sistema solar.
El sistema solar
¿Dónde está ubicado?
Pertenecemos a la Vía Láctea y nuestro Sistema Solar se halla ubicado en uno de los extremos de dicha
galaxia. ¿A qué distancia estamos del centro de dicha galaxia? Aproximadamente a unos 33,000
años luz (o lo que es lo mismo a un 31 x 106 Km, bueno si no lo entiendes está a 31'000,000 de
kilómetros).
Como sabemos los cuerpos celestes por lo general giran en un movimiento de rotación respecto a un
centro determinado, para nuestro sistema solar, el centro será el centro de la Vía Láctea y
nuestro sol demora 230 millones de años terrestres en dar una vuelta completa a este centro.
¿Quiénes lo componen?
Nuestro Sistema está compuesto por una gran estrella la cual le proporciona el calor necesario para la
existencia de vida a nuestro planeta, dicha estrella es El Sol (por ello el nombre de Sistema Solar),
asimismo existen planetas (8), algunos con sus respectivos satélites así como un cinturón de asteroides
ubicado entre Marte y Júpiter.
ESTRUCTURA DEL UNIVERSO
205:
En orden de proximidad al Sol, los cuatro primeros planetas (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) son
denominados los planetas interiores debido a que están ubicados entre el Sol y el cinturón de
asteroides, dicho cinturón de asteroides está conformado por cuerpos de entre 1,5 a 750 kilómetros de
diámetro. Los planetas exteriores son Júpiter Saturno, Urano, Neptuno
Planetas interiores
Los planetas de nuestro Sistema Solar pueden dividirse en dos grupos bien definidos. Los planetas
interiores también denominados pequeños, rocosos, terrestres o telúricos (esto quiere decir: de la
familia de la tierra). Pertenecen a este grupo: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Las características
generales son similares. Tamaños más o menos pequeños formados básicamente por rocas y además
salvo Mercurio todos están rodeados de una atmósfera que tiene poco hidrógeno y helio. En general
tienen pocos -o ningún- satélite natural: Mercurio y Venus no tienen ninguno, la tierra tiene la Luna y
Marte tiene dos que son: Fobos y Deimos.
Planetas gigantes
Pertenecen a este grupo Júpiter y Saturno los que tienen un tamaño varias veces superior a la Tierra, el
primero 12 veces y el segundo 10 veces.
Planetas Exteriores
Pertenecen a esta clasificación Urano, Neptuno
ASTEROIDES
Los Asteroides, denominados también "planetitas", son pedazos de rocas que orbitan alrededor del Sol,
entre Marte y Júpiter en un amplio cinturón llamado justamente "Cinturón de Asteroides". Existen
otros Asteroides que siguen órbitas distintas. Hasta el momento se han identificado a más de 5000
millones de Asteroides. Se piensa que los dos satélites de Marte: Fobos y Deimos son Asteroides que
quedaron atrapados por la fuerza de gravedad del planeta. Otros Asteroides como el Gaspra, Ida y
Dactyl fueron fotografiados por la nave espacial Galileo en su viaje a Júpiter. El tamaño varía desde
975 Kms. Ceres, 525 Kms. Vesta.
EL SOL
El Sol es una estrella compuesta por más de 70 elementos distintos, entre los cuales podemos
mencionar al Hidrógeno (81,76%), Helio (18,17%), Oxígeno, Hierro, Magnesio, entre otros que llegan
a representar el 0,07% restante. Es un cuerpo gaseoso aunque algunos la consideran dentro
del estado de plasma debido a la alta temperatura a la que se encuentra (en la superficie la temperatura
llega a los 6,050º C y en el centro se calcula que puede llegar a los 5'000,000º C). Está a 150 millones
de kilómetros de la Tierra, su diámetro es aproximadamente de 1´400,000 kilómetros y posee una
masa equivalente a 332,000 veces el de la tierra.
206:
¿Qué tiempo de vida tiene el sol?
Puesto que aproximadamente cada segundo el sol pierde 4´000,000 de toneladas de materia en forma
de radiación, se estima que el sol llegará a agotar la totalidad del hidrógeno en 5´000,000 de años.
¿Cuánto dura "un día" en el sol?
La rotación solar dura el equivalente a 26 días 19 horas y 12 minutos terrestres. Es decir, 24 horas del
sol equivalen a 643 horas y 12 minutos de la tierra.
Igual que otras estrellas, el Sol es una enorme bola de gas en revolución. En su núcleo tienen lugar
reacciones nucleares que liberan energía. El Sol es la única estrella que está relativamente cerca
para poder ser estudiada en detalle. Las características de su superficie como las manchas solares y las
protuberancias, pueden observarse desde la Tierra. En su núcleo, el Sol convierte hidrógeno en helio a
razón de 600 toneladas por segundo, lo que significa que el astro pierde cuatro millones de toneladas
de su masa cada segundo. Este astro NUNCA DEBE SER OBSERVADO DIRECTAMENTE, incluso
a través de gafas de sol, película fotográfica o cristal ahumado hay riesgo de dañarse los ojos. A través
de equipos especiales es posible ver en el Sol manchas oscuras que son zonas del Sol más frías y que
son fruto de la actividad solar.
Una mancha solar completamente desarrollada, consiste en una oscura sombra rodeada de penumbra
más clara. La penumbra tiene una estructura filamentosa. Las grandes manchas solares pueden tener
diámetros mayores que el de la Tierra (diámetro de la Tierra en comparación con la mancha solar de
la fotografía representado por el anillo azul que esta a la derecha de la misma).
Las protuberancias solares son enormes chorros de gas caliente expulsados desde la superficie del Sol
y que se extienden a muchos miles de kilómetros. Las mayores llamaradas pueden durar varios meses.
El campo magnético del Sol desvía algunas protuberancias que forman así un gigantesco arco.
MERCURIO
Mercurio es uno de los planetas más pequeños de nuestro sistema solar, prácticamente
carece de atmósfera. Si la pudiéramos ver de cerca veríamos un panorama parecido al
de la Luna, una superficie bombardeada constantemente por meteoritos.
Posee una alta densidad (5,43 g/cm3), su temperatura varía dependiendo de que esté o
no expuesta al sol pasando de 430º C de día a -180º C de noche, es el planeta que mayor
variación de temperatura posee, esto debido a su proximidad al sol. La gravedad en la
superficie de éste planeta es de 0,377 veces el de la tierra, es decir, que allá
nuestro peso sería menor que el de aquí en la tierra.
Su distancia media al sol es de 57´910,000 kilómetros, su rotación es bastante lenta llegando a durar un
día en Mercurio el equivalente a 58,66 días terrestres. Asimismo el año en Mercurio dura en términos
terrestres 87,96 días (poco menos de tres meses terrestres). No posee satélites.
207:
VENUS
Este planeta se encuentra a 108 200 000 kilómetros y posee una atmósfera
compuesta mayormente de dióxido de carbono (97%), nitrógeno (3% aprox.)
además de oxígeno, vapor de agua, monóxido de carbono, cloruro y fluoruro de
hidrógeno, entre otros elementos. Está compuesto principalmente por hierro,
oxígeno, nitrógeno, entre otros elementos.
A Venus lo podemos ver claramente en el cielo durante los atardeceres o al
amanecer debido a que es el planeta que más cerca de la tierra logra pasar, cada
19 meses logra hacerlo.
Al parecer posee cadenas montañosas y gran actividad volcánica. Su temperatura media en superficie
es de 480º C, su densidad llega a ser de 5,24 g/cm3, su gravedad es de 0,902 veces la de la tierra.
El día en Venus dura, en términos terrestres, 243,01 días en movimiento contrario al de nuestro planeta
(retrógrado) y un año en Venus equivale a 224,7 días terrestres, es decir, que un día en Venus es más
largo que su año. No posee satélites conocidos.
LA TIERRA
Nuestro planeta posee una aceleración de la gravedad igual a 9,78 m/s2, su
masa es de 5,7 x1024 se encuentra ubicado a una distancia al sol de 149 600
000 kilómetros. La atmósfera está compuesta por diversos elementos los cuales
son Nitrógeno (77%), Oxígeno (21%) y otros elementos que llegan a
representar el 2% restante. Como todos sabemos, nuestro planeta demora
aproximadamente 24 horas en girar sobre su propio eje (para ser más exactos lo
hace en 23,93 horas), mientras que tarda 365,256 días en gira en movimiento
traslacional respecto del sol.
Como sabemos, éstos parámetros son harto conocidos, sin embargo lo que no es muy conocido a
plenitud son los problemas por los que atraviesa nuestro planeta, el hábitat tal como lo conocemos está
sufriendo trastornos constantes, a medida que pasa el tiempo los hábitos y las características de nuestro
planeta y de sus habitantes cambian, es así como en la actualidad tenemos problemas de
sobrepoblación, la reducción de la cantidad de ozono en nuestros polos, la desaparición de
especies animales, etc.
Satélites conocidos
Nuestro planeta posee un satélite natural: La Luna, la cual fue explorada por las misiones Apolo -
Saturno entre 1967 y 1970, hasta la fecha no ha habido misiones tripuladas no estadounidenses que
hayan logrado llegar a posarse en la superficie lunar.
MARTE
Marte, más conocido como "el planeta rojo" está ubicado a una distancia
promedio al sol de 227 900 000 kilómetros, su masa es de 6,241 x1023. La
composición de su atmósfera ha sido por años motivo de controversia así
como la posibilidad de vida en éste planeta, pero luego del aterrizaje
del explorador Mars Pathfinder se ha logrado determinar su composición
atmosférica la cual contiene: Dióxido de carbono (95,32%), Nitrógeno (2,7%),
y otros elementos que completan con un 1,8% la composición de la atmósfera
marciana.
La temperatura superficial varía entre -140º C y 20º C, un día en Marte equivale a 1 día 37 minutos
26,4 segundos terrestres, el año en Marte dura 686,98 días terrestres (más largo que el nuestro), en el
último año la NASA ha logrado enviar con éxito al Mars Pathfinder, un explorador electrónico
208:
controlado de manera remota desde la Tierra, el cual ha logrado realizar diversos análisis tanto de la
composición atmosférica como de la composición del planeta, así mismo ha sido el primer objeto
terrestre en lograr posarse sobre suelo marciano brindándonos imágenes espectaculares de la superficie
del planeta rojo.
Satélites conocidos:
Marte posee dos satélites: Phobos y Deimos descubiertos ambos en 1877 por el astrónomo
norteamericano Asaph Hall.
JÚPITER
Júpiter es el planeta más grande del sistema solar, en ella podrían caber mas
de mil tierras. Su masa alcanza los 1,9 x1027 kilogramos, se encuentra a 778
330 000 kilómetros de distancia promedio al Sol, posee una gran velocidad de
rotación pues un día en Júpiter alcanza a durar 9 horas 50 minutos y 24
segundos, así mismo el año en Júpiter alcanza a durar 11,86 años terrestres. Es
esencialmente líquido y su gravedad llega a ser 2,64 veces la terrestre, su
atmósfera está compuesta por dos únicos elementos Hidrógeno (90%) y Helio
(10%).
Júpiter posee un sistema de anillos bastante tenue el cual es muy difícil de observar y que fue
descubierto por la sonda espacial Voyager. Júpiter se caracteriza por la Gran Mancha Roja que se
encuentra en su atmósfera y que gira en sentido antihorario, en los últimos años éste planeta ha estado
en la mira de muchos telescopios debido a la colisión del cometa Shoemaker-Levy en 1997.
Satélites conocidos:
Júpiter posee 16 satélites: Metis, Adrastea, Amalthea, Thebe, Io, Europa, Ganimedes, Calisto, Leda,
Himalia, Lysithea, Elara, Ananke, Carme, Pasiphae y Sinope. Tanto Io, Europa, Ganimedes y Calisto
fueron descubiertas por Galileo Galilei en 1610.
SATURNO
Saturno es el planeta en el sistema solar que se caracteriza por sus anillos, el estudio de dichos anillos
ha sido punto de partida para diversas hipótesis las cuales en la actualidad aún no logran ser
demostradas en su totalidad. Este planeta es el segundo más grande en el sistema solar y el menos
denso (su densidad promedio es menor que la del agua) y demora 10 horas y 39 minutos en girar sobre
su propio eje, así mismo el año en Saturno equivale a 29 años y medio terrestres. Como podemos
apreciar, sus días son más cortos, eso nos da una idea de la elevada velocidad a la que gira lo cual
provoca el achatamiento de los polos en dicho cuerpo celeste.
Este planeta posee una masa de 5,688 x1026 kilogramos, la gravedad en la
superficie llega a ser 1,19 veces la terrestre y su atmósfera está compuesta al
igual que Júpiter por Hidrógeno y Helio, pero en distintas proporciones (97%
y 3% respectivamente). Se encuentra a una distancia media del sol de 1 429
400 000 kilómetros.
Satélites conocidos:
Saturno posee 18 satélites naturales: Pan, Atlas, Prometeo, Pandora,
Epimeteo, Jano, Mimas, Encelado, Tetis, Telesto, Calipso, Dione, Helena,
Rhea, Titán, Hiperion, Japeto y Febe. La que destaca más es Titán ya que se presume que posee altas
cantidades de nitrógeno en su atmósfera por lo que se cree que pueda albergar algún tipo de vida.
Urano
209:
Si bien Urano es más grande en tamaño que Neptuno, su masa no lo es, esto debido a su densidad. A
diferencia de la mayoría de planetas de nuestro Sistema Solar posee un eje de rotación bastante
inclinado llegando incluso a tener a los polos prácticamente en el plano de la eclíptica y al igual que
Venus posee una rotación retrógrada. Su órbita le otorga otra peculiaridad, ésta es casi circular.
La coloración verdosa característica de este planeta es debido a la presencia del metano en la atmósfera
la cual está compuesta por los siguientes elementos: Hidrógeno (90% aprox.), Helio (10% aprox.) y
Metano (<1%). La gravedad en su superficie es de 0,93 veces la de la Tierra. Sus elementos
constituyentes los podemos resumir en Oxígeno, nitrógeno, carbono, silicio, hierro, agua, metano,
amoniaco, hidrógeno y helio. Un día en Urano dura 17 horas y 12 minutos terrestres mientras que su
año dura 84,01 años terrestres.
Satélites conocidos:
Urano posee 17 satélites conocidos: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdémona, Julieta, Portia,
Rosalind, Belinda, Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberón, Urano XVI y Urano XVII. Estos
últimos fueron descubiertos en los últimos años.
NEPTUNO
En éste planeta (al igual que en Urano) también hay presencia de Metano en la
atmósfera lo que provoca una coloración verdosa ya que la luz roja es absorbida. Las
sondas Voyager lograron encontrar satélites adicionales a los ya vistos desde los
radio y telescopios terrestres. La composición atmosférica es la siguiente: Hidrógeno,
helio, metano, amoniaco y argón.
Posee una rotación más rápida que la terrestre llegando a durar el día en Neptuno el equivalente a 16
horas y 6 minutos, mientras que el año dura el equivalente a 164,80 años terrestres. Este planeta se
encuentra ubicado a una distancia media del Sol de 4 496 670 000 kilómetros, su gravedad superficial
equivale a 1,22 veces la terrestre. Este planeta está compuesto por: oxígeno, nitrógeno, silicio, hierro,
hidrógeno y carbono.
Satélites conocidos:
Neptuno posee 8 satélites: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larissa, Proteo, Tritón y Nereida.
¿Un nuevo vecino estelar?
A principios de junio de 1998, un equipo de científicos asombró a los astrónomos al
dar a conocer una hermosa fotografía. En ella aparecen dos estrellas muy lejanas a
la Tierra, que emiten gran cantidad de luz, y de las cuales "surge" un larguísimo
filamento de luz. Al final de este filamento apareció un pequeño punto luminoso,
nunca antes visto.
De inmediato, el equipo elaboró una hipótesis: se trataría de un planeta, el primero
fuera del Sistema Solar que ha sido registrado por un instrumento humano. No todos los científicos
están de acuerdo con esta idea, y las explicaciones son muy diversas. Todavía no existen datos que
puedan confirmar alguna teoría por sobre otras.
En el Universo existen millones de estrellas. Si sólo algunas de ellas tuviesen, como nuestro Sol, un
sistema planetario orbitando a su alrededor, no sería difícil que allá afuera hubiese cientos de planetas
en algún lugar del vasto espacio estelar. Al menos, eso es lo que piensan los científicos.
Pero el caso es que, aunque cada año se fotografían decenas de rincones del cosmos, nunca se ha
fotografiado a un planeta fuera del Sistema Solar. Nunca... hasta ahora.
210:
7. ¿Cómo pueden descubrirse otros planetas fuera del sistema solar?
Los griegos descubrieron a los planetas del Sistema Solar, al darse cuenta de que algunas "estrellas"
parecían dar vueltas por el espacio, sin ninguna relación con el resto de las otras estrellas (con
"rutas" altamente predecibles). Unos milenios más tarde, a principios del Renacimiento, Nicolás
Copérnico descubrió que los planetas (incluyendo a la Tierra) orbitaban alrededor del Sol. A lo largo
de los años, los astrónomos descubrieron los nueve planetas de nuestro sistema, finalizando en 1930
con el descubrimiento del frío Plutón.
Pero no existían informes creíbles sobre planetas orbitando otras estrellas. ¿Tal vez porque no existían
otros planetas? ¿O tal vez porque los planetas son muy difíciles de ver, inmersos como están en la
luminosidad de las estrellas (que son hasta mil millones de veces más brillantes)?
Los astrónomos han propuesto dos métodos "indirectos", y uno posiblemente directo, para encontrar
planetas:
Desviaciones en el movimiento de la estrella (astrometría). Esta técnica requiere mediciones muy
acertadas, ya que el menor error podría derivar en conclusiones falsas. Pero, como puede ser aplicada a
fotografías antiguas, permite a los astrónomos examinar registros de antigua data que pueden revelar
cambios en las órbitas.
Cuando un planeta orbita alrededor de una estrella, en realidad ambos objetos orbitan alrededor del
centro de todo el sistema planetario. Como las estrellas tienen más masa que los planetas, los planetas
registran el mayor movimiento. Pero con instrumentos muy sensibles se pueden detectar los
movimientos de las estrellas.
Aunque sólo el planeta parece estar moviéndose, ambos astros orbitan alrededor de un punto llamado
centro de masa, representado por la X. En este sistema de un planeta, la estrella y el planeta están
siempre a los lados opuestos del centro de masa. Si las mediciones demuestran un
movimiento periódico en la estrella, se tiene una prueba indirecta de que algo está orbitando alrededor
de ella.
Corrimiento Doppler. Cuando estamos cerca de la línea férrea y pasa un tren muy rápido,
la percepción de su sonido cambia: cuando llega a una cierta distancia de nosotros, lo escuchamos muy
fuertemente, luego, casi con brusquedad, disminuye. Si escuchas los sonidos cerca de una autopista de
alta velocidad, verás que sucede lo mismo. Esta es una demostración del llamado efecto Doppler. Igual
cosa sucede con la luz: cuando un objeto se aproxima, la frecuencia de su luz aumenta y cambia hacia
el azul. Al retroceder el objeto sucede lo contrario, y la luz cambia hacia el rojo. Un movimiento más
rápido produce más cambios hacia ambos extremos. Los astrónomos utilizan esta alteración de
las ondas luminosas para detectar el movimiento relativo de los objetos en el cielo. Miden la luz con
un instrumento llamado espectroscopio.
Si un planeta está continuamente alejando y acercando a una estrella de nosotros, la luz de esa estrella
debería cambiar periódicamente hacia el rojo y hacia el azul. Estos cambios periódicos señalan la
presencia de compañeros de órbita.
Sombras en la luz estelar. Si un planeta gigante orbita entre la Tierra y una estrella, creará
regularmente "eclipses" parciales que señalarán su presencia. Pero para observar este movimiento, el
astrónomo deberá tener mucha suerte, ya que sólo es posible hacerlo si la Tierra está en el plano orbital
del planeta en cuestión; es decir, si el plano que forma su órbita está al mismo nivel del de la Tierra.
De otro modo, no podríamos ver ninguna sombra. (Eso sucede con la Luna: como su plano de órbita es
más inclinado que el de la Tierra, sólo cuando ellos coinciden pueden ver los eclipses. Si ambos planos
fueran siempre coincidentes, veríamos eclipses una vez al mes).
211:
Conclusión
El universo ha cambiado literalmente de aspecto a partir de la segunda mitad de este siglo.
Hasta la década de los cincuenta, todo lo que sabíamos del espacio llegaba a través de la información
contenida en la luz de los astros, y por lo tanto, solo de observaciones con microscopios.
Asomándose a lo que los astrónomos llaman "Ventana óptica" de nuestra atmósfera, ese corredor a
través del cual pasan las radiaciones visibles del espacio electromagnético, ya era posible obtener un
panorama grandioso y desconcertante.
Hoy parece haberse establecido el momento en que nació el universo. Una gigantesca explosión,
llamada "Big Bang", hace 15 mil millones de años, se expande hacia todas direcciones, dejando a su
paso masas de estrellas y gases... y en una de esas masas, una galaxia llamada Vía Láctea, se encuentra
nuestro Sistema Solar.
No es mucho lo que se puede concluir de una investigación del sistema solar, salvo que es tan
grandioso, que su indagación ha logrado permanecer en la historia, avanzando junto a la historia del a
humanidad.
Y tal investigación continuará avanzado, descubriendo nuevos planetas, conociendo en terrenos los ya
descubiertos, buscando formas de vida en nuestro sistema y resto del universo.
Con la finalidad que el alumno (a) describa algunas de las características de los cuerpos que
componen el universo; realiza la siguiente INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA. Consulta en tu libro de
texto, enciclopedia o internet y contesta lo siguiente:
1.- ¿Cómo está constituido el sistema solar?_______________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
2.- ¿Cuáles son las características principales del sol? _______________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
3.- ¿Cuáles son las principales características del planeta Tierra? ______________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
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ACTIVIDAD N° 68
212:
4.- Explica qué son los:
a).- Asteroides: _____________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
b).- Meteoroides: ____________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
c).- Meteoros: ______________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
d).- Meteoritos: _____________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
6.- Describe qué es una galaxia: ________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
7.- Describe qué es un cúmulo galáctico: _________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
8.- Describe las principales características de la vía Láctea: __________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
9.- ¿Qué son las manchas solares? ______________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
10.- ¿En qué consiste la teoría del Big Bang?______________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
213:
El hombre ha buscado constantemente cómo realizar un trabajo de una manera más cómoda y
que le permita ejercer una fuerza mayor que la que podría aplicar sólo con sus músculos. Para ello, ha
construido desde herramientas sencillas llamadas máquinas simples, hasta máquinas complejas, cuyo
funcionamiento parte del principio en el cual se basa las máquinas simples.
Las máquinas simples son aquellas que transmiten la fuerza directamente, tal es el caso de la
palanca, el plano inclinado, la polea y el torno. El tornillo y la cuña se consideran a veces máquinas
simples, pero en realidad son aplicaciones del plano inclinado. En las máquinas complejas, la
transmisión se efectúa mediante mecanismos combinados en un sistema formado por un número
mayor o menor de máquinas simples. Es importante señalar que una máquina simple o compleja, no
realiza un menor trabajo, sólo lo hace más fácil. Sin embargo, la mayoría proporciona una ventaja
mecánica, misma que se presenta cuando el peso levantado es mayor que la fuerza aplicada; en este
caso, se dice que la máquina es un multiplicador de fuerzas. Una máquina simple o compleja no tiene
fuente de energía propia, por ello, es necesario suministrarle trabajo para que lo pueda dar al levantar
cuerpos, acuñar monedas o estampar sellos con un troquel fabricado con un bloque de acero grabado,
prensar algodón, laminar materiales, etc.
En virtud de la importancia que tienen las máquinas simples por su aplicación en nuestra vida
cotidiana, revisemos cada una de ellas.
El plano inclinado es una rampa de cierta longitud, es decir, una superficie plana con un ángulo
mucho menor de 90° que forma con la horizontal, sus elementos son los siguientes:
R = resistencia (peso del cuerpo)
F = fuerza
l = longitud del plano C
h = altura del plano l F
h
R
A B
TEMAS IMPORTANTES DE ESTUDIO PARA LA FÍSICA
MÁQUINAS SIMPLES
EL PLANO INCLINADO
214:
Como la resistencia es una fuerza vertical y descendente, entonces el trabajo necesario para
llevar el cuerpo del punto A al C debe ser igual al trabajo necesario para llevar al mismo cuerpo del
punto B al C, por lo tanto: Trabajo de A a C = Trabajo de B a C
Por lo tanto su fórmula es: F . l = R . h
Un plano inclinado se utiliza cuando se requiere subir cajas, muebles, refrigeradores, animales,
barriles u otros cuerpos a un camión de carga o a cierta altura de una casa o construcción, pues siempre
será más fácil subir un cuerpo por un plano inclinado en lugar de levantarlo verticalmente.
PROPÓSITO: Comprobar que cuando subimos un objeto por un plano inclinado, su peso se
descompone en dos fuerzas; una es perpendicular al plano y la otra paralela. Esta última es la que
se debe vencer para poder subir el objeto.
Resuelve los siguientes ejercicios.
a).- ¿Qué fuerza se requiere aplicar para subir un cuerpo de 80 kgf hasta una altura de 3m a través de
un plano inclinado de 8m de longitud? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
b).- Se quiere subir un cuerpo de 150 kgf hasta una altura de 5m usando un plano inclinado. ¿Cuál
debe ser la longitud del plano si la fuerza para subirlo es de 70 kgf? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
c).- Si se tiene un plano inclinado con una longitud de 10m y una altura de 6m. ¿Cuál es la resistencia
máxima que se puede vencer con una fuerza de 90 kgf? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
ACTIVIDAD Nº 68
215:
d).- Se quiere subir un barril de 120kgf a una altura de 2m utilizando una rampa de 6m. ¿Cuál es la
fuerza necesaria?. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
e).- Se dispone de una fuerza de 50 kgf para subir un cuerpo de 200 kgf a una altura de 10m a través
de un plano inclinado. ¿Cuál debe ser la longitud de la rampa? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
f).- Se tiene un plano inclinado de 9m de longitud y 3m de altura. ¿Cuál es la máxima resistencia que
se puede vencer con una fuerza de 120kgf? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
g).- Se quiere subir un cuerpo de 100kgf hasta una altura de 8m. ¿Cuál debe ser la longitud del plano
para que la fuerza aplicada sea la cuarta parte de la resistencia? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
Una palanca consiste normalmente en una barra o varilla rígida, ya sea de madera o de metal,
que se hace girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de apoyo. Cuando se requiere
levantar un cuerpo pesado, se le coloca en el extremo más corto, a efecto de reducir su brazo de
palanca, mientras que la fuerza aplicada, se colocará a la mayor distancia posible del punto de apoyo o
fulcro, de tal manera que su brazo de palanca sea el mayor y la fuerza necesaria que se debe aplicar
para levantar el cuerpo sea del menor valor posible.
LAS PALANCAS
216:
La palanca es otra máquina simple cuyos elementos son los siguientes:
R = resistencia o carga F
F = fuerza aplicada
a = brazo de palanca de la resistencia
b = brazo de palanca de la fuerza b
A = apoyo o fulcro a
a
A
R
Su funcionamiento se basa en el concepto de “momento de una fuerza“ el cual se define como el
producto de la fuerza por su brazo de palanca. El equilibrio de la palanca se logra haciendo que el
“momento” de la resistencia y el de la fuerza sean iguales: Por lo tanto su condición de equilibrio o
fórmula es F . b = R . a
De acuerdo a la posición que tenga el apoyo o fulcro respecto de la resistencia y la fuerza, las
palancas pueden ser de tres tipos:
a).- 1er
Género o ínter apoyadas.- Son aquellas en que el apoyo está entre la resistencia y la fuerza.
Por ejemplo: las tijeras, el subibaja, la balanza.
b).- 2do
Género o ínter resistentes.- Son aquellas en que la resistencia se encuentra entre el apoyo y la
fuerza. Por ejemplo: la carretilla y el exprimidor de limón.
c).- 3 er
Género o ínter potentes.- Son aquellas cuando la fuerza se encuentra entre el apoyo y la
resistencia. Por ejemplo: las pinzas para tomar el pan, el cascanueces.
217:
PROPÓSITO: Qué el alumno comprenda e identifique la eficiencia de las palancas mediante la
resolución de problemas.
Resuelve los siguientes problemas.
a).- Se quiere levantar un objeto de 200 kgf con una palanca de 1er género cuya longitud es de 3m. Si
el apoyo se encuentra a 0.8m del objeto. ¿Cuál debe ser la fuerza que se aplique en el otro extremo? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
b).- Una carga de cemento de 150 kg de masa está colocada sobre una carretilla a 42cm de la rueda. Si
la fuerza motriz se aplica en los mangos de la carretilla a 1.5m de la rueda, calcula el valor de esa
fuerza motriz. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
c).- El brazo de potencia de una palanca es cuatro veces más largo que el brazo de resistencia. ¿Qué
fuerza motriz necesita aplicar para poder levantar con esa palanca una caja de 200 kg? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
d).- ¿Qué fuerza habrás de aplicar para mover una roca que tiene un peso de 120 N utilizando una
barra de 2.15m si se apoya en una piedra a 20 cm de uno de los extremos de la barra? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
ACTIVIDAD Nº 69
218:
Una polea es una máquina simple y está constituida por un disco acanalado que gira alrededor de
un eje fijo, por medio de una cuerda, banda o cadena que pasa por el canal del disco.
Las poleas pueden ser de dos tipos: fijas o móviles
a).- polea fija.- Una polea fija, no ofrece ninguna ventaja mecánica toda vez que la fuerza aplicada es
igual al valor del peso levantado, sin embargo, nos facilita el trabajo, ya que es más fácil subir el peso
jalando hacia abajo la cuerda que si lo tuviéramos que cargar para elevarlo a una cierta altura.
Los elementos de esta polea son:
R = resistencia o carga
F = fuerza aplicada
r r r = radio de la polea
A = punto de apoyo
La condición de equilibrio o fórmula es:
F . r = R . r
Como puede observarse, para que la igualdad
sea verdadera es necesario que R = F lo cual
significa que no hay economía en fuerza y por
F lo tanto, esta polea sólo nos sirve para cambiar
la dirección de la fuerza que es necesario apli-
car para vencer la resistencia.
R
LAS POLEAS Y POLIPASTOS
219:
b).- polea móvil.- En este tipo de polea el punto de apoyo no está en el centro como en la fija, si no en
uno de sus extremos y además, la resistencia está en el centro, esto significa que los brazos de palanca
de la fuerza y la resistencia son diferentes y por tanto, si se obtiene una ventaja mecánica, ya que la
fuerza aplicada es igual a la mitad del valor del peso levantado, toda vez que el peso es soportado por
ambos segmentos de la cuerda. El valor de la fuerza aplicada será igual a dividir el valor de la carga
levantada entre el número de segmentos de cuerda que sostienen la carga que se quiere mover,
exceptuando el segmento de cuerda sobre el que se aplica la fuerza. Por tanto la condición de
equilibrio es R . r = F . 2r
Despejando a F y simplificando tenemos que:
F = R /2
Esta fórmula nos indica que en toda polea móvil
La fuerza que debe aplicarse siempre es la mitad
de la resistencia.
r r
F
R
Polipasto: Es la combinación de poleas fijas y móviles y permite levantar objetos con mayor
facilidad.
220:
PROPÓSITO: Qué el alumno compruebe que las poleas son máquinas simples que tienen la ventaja
de disminuir la fuerza que se aplica. Resuelve los siguientes problemas:
a).- Se quiere levantar una carga de 200 kgf con una polea móvil, ¿cuál es la fuerza que debe aplicarse? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
b).- Se dispone de una polea móvil y fuerza de 35 kgf, ¿cuál es la máxima resistencia que es posible
vencer? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
c).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a una polea fija para levantar una carga de 50 kgf? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
d).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a una polea móvil para levantar la misma carga del problema anterior? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
El tornillo es una máquina simple que consiste en un cilindro, generalmente metálico, con un
resaltado en forma helicoidal llamado ―rosca‖. Su contraparte es la tuerca, en la cual juega el tornillo
entrando o saliendo, al girar en un sentido determinado.
Los elementos del tornillo son:
F = fuerza aplicada
r = radio
R = Resistencia
h = ―paso del tornillo‖ longitud de la rosca
Nota: El paso del tornillo es la distancia entre dos filos consecutivos. El tornillo avanza un paso por
cada vuelta que da.
ACTIVIDAD Nº 70
EL TORNILLO
221:
Analicemos ahora el trabajo realizado por la fuerza y la resistencia:
En primer lugar, de acuerdo al principio de conservación de la energía. Trabajo de la resistencia =
trabajo de la fuerza.
El trabajo de la resistencia al dar una vuelta completa el tornillo será T = R . h
El trabajo de la fuerza al dar una vuelta completa el tornillo será T = F . Perímetro
Pero el perímetro es igual a 2 ¶ r, por lo tanto T = F . 2 ¶ r
Como el trabajo de la fuerza y la resistencia deben ser iguales, obtenemos la condición de equilibrio de
un tornillo o fórmula. R . h = F . 2 ¶ r
PROPÓSITO: Comprobar que el tornillo es una de las máquinas simples de máxima ganancia en
fuerza, pues con poca se puede vencer una gran resistencia. Resuelve los siguientes ejercicios:
a).- El paso de un tornillo es de 0.015m y se quiere vencer una resistencia de 2000 kgf ¿qué fuerza
debe aplicarse si el radio máximo disponible es de 0.1 m? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
b).- El paso de un tornillo es de 0.01 m y se le aplica una fuerza motriz de 40 kgf con un radio de
0.15 m ¿cuál es la resistencia que puede vencer? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
ACTIVIDAD Nº 71
Fuerza Aplicada
Paso del tornillo
radio
resistencia
222:
c).- ¿Qué fuerza debe aplicarse a un tornillo con un radio máximo de 0.14m, para vencer una
resistencia de 5000 kgf si el paso del tornillo es de 0.013 m? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
d).- El paso de un tornillo es de 0.008 m ¿qué resistencia puede vencerse con una fuerza de 30 kgf
aplicada con un radio de 0.05m? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
El torno es una máquina simple que se utiliza para levantar cuerpos pesados o para sacar agua de
un pozo, consta de un cilindro unido a una manivela; cuando se le da vuelta a la manivela, el cilindro
también lo hace. El torno es una máquina multiplicadora de fuerzas, toda vez que la fuerza aplicada es
menor al peso levantado y como es un ejemplo de palanca, también se cumple la condición de
equilibrio. La fuerza aplicada ala manivela por el radio de la manivela = peso levantado o carga por el
radio del cilindro. Por lo tanto: la fórmula es F . r = C . r’
EL TORNO
223:
Resuelve los siguientes ejercicios:
a).- Se levanta una cubeta con agua cuyo peso de 20 kgf, por medio de un torno, cuyo radio de la
manivela es de 30cm y el radio del cilindro es de 10cm. Determina la fuerza que debe aplicarse para
levantar la cubeta. DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
b).- Se levanta el vidrio de una venta de automóvil, cuyo radio de la manivela es de 20cm aplicándole
una fuerza de 30 N, y el radio del cilindro mide 3cm.¿cuál es la máxima carga o peso del vidrio que se
puede levantar? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
c).- Se tiene un torno con las siguientes especificaciones, el radio del cilindro mide 4.5 cm, y puede
levantar un peso de 875 kgf, aplicándole una fuerza de 45 kgf, ¿cuánto debe medir el radio de la
manivela para tal efecto? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
d).- Un albañil utiliza un torno para poder levantar unas cubetas con arena y piedra, si el radio de la
manivela mide 35 cm y el radio del cilindro mide 15 cm ¿qué tanta fuerza debe de aplicar para poder
levantar la cubeta que pesa 50 kgf? DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
DESPEJE
ACTIVIDAD Nº 72
224:
El sistema Internacional de Unidades se diseño recientemente, con la idea de establecer patrones de
medida únicos en todo el mundo. Sin embargo, el uso tradicional de otros sistemas y la necesidad de
comunicación, nos obliga a estudiar el modo de convertir o transformar unidades.
Por nuestra cercanía geográfica y nuestras relaciones comerciales y culturales con E.U., es
necesario conocer su sistema de unidades de medida y sus equivalencias con el Sistema Internacional.
Unidades más comunes del sistema inglés (usado en E.U.)
Longitud (medidas lineales) Unidad Equivalencia Unidad Equivalencia
1 Pulgada (in) = 0.0254 m 1 m = 39.37 pulgadas (in)
1 pie (ft) = 0.3048 m 1 m = 3.2808 pies (ft)
1 yarda (yd) = 0.9144 m 1 m = 1.0936 yardas (yd)
1 milla (mi) = 1609.35 m 1 m = 0.0006214 milla (mi)
Superficie (medidas superficiales)
1 pulgada 2 = 0.000645 m
2 1 m
2 = 1550 pulgadas
2
1 pie 2 = 0.0929 m
2 1 m
2 = 10.7636 pie
2
1 yarda2 = 0.8361 m
2 1 m
2 = 1.196 yarda
2
1 milla2 = 2590007.423 m
2 1 m
2 = 0.0000003861 milla
2
Cúbicas (medidas cúbicas)
1 pulgada 3 = 0.00001639 m
3 1 m
3 = 61012.81 pulgadas
3
1 pie 3 = 0.028317 m
3 1 m
3 = 35.3145 pie
3
1 yarda 3 = 0.7645 m
3 1 m
3 = 1.308 yarda
3
1 milla 3 = 4168228445 m
3 1 m
3 = 0.000000000023994
mi 3
(Medidas de peso)
1 onza = 0.028349 kg 1 kg = 35.2736 onzas
1 libra = 0.45359 kg 1 kg = 2.2046 libras
1 quintal = 45.359 kg 1 kg = 0.0220463 quintal
1 tonelada = 1000 kg 1 kg = 0.001 tonelada
(Medidas de capacidad) 1 galón = 3.7854 litros 1 litro = 0.264172874 galón
1 onza = 0.0295 litros 1 litro = 33.89330508 onzas
(Medidas de tiempo) 60 segundos = 1 minuto 60 minutos = 1 hora
24 horas = 1 día 7 días = 1 semana
52 semanas = 1 Año 365 días = 1 Año
12 meses = 1 Año 1 lustro = 5 Años
2 lustros = 1 década 10 décadas = 1 siglo
100 años = 1 siglo 1000 millones = 1 Eón
Hay varios métodos para convertir unidades ya se dentro del mismo sistema o de un sistema a
otro.
El método que te sugiero a continuación te permitirá hacer cualquier tipo de conversión y lo
hemos llamado MÉTODO DEL FACTOR DE CONVERSIÓN.
Ejemplos resueltos:
CONVERSIÓN O TRANSFORMACIÓN DE UNIDADES
225:
Convertir 545 cm a decímetros.
1.- Buscamos una equivalencia entre las unidades dadas y las deseadas. 10cm = 1dm
545 cm 1 dm
10 cm
2.- Multiplicamos la cantidad dada, por un factor de conversión que formamos con la equivalencia,
cuidando que las unidades dadas queden cruzadas.
3.- Se hacen operaciones siguiendo las reglas de la multiplicación de fracciones:
545 cm 1 dm = (545) ( 1 ) = 545 = 54.5 dm
10 cm 10 10
centímetros entre centímetros se cancelan y nos quedan las unidades deseadas.
Convertir 35 libras a kilogramos
1.- Equivalencia 1 libra = 0.4535 kg
2.- 35 lb 0.4535 kg = 15.8725 kg
1 lb
En algunas ocasiones por cuestiones prácticas es necesario redondear el
resultado de una medición. Tomemos el resultado del ejemplo anterior.
15.8725 kg redondeando hasta milésimas 15.873 kg
redondeando hasta centésimas 15.87 kg
redondeando hasta décimas 15.9 kg
redondeando hasta enteros 16 kg.
En caso de que se requiera transformar dos unidades de medida, como sucede cuando se desea conocer
a cuántos hm/h equivale una velocidad expresada en m/s, el procedimiento es igual al anterior, sólo
que se usarán dos factores de conversión. Veamos el ejemplo:
Un corredor profesional de los 100 metros planos, alcanza una velocidad de 10 m/s. ¿A
cuántos km/h equivalen?
Paso 1.- 10 m/s
Paso 2.- 10 m/s ( ) ( )
Paso 3.- 1 km = 1000 m y 1 h = 3600 s
Paso 4.- 10 m/s ( 1 km ) ( 3600 s ) = 36 km/h
1000 m 1 h
En múltiples ocasiones, te encontrarás con la necesidad de transformar unidades que no son lineales,
como es el caso del tiempo, la longitud, la masa, etc., sino cuadráticas como el área o la superficie; o
bien, cúbicas como es el caso del volumen. El método para trasformar es el mismo, lo único que se
necesita conocer es el factor de conversión. Observa el siguiente ejemplo:
226:
Una cisterna tiene una capacidad de 8 m3, ¿a cuántos pies
3 equivalen?
(1 m)3 = (3.28 pies)
3
1 m3 = 35.287 pies
3
8 m3 = ( 35.287 pies
3) = 282.296 pies
3
1 m3
REALIZA LAS SIGUIENTES CONVERSIONES DE UNIDADES:
a).- 35 pulgadas a metros b).- 18 pies a metros
c).- 162 yardas a metros d).- 6.5 millas a metros
e).- 8 galones a litros f).- 35 onzas a gramos
g).- 2.3 hr a segundos h).- 1800 segundos a horas
i).- 20 libras a kg j).- 40 litros a galones
ACTIVIDAD Nº 73
227:
Efectúa las siguientes transformaciones:
1.-Un motociclista lleva una velocidad de 20 m/s, ¿a cuántos km/h equivalen?
2.- Una varilla tiene un diámetro de ¾ de pulgada, ¿a cuántos cm equivalen?
3.- La velocidad de la tierra en su movimiento de traslación alrededor del sol, es de 30
km/s ¿A cuántos km/h equivalen?
4.-Por una tubería fluyen 25 pies3/h, ¿a cuántos m
3/s equivalen?
5.- Un terreno tiene una superficie o área de 250 m2, ¿a cuántos pies
2 equivale?
ACTIVIDAD Nº 74
228:
En algunas ciencias como la Física, la Química, la Biología, la Astronomía, etc., es necesario
escribir cantidades muy grandes o muy pequeñas, para esto se ha creado un pequeño sistema llamado:
Notación Científica.
En la notación científica se usan potencias de base diez como 102, 10
3, 10
4, 10
5, 10
9, etc., en este
sistema el exponente puede ser negativo: 10—1
, 10—2
, 10—4
,10—6
, etc.
Al multiplicar un número por una potencia de base diez lo que estamos haciendo es mover el punto
tantas cifras como indique el exponente, si es positivo a la derecha, si es negativo a la derecha, si es
negativo a la izquierda.
1.0342 X 103 = 1034.2
23.50421 X 104 = 235042.1
2846.32 X 10—3
= 2.84632
14387.6 X 10—4
= 1.43876
Si al recorrer el punto ya sea a la derecha o la izquierda, no hubiera cifras entonces se
agregan ceros.
2.45 X 105 = 245000
39.9 X 10—5
= .000369
*Recuerda que si un número es entero se considera el punto a la derecha de todas sus
cifras.
837 aquí está el punto aunque no se escriba
838 ¿Sabías que un siglo tiene 3 153 600 000 segundos y que un protón mide 0.000 000 000 000 001 m?
PROPÓSITO: Propiciar que los alumnos desarrollen sus habilidades del
pensamiento.
Las siguientes cantidades están en notación científica. Escribe la cantidad que
representan.
a).- 3.8 X 10 –4
=
b).- 6.7 X 10 6 =
c).- 0.53 X 10 4 =
d).- 0.83 x 10 –7
=
e).- 4.5 X 10 15
=
f).- 9.38 X 10 8 =
g).- 6. 93 X 10 –11
=
h).- 149 X 10 –5
=
i).- 3 X 10 10
=
NOTACIÓN CIENTÍFICA
ACTIVIDAD Nº 75
229:
En los siguientes incisos escribe la potencia de base diez que hace que la igualdad
sea verdadera.
a) 6.8 X__________ = 6800
b) 9.6 X_________ _= 960
c) 0.57 X _________= .00057
d) 4.2 X__________ = .00000042
e) 3.6 X__________ = 360000000000
f) 85 X__________ = 8500000
g) 93 X__________ = .00000000093
h) 187 X_________ = 1.870000
i) 1.745 X_______ = 1745
j) 143 X ________ = 1.43
Escribe en notación científica las siguientes cantidades:
a).- Distancia de la tierra al Sol: 150 000 000 km = _________________________________________
b).-Espesor de una hoja de papel: 0.0001 m =______________________________________________
c).-Temperatura del sol en la superficie: 4 800°C = ________________________________________
d).- Para el planeta Marte, su año dura: 16 488 h = _________________________________________
e).- Una mosca bate sus alas una vez en: 0.001 s = _________________________________________
f).- Radio de la tierra: 6 371 500 m =____________________________________________________
g).- Distancia de la tierra a la luna: 380 000 km = _________________________________________
h).- Velocidad de la luz: 300 000 km/s = _________________________________________________
i).- Diámetro del átomo de hidrógeno: 0.000 000 1 mm = ____________________________________
j).- Masa de un automóvil compacto: 1 600 000 g = ________________________________________
230:
PROPÓSITO: Recordar y agilizar la multiplicación de cantidades exponenciales.
Para efectuar esta operación, basta con sumar algebraicamente los exponentes, y
realizar la operación aritméticamente.
Ejemplos: (2X104) (3X10
2) = 6X10
4+2=6 = 6X10
6
(6X10—3
) ( 5X4—4
) = 30X10-3+(-4)
= 30X10--7
(4X105) (5X10
—2) = 20X10
5+(-2) = 20X10
3
PROPÓSITO: Recordar y agilizar la división de cantidades exponenciales.
Para efectuar esta operación, basta con restar algebraicamente los exponentes, y
realizar la operación aritméticamente
Ejemplos: 25 X 10—2
= 5 X 10—6
5 X 104
45 X 10 -8
= 3 X 10
-5
15 X 10 -3
12 X 10 6 = 2 X 10
2
6 X 10 4
Para efectuar estas dos operaciones, los exponentes deben ser iguales. En caso contrario
tenemos que igualarlos, ya sea para aumentar uno o disminuir el otro.
Ejemplos: 2 X 103 + 3 X 10
3 = 5 X 10
3
15 X 10
-4 - 12 X 10
-4 = 3 X 10
-4
9.5 X 104 + 3 X 10
5 = ¡Así no puede sumarse!
En este caso debemos igualar sus exponentes. Para ello, aumentamos el menor o
disminuimos el mayor y el resultado será el mismo.
Si aumentamos el menor, tenemos que:
9.5 X 104 = 0.95 X 10
5 donde 0.95 X 10
5 + 3 X 10
5 = 3.95 X 10
5
Si disminuimos el mayor, tenemos que: 3 X 10
5 = 30 X 10
4 donde 9.5 X 10
4 + 30 X 10
4 = 39.5 X 10
4
Como sabemos en la notación científica es recomendable utilizar un sólo número entero
MULTIPLICACIÓN DE POTENCIAS DE BASE DIEZ
SUMA Y RESTA DE POTENCIAS DE BASE DIEZ
DIVISIÓN DE POTENCIAS DE BASE DIEZ
231:
Realiza las siguientes operaciones con potencias de base diez, para que valores la aplicación de
la notación científica, ya que sería laborioso trabajar con tantos ceros.
a).- ( 3 X 102) (4 X 10
3) = b).- ( 7 X 10
5) ( 5 X 10
2) =
c).- ( 3 X 10-5
) ( 8 X 106) = d).- ( 2 X 10
-3) ( 9 X 10
-5) =
e).- 4 X 10 –2
= f).- 3 X 10 4 =
2 X 10 –4
6 X 10 –2
g).- 6 X 10-3
+ 7 X 10-3
= h).- 9 X 104 + 15 X 10
4 =
i).- 5 X 102 + 0.5 X 10
3 = j).- 3 X 10
-5 – 2 X 10
-5 =
k).- 20 X 106 – 18 X 10
6 = l).- 4.5 X 10
8 – 2.5 X 10
7 =
ACTIVIDAD Nº 76
232:
Una ecuación es una igualdad que tiene términos conocidos que son los números y términos
desconocidos que son las literales llamadas incógnitas.
Una ecuación consta de dos miembros o términos. Ejemplo:
4ª + 5 = a - 9 1er miembro 2do miembro
Las fórmulas son casos especiales de las ecuaciones literales. A veces es necesario despejar cualquier literal de
una ecuación o fórmula y como son igualdades se aplican las mismas reglas.
Se llaman operaciones inversas, a la suma y la resta, a la multiplicación y la división, a la
potenciación y la radicación.
1.- Cuando en una igualdad un número o literal está sumando en uno de sus miembros, se pasa al otro miembro
con la operación inversa es decir restando. Ejemplo: Despejar ―b‖ en la siguiente ecuación.
a + b = c
Solución: como ―a‖ esta sumando en el primer miembro, se pasa restando al segundo miembro
b = c – a
2.- Cuando en una igualdad un número o literal está restando en uno de sus miembros, se pasa al otro miembro
con la operación inversa, es decir sumando. Ejemplo: Despejar ―Vf‖ de la siguiente fórmula.
vf - vi = a . t
Solución: como ―Vf‖ está restando en el primer miembro, se pasa al segundo miembro
sumando.
vf = a . t + vi
3.- Cuando en una igualdad un número o literal está multiplicando en uno de sus miembros, se pasa al otro
miembro con la operación inversa, es decir dividiendo. Ejemplo: Despejar ―t‖ de la siguiente fórmula.
v = a . t
Solución: Se aplica primero la propiedad simétrica de la igualdad y tenemos que,
a . t = v
Como ―a‖ está multiplicando en el primer miembro se pasa dividiendo al segundo
miembro.
t = v / a
4.- Cuando en una igualdad un número o literal está dividiendo en uno de sus miembros, se pasa al otro
miembro con la operación inversa, es decir multiplicando. Ejemplo: Despejar ―d‖ de la siguiente fórmula.
v = d / t Solución: Se pasa ―t‖ multiplicando al primer miembro.
v.t = d Se aplica la propiedad simétrica de la igualdad y se obtiene.
d = v . t
DESPEJE DE INCÓGNITAS EN UNA ECUACIÓN O FÓRMULA
233:
5.- Cuando en una igualdad un número o literal está elevado al cuadrado en uno de sus miembros, se pasa al
otro miembro con la operación inversa, es decir con raíz cuadrada Ejemplo: Despejar ―t‖ de la siguiente
fórmula.
d = a . t2 El ―2‖ se pasa multiplicando porque está dividiendo
2
2.d = a.t2 Se aplica la propiedad simétrica de la igualdad
a.t2 = 2.d ―a‖ se pasa dividiendo porque está multiplicando
t2 = 2.d Como la potenciación y la radicación son operaciones inversas
a para quitar el exponente ―2‖ se saca raíz cuadrada al 2° miembro
t = √2.d la fórmula ya esta despejada
a
6.- Si en una igualdad un número o literal tiene raíz cuadrada en uno de sus miembros pasa al otro miembro
elevado al cuadrado. Ejemplo: despejar ―d‖ de la siguiente ecuación.
V = √2.g.d Se quita el radical en el segundo miembro elevando al cuadrado el primer
miembro
V2 = 2.g.d Se aplica la propiedad simétrica de la igualdad
2.g.d = V2 Como ―2.g‖ está multiplicando en el primer miembro se pasa
al segundo miembro dividiendo.
d = V2
2.g la fórmula ya está despejada.
234:
BIBLIOGRAFÍA
AUXILIAR DIDÁCTICO FÍSICA 2 GABRIEL SÁNCHEZ GONZÁLEZ
EDIMES, NEZA. EDO DE MÉXICO.
ABC DE FÍSICA 2 ÁLVARO RINCÓN ARCE
ALONSO ROCHA LEÓN
EDITORIAL HERRERO S.A. MEXICO D.F.
FÍSICA 1 BEATRIZ ALVARENGA ALVARES
ANTONIO MÁXIMO RIBEIRO DA LUZ
FRANCISCO PANIAGUA BOCANEGRA
HARLA OXFORD UNIVERSITY PRESS.
FÍSICA BÁSICA 1 ALICIA ZARZOSA PÉREZ
ENRIQUE BUZO CÓRDOVA
NUTESA. MÉXICO D.F.
LA MAGIA DE LA FÍSICA 2 ROSALÍA ALLIER CRUZ
ARIEL CASTILLO BRAVO
LILIA FUSE MOTEKI
EMMA MORENO BARRERA
EPSA, S.A de C.V. MÉXICO, D.F.
FÍSICA GENERAL HÉCTOR PÉREZ MONTIEL
EDITORIAL, PATRIA MÉXICO, D.F.
FÍSICA CUADERNO DE TRABAJO 2 HÉCTOR PÉREZ MONTIEL
EDITORIAL, PATRIA MÉXICO, D.F.
FÍSICA CUADERNO DE TRABAJO 3 HÉCTOR PÉREZ MONTIEL
EDITORIAL, PATRIA MÉXICO, D.F.
FÍSICA 2 CUADERNO DE EJERCICIOS JUAN CARLOS TORRES
ARTURO QUERO MOTA
LAROUSSE, MÉXICO D.F.
PROBLEMAS DE FÍSICA 1 ESPERANZA CISNEROS MONTES DE OCA
EDITORIAL INTERAMERICANA DE ASESORIA
Y SERVICIOS, S.A. de C.V. REYNOSA TAMPS.