Guia Fisica V

EXPERIMENTEMOS CON LA FISICA Física V.

GUIA GENERAL Competencia: Competencia

• Mostrar como las matemáticas aplicadas en los fenómenos naturales pueden llevar a una mejor comprensión del universo Indicadores de Logro: 1. 2. 3. 4.

Desarrolla problemas físicos utilizando el método científico para la resolución de los mismos Desarrolla experimentos donde prueba la teoría de cada tema del contenido Comprende los tipos de movimiento y sus aplicaciones en el mundo real. Analiza y Aplica temas como gravitación, Termodinámica, Fluidos, Trabajo, Estática y energía

Contenidos Programáticos • • • • • • • • • • • • •

Como se construye la ciencia El movimiento rectilíneo Magnitudes vectoriales Movimiento de proyectiles La fuerza y sus aplicaciones La cantidad de movimiento El movimiento circular Gravitación Equilibrio Trabajo y Energía Los Fluidos Calor y Temperatura Termodinámica

Recursos: • • • • • •

Software Laboratorios Guías de trabajo Internet Videos Resistencias, condensadores, LED’s, Carros de Juguete y otros

“Pensad que las cosas maravillosas que podéis aprender en vuestras escuelas es el trabajo de muchas generaciones que en todos los pueblos de la tierra lograron con mucho esfuerzo, afán y fatiga, las ponemos en vuestras manos como herencia, para que las respetéis, desarrolléis y fielmente las entreguéis a vuestros hijos.

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Así es como nosotros los mortales nos hacemos inmortales transmitiendo el trabajo hecho por todos. Si pensáis en esto, encontrareis sentido a la vida y a vuestros esfuerzos y podréis transmitir vuestras certeras convicciones a otros pueblos y a otras épocas.” ALBERT EINSTEIN.

DEFINICION DE FISICA La Física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia y las leyes que tienden a modificar su estado o su movimiento sin cambiar su naturaleza.

UNIDADES DE MEDIDA El sistema mas usado para realizar mediciones se conoce como MKS donde cada letra indica la unidad de medida para longitud (Metros mts.), Peso (Kilogramos Kg) y tiempo (Segundos seg.) Cada uno esta subdividido en partes más pequeñas o más grandes, para ello se utiliza una tabla dada por el sistema internacional. PREFIJO DECA HECTO KILO MEGA GIGA TERA PETA EXA

SIMBOLO D H K M G T P E

FACTOR DE MULTIPLICACION 101 = 10 102 = 100 103 = 1.000 106 = 1.000.000 109 = 1.000.000.000 1012 = 1.000.000.000.000 1015 = 1.000.000.000.000.000 1018 = 1.000.000.000.000.000.000

PREFIJO DECI CENTI MILI MICRO NANO PICO FEMTO ATTO

SIMBOLO d c m µ n p f a

FACTOR DE MULTIPLICACION 10-1 = 0.1 10-2 = 0.01 10-3 = 0.001 10-6 = 0.000001 10-9 = 0.000000001 10-12 = 0.000000000001 10-15 = 0.000000000000001 10-18 = 0.000000000000000001

NOTACION CIENTIFICA TEORIA En la física sucede muy comúnmente que se utilicen números muy grandes o muy pequeños. Para evitar cálculos complejos con estos números se convierten a lo que llamamos la notación científica. Por ejemplo cuando tenemos un número muy grande tal como: 1.200.000.000.000.000 Lo convertimos tomando el primer digito (el 1) colocamos punto decimal y a continuación los dígitos que queramos colocar (por lo general los 2 dígitos que siguen) luego contamos todos los dígitos que van después del 1 (15 en total) y colocaremos un X 10 y lo elevaremos a la cantidad de dígitos, el número formado será:

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1,20 X 1015 En el caso de números muy pequeños, el procedimiento cambia un poco, por ejemplo el número: 0,000000000000000125 Tomamos el primer digito diferente de cero (el uno) y colocamos la coma decimal y los dígitos que sigan (tantos como se quieran según la precisión) un X 10 y contamos los ceros que habían antes del uno (16) ese será el exponente, pero se colocara negativo por ser un numero muy pequeño. 1,25 X 10-16 TALLER Convierta los siguientes números a Notación exponencial: Espesor de un cabello: 0.0002 mts Radio de la tierra: 6.400.000 mts Altura del monte Everest: 8640 mts Vida Media del Hombre: 1.000.000.000 segundos Tiempo que tarda en dar una vuelta la tierra sobre si misma: 86400 segundos Masa del sol: 600.000.000.000.000.000.000.000.000.000 Kg. Masa del átomo: 0.0000000000000000000001 Kg. Masa de un toro: 420 Kg.

CONVERSION DE UNIDADES Utilizando las tablas de prefijo y notación científica o nuestros conocimientos de conversión podemos hacerlo de manera sencilla, así por ejemplo: Exprese en metros la distancia entre dos ciudades A y B separadas 824 Km. Como vamos a convertir de una unidad mayor a una menor debemos multiplicar, así 824 Km. son en notación científica 8,24 X 102 y según la tabla de prefijos Kilo es igual a 10 3 por lo tanto 824 Km. es igual a 8,24 X 10(2+3) que nos da 8,24 X 105 mts. En el caso de tiempo sabemos que un año tiene 365 días, un día 24 horas, una hora 60 minutos y un minuto 60 segundos, de igual forma en una conversión de una unidad mas pequeña a una mas grande se divide y de una grande a una pequeña se multiplica Expresar en segundos un tiempo de 38 minutos. Sabemos que un minuto tiene 60 segundos, como vamos de una unidad mas grande a una mas pequeña multiplicamos; 38 X 60 = 2280 seg. TALLER Convierta en metros 48 Km. 36 Hm. 0,96 dm 3,9 X 109 cm Convierta en kilogramos 0.496 gr.

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9,46 mg. 846 gr. 3,5 X 107 gr. Convierta en segundos 34,6 min. 48,2 hrs. 1 dia 32 Hrs. 1 año

MOVIMIENTO UNIFORME TEORIA El movimiento uniforme se presenta cuando un cuerpo se mueve durante cierto tiempo manteniendo siempre la velocidad constante. FORMULAS: x=Distancia (normalmente en metros según el SI) t=Tiempo (normalmente en segundos según el SI) v=Velocidad (normalmente en metros/segundo)

x=v*t t=x/v v=x/t

PRACTICA Materiales: Carritos de juguete Tabla larga Cronometro Realización Dibuja la siguiente tabla en el cuaderno por cada carrito de juguete usado en el experimento. No lanzamiento • • •

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Distancia

Tiempo

Velocidad

Mide la tabla usada en el experimento (convierte la distancia en metros) ese valor será el mismo para todos los lanzamientos de los carritos Coloca la tabla formando un ángulo de aproximadamente 30° Toma el primer carrito coloca el No de lanzamiento en la tabla, tu compañero deberá tener listo su cronometro en ceros. En el instante que se suelte el carrito se activara el cronometro, y este se detendrá en el momento que el carrito llegue al final de la tabla. Convierte el tiempo en segundos y anota los resultados en la tabla. Halla la velocidad de cada carrito dividiendo lo que mide la tabla entre el tiempo que tardo el carrito Repite la experiencia inclinando la tabla en un ángulo de 45° y en uno de 60°. Analiza los resultados y saca las conclusiones Utiliza la misma tabla del punto 1 pero sin el número de lanzamiento. Elige dos puntos de referencia en la carretera que queda frente al instituto, mide la distancia y sube a la azotea, toma el tiempo de 10 vehículos cualquiera y mide su tiempo, calcula su velocidad. TALLER

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1. Un avión lleva recorridos 500 Kms y ha volado con la misma velocidad durante 95 minutos, ¿Cuál es su velocidad? 2. Un cohete que viaja a 22000 Kms/h ha recorrido 400.000 Kms ¿Qué tiempo ha gastado? 3. Un automóvil posee una velocidad máxima de 320 Kms/h y ha avanzado 850.000 mts ¿Qué tiempo ha empleado? 4. Un caballo corre a 50 Kms/h, después de haber corrido durante 76 minutos, ¿que distancia ha recorrido? 5. Desde la estrella mas cercana, Próxima Centauri, sale un rayo de luz, si la velocidad de la luz es de 300.000 Kms/seg y la luz tarda 4 años en llegar a la Tierra. ¿Cual es la distancia de la Tierra a Próxima Centauri? 6. Un tren parte de Cali hacia Bogota a una velocidad de 40Kms/h, el segundo parte en sentido contrario a 80 Kms/h, si la distancia entre las dos ciudades es de 600 Kms ¿a que distancia estarán al cabo de 135 minutos? 7. Dos aviones parten del mismo aeropuerto, el primero va hacia el norte a 800 Kms/h y el segundo va hacia el sur a 650 Kms/h ¿a que distancia se encontraran uno del otro, cuando han pasado 100 minutos?

VECTORES Y ESCALARES. Suma Grafica y Analítica En física debemos distinguir entre vectores y escalares. Un vector es una cantidad orientada, tiene tanto magnitud como dirección. La velocidad, la fuerza y el desplazamiento son vectores. El tiempo, la temperatura y la energía son escalares: sólo tienen magnitud, no tienen dirección asociada a ellas (se puede ir del pasado al futuro o viceversa en su pensamiento). Representación de un vector. Los vectores se representan mediante flechas, en que la longitud de la flecha se traza proporcionalmente a la magnitud del vector. Las letras que representan vectores se escriben en negrita y se acompañan de las componentes del mismo. Asi por ejemplo un vector A=<4,3> se representaría como se ve en la figura siguiente. Suma de Vectores. Método Gráfico Para sumar escalares, como tiempo, se usa la aritmética simple. Si dos vectores se encuentran en la misma recta también podemos usar aritmética, pero no así si los vectores no se encuentran en la misma recta. Por ejemplo, si Ud. se desplaza 4 km hacia el este y luego 3 km hacia el norte, su desplazamiento neto o resultante respecto del punto de partida tendrá una magnitud de 5 km y un ángulo = 36.87º respecto del eje x positivo. Ver figura

La regla general para sumar vectores en forma gráfica (con regla y transportador), que de hecho es la definición de cómo se suman vectores, es la siguiente: (1) Use una misma escala para las magnitudes. (2) Trace uno de los vectores, digamos V1

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(3) Trace el segundo vector, V2, colocando su cola en la punta del primer vector, asegurándose que su dirección sea la correcta. (4) La suma o resultante de los dos vectores es la flecha que se traza desde la cola del primer vector hasta la punta del segundo. Este método se llama suma de vectores de cola a punta. Notemos que V1 + V2 = V2 + V1, esto es, el orden no es importante. Este método de cola a punta se puede ampliar a tres o más vectores. Suponga que deseamos sumar los vectores V1, V2, y V3 representados a continuación:

VR = V1 + V2 +V3 es el vector resultante destacado con línea gruesa. Para dibujar un vector numérico, debemos analizar lo siguiente: Si tenemos A=<6,2> significa muévase 6 casillas a la derecha y 2 hacia arriba Si tenemos B=<4,-3> significa muévase 4 casillas a la derecha y 3 hacia abajo Si tenemos C=<-3,-2> significa muévase 3 casillas a la izquierda y 3 hacia abajo Entonces utilizando el plano cartesiano podríamos dibujar la suma de los vectores y el vector resultante:

Suma de vectores. Método numérico. Si tenemos dos vectores A=<3,4> y B=<5,7> debemos sumar cada posición del primer vector con la del segundo vector A+B = <3+5 , 4+7> y el resultado será el nuevo vector R=<8 , 11> Ejercicios. Con los vectores: A=<7,8> B=<5,3> C=<-2,6> D=<3,-4> E=<5,2> Resuelva las siguientes sumas (en forma grafica y numérica) • •

A+B A+C

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D+E C+E D+B B+E A+E+D A+B+C A+C+E

Resta de Vectores Dado un vector V se define el negativo de ese vector (-V) como un vector con la misma magnitud que V, la misma dirección, pero con sentido opuesto:

La diferencia de dos vectores A y B se define como A - B = A + (-B) De modo que podemos aplicar las reglas de su suma para restarlos. Basta con cambiar los signos del segundo vector, así por ejemplo Si tenemos dos vectores A=<3,4> y B=<5,7> debemos sumar cada posición del primer vector con la del segundo vector, esta con signo cambiado A+B = <3+(-5) , 4+(-7)> y el resultado será el nuevo vector R=<-2 , -3> Ejercicios. Con los vectores: A=<7,8> B=<5,3> C=<-2,6> D=<3,-4> E=<5,2> Resuelva las siguientes restas y grafique el vector resultante

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A-B A-C D-E C-E D-B B-E

Multiplicación de un Vector por un Escalar Para esto solo hay que multiplicar el numero escalar por cada uno de los componentes del vector asi por ejemplo si tenemos el vector A=<5,-8> y queremos saber cuanto vale -7A solamente multiplicamos cada uno de los componentes por -7 ( -7A= <5(-7) , -8(-7)>) lo cual nos da <-35, 56> Ejercicios Con los vectores:

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A=<7,8> B=<5,3> C=<-2,6> D=<3,-4> E=<5,2> Resuelva las siguientes multiplicaciones y grafique el vector resultante

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3A 4B -6C 3D 4E -5A -4C -6B

EXPERIMENTOS. BOTELLA CAÑON Objetivo: Hacer que el corcho de una botella salga a volar como si se tratara de un cohete. Materiales: 1 botella de vidrio 1 corcho 3 cucharadas de bicarbonato de Soda 3 cucharadas de vinagre Pasos: Utilizando un papel doblado o una cuchara vierte el bicarbonato de soda en la botella, a continuación humedece el corcho en agua hasta que quede bien mojado, coloca el vinagre en la botella y tápala con el corcho, espera un poco y veras que el corcho saldrá disparado. Explicación: La mezcla del vinagre y el bicarbonato de soda, produce gas carbónico. La presión de este gas, dentro de la botella, empuja el corcho. BOTELLA FUENTE Objetivo: Convertir una botella en una fuente de agua, calentando el aire dentro de ella. Materiales: Una Botella Con tapa de rosca Un pitillo plástico Plastilina Una aguja o alfiler Tempera o tinta Pasos:

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Toma la tapa de la botella y ábrele un agujero en el centro con una puntilla, llena la botella de agua hasta la mitad. Vierte en el agua unas gotas de tinta o tempera para colorear el agua, Tapa la botella apretando fuertemente la rosca Inserta en el agujero un pitillo plástico y luego coloca alrededor de este un poco de plastilina para que el hueco quede bien sellado Coloca en el extremo del pitillo una bolita de plastilina y con un alfiler abre un hueco en ella Coloca la botella dentro de un recipiente más grande y llénalo con agua bien caliente, espera unos minutos y la botella empezara a surtir agua. Explicación: El aire de la botella se expande al ser calentado por el agua hirviendo. El aire expandido empuja el agua dentro del pitillo hasta expulsarla por el agujero que le abrimos a la plastilina del extremo del pitillo. QUITARLE LA SAL AL AGUA DE MAR Objetivo: Mostrar como se puede crear agua dulce usando agua salada y procesos de evaporación. Materiales: Un platón (más alto que el vaso plástico) Un plástico más grande que la boca del platón Sal Vaso Plástico Piedras Pasos: Lave las piedras los mejor posible (con solo agua), coloque en el platón agua de mar (en su defecto agua salada) coloque una parte de las piedras en el interior del vaso y colóquelo en el centro del platón. Cubra todo el platón con el plástico de forma que no entre aire por ningún lado, y coloque piedras en el plástico justo sobre el vaso, déjelo unas horas al sol.

Explicación: El agua de mar al ser calentada por el sol trata de evaporarse, pero por el plástico no puede, se condensa bajo el plástico (como las nubes) y las gotas se pegan al plástico, debido a las piedras del centro del plástico el agua escurre hacia el centro y cae sobre el vaso. La sal como no se evapora tan rápido queda en el fondo del platón.

SIMULADOR DE PULMONES.

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Objetivo: Mostrar a través de un sencillo experimento de presión como funcionan los pulmones del ser humano. Materiales: Una botella de plástico Plastilina Un pitillo plástico Una “Y” de PVC 3 Bombas. Pasos: Corte la parte inferior de la botella, en la parte inferior de la “Y” coloque el pitillo y séllelo con plastilina, en los dos extremos de la “Y” coloque una bomba y pegue la parte inferior de la Y a la parte superior de la botella, en la parte donde hizo el corte de la botella coloque la ultima bomba. Jale ese extremo para probar el inhalar y suéltelo para ver el exhalar

Explicación: El jalar la bomba inferior causa perdida de aire, para compensarla el aire causa que las bombas al interior de la botella se expandan introduciendo aire por el pitillo a su interior. Pero cuando soltamos el aire llena demasiado la botella haciendo que las bombas suelten el aire por el pitillo para compensar. DETECTOR DE HUMEDAD. Objetivo: Crear un instrumento que nos permita medir la humedad en cualquier momento Materiales: Un pitillo Cinta transparente Una cartulina Una tabla gruesa Un alfiler

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Un cabello Pasos: Trace sobre la cartulina una regla y péguela a la tabla, en un borde, en el otro extremo una un extremo del pitillo a la tabla con un alfiler y al otro extremo una el cabello con cinta, finalmente una el otro extremo el cabello a la parte superior de la tabla

Explicación: El cabello cuando posee demasiada humedad se estira y cuando hace mucho calor se encoge, así cuando el aire esta muy húmedo el cabello hará que el pitillo baje, y si esta muy calido lo subirá.

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