cuadernillo de introducciÓn a la fÍsica
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E.E.S.T.N°3
MAQ.FCO SAVIO - ESCOBAR
PROFESORA: MIRTA TORRES
20114° AÑO - 7MA - DIVISIÓN
ACTIVIDADES. TRABAJOS PRACTICOS EXPERIENCIAS. TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN.
INTROCUCCIÓN
La ciencia es una práctica social de larga historia, que trata de encontrar regularidades en la diversidad de fenómenos del mundo.
Las leyes científicas pretenden predecir y, eventualmente, controlar los fenómenos con el objeto de solucionar problemas.
La construcción social de las leyes científicas no es un proceso lineal, y se encuentra sujeto a permanente revisión.
La actividad científica está muy influida por el momento histórico en el que se desarrolla, y se encuentra impregnada por sus valores.
La ciencia moderna es fruto de la revolución cultural del Renacimiento. Las conclusiones, a las que se llega luego de un experimento, prevalecen sobre las observaciones del sentido común.
En el renacimiento aparecieron tres versiones del mundo : el organicismo, el neoplatonismo y el mecanicismo.
No existe una observación objetiva y neutra, ya que siempre esta mediada por la teoría y los intereses que rigen la investigación científica.
Lo básico del pensamiento científico es la formulación de hipótesis y su contrastación.
La creatividad tiene un lugar fundamental en la formulación de teorías generales.
El código matemático es el lenguaje en el cual se enuncian las leyes físicas. En la actualidad, las sociedades reclaman a las ciencias experimentales
posturas más humanísticas.
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ALGUNOS CONCEPTOS IMPORTANTES
FÍSICA
Intenta debelar las leyes básicas que siguen la materia y la energía en cualquiera de sus formas, composición, interacción, aniquilación y movimiento.
LEYES FÍSICAS
Establecen las relaciones cuantitativas regidas por expresiones matemáticas.
FENÓMENO
Es todo cambio o transformación sufrida por un cuerpo.
FENÓMENO FÍSICO
Es aquel que se produce sin alterar la sustancia original.
EXPERIMENTACIÓN
Consiste en reproducir el fenómeno en condiciones similares a aquellas en las cuáles lo hemos visto ocurrir o experimentar con objetos o sustancias diferentes a fin de verificar si también al cambiar las circunstancias persiste el fenómeno o no.
MEDICIÓN
Una vez realizada la experimentación compararemos estos fenómenos análogos, es decir, por ej: medimos la temperatura, tomamos el tiempo, medimos una escala longitudinal o superficie o volumétrica y cualquier otro tipo de instrumento para establecer la relación con el fenómeno.
HIPÓTESIS
Son ideas o conjeturas encaminadas a explicar o justificar esos fenómenos.
CUERPO
Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio.
MATERIA
Es la parte más sensible de los objetos.
EXTENSIÓN
Todos los cuerpos tienen determinado volumen, es la idea de que ocupan un lugar.
IMPENETRABILIDAD
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Es el hecho de que un mismo espacio no puede estar ocupado simultáneamente por otro cuerpo.
INERCIA
Es la propiedad de los cuerpos de resistirse al cambio de movimiento.
DIVISIBILIDAD
La materia puede subdividirse por procedimientos distintos en partículas más pequeñas.
COMPRESIBILIDAD
Es cuando varia el volumen por un aumento de presión.
DILATABILIDAD
Los cuerpos pueden aumentar de volumen, superficie, longitud, por acción del calor o del frio.
ELASTICIDAD
Propiedad que tienen los cuerpos de retomar su forma primitiva por acción de agentes exteriores cuando han sufrido deformaciones.
DUCTILIDAD
Capacidad de reducirse a hilos.
MEDIR
Es comparar con un patrón que el hombre establece como referencia
MAGNITUD
Todo lo que se puede medir recibe el nombre de magnitud.
MAGNITUDES ESCALARES
Son todas aquellas que quedan perfectamente definidas al dar un número y una unidad. Ej: longitud, tiempo, masa, superficie, volumen, etc.
MAGNITUDES VECTORIALES
Son aquellas que quedan completamente identificadas mediante un vector, dando su modulo, dirección y sentido. Un vector es un segmento orientado. Por ej: la velocidad, la aceleración, el peso, etc. El módulo de una magnitud vectorial es siempre un número real positivo.
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CINEMÁTICA
Ideas básicas
CINEMÁTICA
La cinemática es la parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos, sin considerar las causas que lo generan.
La posición y el movimiento de traslación de un cuerpo se suele describir a partir de la posición de su centro de masa.
Todo movimiento es relativo, y depende del sistema de referencia elegido.
El desplazamiento es una magnitud vectorial que se define como el cambio de posición de un cuerpo.
La rapidez es una magnitud escalar que específica el valor de la velocidad en un instante determinado.
La trayectoria es la curva formada por todas las posiciones tomadas sucesivamente por un móvil. Según su trayectoria los movimientos se pueden clasificar en:
Rectilíneos , circulares, parabólicos y elepticos.
La velocidad es una magnitud vectorial y expresa la rapidez de un cuerpo y el sentido de su movimiento.
La aceleración es una magnitud vectorial que expresa el cambio del vector velocidad por unidad de tiempo.
El movimiento rectilíneo uniforme(MRU) es un movimiento rectilíneo con velocidad constante.
En todo MRU la distancia recorrida por un móvil es directamente proporcional al tiempo empleado en recorrerla.
El movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV) es un movimiento rectilíneo con aceleración constante.
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TRABAJO PRÁCTICO N° 1
MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME
1) ¿Qué estudia la cinemática?2) ¿ Cuándo decimos que un cuerpo está en movimiento?3) ¿Se está moviendo el pizarrón? Justificar la respuesta.4) En un movimiento espacial, la distancia de un punto a otro del espacio varia.
¿Se puede afirmar que ese punto está en reposo? ¿ por qué?5) ¿Cuándo decimos que un cuerpo está en movimiento?6) ¿Cómo se clasifican los movimientos de acuerdo a su trayectoria?7) ¿Cómo se clasifican los movimientos de acuerdo a su velocidad?8) ¿Cuándo un cuerpo se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme?9) Señalar la respuesta correcta:
Un móvil tiene movimiento rectilíneo y uniforme cuando:
a) El espacio recorrido es directamente proporcional al tiempo.
b) Recorre espacios proporcionales a su velocidad.c) Su velocidad cambia cantidades iguales en tiempos iguales.d) El espacio recorrido es inversamente proporcional a la
velocidad.
10) ¿Qué es la velocidad de un movimiento?11) Explicar, ejemplificar y graficar las leyes del MRU.12) ¿Cuál de las siguientes expresiones es incorrecta?
a) e= v.t b)v=t∕e c)t=e∕v d)v=e∕t
13) Completar:a) Un móvil posee movimiento rectilíneo y uniforme
cuando………………………………………………………………………………………………………….
b) Se llama………………………………al espacio recorrido en la unidad de tiempo.
c) Cuando la velocidad se mantiene constante el móvil posee………………………….
d) En todo……………………….. el espacio recorrido es directamente proporcional al tiempo.
14) Expresar en km/h las siguientes velocidades:a) Caracol 15 mm/s b) Hombre que camina: 1,5 m/s c) Tortuga: 7m/hd)Sonido en el aire: 340 m/s e)La tierra en su órbita 30.000 m/s
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15) Expresar en m/s las siguientes velocidades:a) Automóvil 120 km/h b)Avión 1000 km/ h c)lanzamiento de un
satélite artificial: 8 km/s d) 36 km/h e) 30 km/min16) ¿Qué distancia recorre un móvil que marcha durante dos horas con MRU a
una velocidad de 30 m/s. Representar gráficamente e(t) y v(t).17) Si la velocidad media de la tierra sobre su órbita es de 29,78 km/s, ¿Cuánto
tiempo tarda en recorrer 1000 km.? Representar gráficamente e(t) y v(t).18) ¿Qué espacio recorre la luz en una milésima de segundo? (VELOCIDAD DE LA
LUZ: 300.000 KM/H). Representar gráficamente e(t) y v(t).19) ¿Qué tiempo empleó un tren para hacer 100 km, si marcha a 90 km/h.?
Representar gráficamente las leyes del MRU.20) Si un proyectil que se mueve con MRU, tiene una velocidad de 800 m/s. ¿En qué tiempo recorre 1,6 km. ¿ Representar gráficamente espacio y velocidad en función del tiempo.21) Un automóvil recorre 400 km en 4 horas, con MRU. Determinar:
a) ¿Cuál es su velocidad en km/h?b) ¿Cuál es su velocidad en m/s?c) ¿Qué distancia recorre en media hora?
22) La velocidad media de un avión es de 970 km/h. La de otro 310 m/s. ¿Cuál es más veloz?
23) Un barco recorre en 11 hs 15 min una distancia de 862,5 km con MRU.a) ¿Cuál es su velocidad en km/h?b) ¿Cuál es su velocidad en m/s?c) ¿Qué distancia recorre en 5 hs?
24) Con los datos del ejercicio anterior hacer los gráficos cartesianos del movimiento.
25) ¿Cuánto tiempo tarda un móvil con MRU, de velocidad 8 m/s en recorrer una distancia de 40 km? Expresar el resultado en horas minutos y segundos.
26) Suponiendo que un móvil pudiera mantener una velocidad de 80 km/h. ¿Cuánto tiempo tarda en recorrer 442 km?
27) Un móvil recorre 300 km en 4 hs 37 min 16 seg. Calcule el valor de la velocidad.
28) ¿Cuál es el tiempo empleado por un móvil que se desplaza a 75 km/h para recorrer una distancia de 25.000 m?
29) Se produce un disparo a 2,04 km de donde se encuentra un policía, ¿cuánto tardo el policía en oírlo si la velocidad del sonido en el aire es de 330 m/s?
30) Un auto de fórmula I, recorre la recta de un circuito, con velocidad constante. En el tiempo t1= 0,5 seg. Y t2= 1,5 seg., sus posiciones en la recta son e1= 3,5 m y e2= 43,5 m. Calcular:
a) ¿A qué velocidad se desplaza el auto?
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b) ¿En qué punto de la recta se encontraría a los 3 seg.?
TRABAJO PRÁCTICO N° 2
MRUV
1) ¿Cuándo afirmamos que un movimiento es uniformemente variado? Ejemplificar y graficar.
2) ¿Cómo se define la aceleración?3) ¿Cuál es la fórmula de aceleración?4) ¿Qué tipo de magnitud es la aceleración?5) ¿Cuál es la fórmula para calcular el espacio de un MRUV.? ¿En qué
unidades se mide el espacio?6) ¿Cuál es la aceleración de un móvil que marcha a 50 m/s y al cabo de 2
minutos tiene una velocidad de 1100 m/s?7) Un móvil posee una velocidad de 30 km/h. Si se le imprime una aceleración
de 3,5 km/h2 durante 3 horas. ¿Cuál es su velocidad final?8) Un móvil parte del reposo y se mueve durante 15 segundos con una
aceleración de 10 cm/s2. ¿Cuál es su velocidad final? Representar v(t).9) A un auto de carrera que marcha a 72 km/h su piloto le imprime una
aceleración de 20 m/s2 durante 3 segundos. ¿Qué velocidad alcanza? Expresar además el resultado en m/s.
10) ¿Qué espacio recorrió el móvil del ejercicio 9?11) Observar el siguiente gráfico y elegir las opciones correctas:
7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
10
20
30
40
50
60
70
Valores Y
Valores Y
Marcar con una X las afirmaciones correctas:
a) El gráfico corresponde a un movimiento uniformemente acelerado.
b) El móvil tiene velocidad inicial igual a 20 km/hc) Durante las dos primeras horas de marcha su movimiento
es M.R.U.A.d) El móvil parte del reposo.e) :f) En ningún momento el móvil posee movimiento uniforme.g) En las dos primeras horas de marcha la aceleración es de
10 km/h2
12) Observando el gráfico del ejercicio anterior completar:a) En el tiempo transcurrido entre t6 = 6 hs y t8 = 8 hs la aceleración es de:
………………..b) En el tiempo transcurrido entre t2 = 2 hs y t5 = 5 hs el móvil posee
movimiento …………………………c) Con una velocidad igual a
……………………………………………………………….....................d) El móvil logra su máxima aceleración en el intervalo comprendido
entre…………………………………..e) El espacio recorrido entre t2 y t5 es de
……………………………………………………………..
13) Indicar la fórmula que permite calcular:
A) Velocidad en un MRU B )Aceleración en un MRUA
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C) Velocidad final en un MRUA con velocidad inicial
D) Distancia en un MRUR
14) Completar la siguiente tabla con valores que correspondan a un movimiento uniformemente retardado e indicar:
T(h) 1 2 3 4 5V(km/h)
a) Velocidad final.b) Velocidad inicialc) Aceleración en cada tramo .d) Distancia recorrida al cabo de 5 hs.
15) Graficar v(t) con los datos del ejercicio anterior.
16) ¿Cuál es la aceleración de un móvil que marcha a 60km/h y al cabo de 3hs tiene una velocidad de 150 km/h?
17) Calcular y graficar : Un móvil parte del reposo y en 5 seg. Adquiere una aceleración de 3m/s2.
a) ¿Qué velocidad adquirió en ese tiempo?
b)¿Qué distancia recorrió en ese tiempo?
c) Representar gráficamente v(t) y e(t).
18) Calcular: ¿Qué tiempo tarda un móvil que parte del reposo en adquirir una velocidad de 100 km/h con una aceleración de 0,1 m/s2?
19) Calcular: Un tren posee una velocidad de 120 km/h, aplica los frenos y se detiene en 80 seg.
a) aceleración
b) distancia recorrida
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c) decir que tipo de movimiento es y por qué?
20) Calcular: Un móvil marcha a 200 km/h con una aceleración de – 4 m/s2 .
a) velocidad que tiene al cabo de 10 seg.
b) el tiempo que tarda en detenerse
c) distancia que recorre en 10 seg.
21) Calcular: ¿Con qué velocidad partió un móvil animado con MRUV si su aceleración en ese tiempo?
22) Calcular: Un jugador de golf golpea la pelota que está en reposo de modo que en 1/50 seg. Adquiere una velocidad de 25 m/s.
a) ¿Qué aceleración le imprimió?
b) ¿Qué distancia recorre en ese tiempo?
c) Utilizando los datos del ejercicio anterior, trazar los gráficos cartesianos del movimiento.
23) Calcular: Un móvil marcha con MRUV: en un punto de su trayectoria tiene una velocidad de 100 cm/s, 20 seg. más tarde su velocidad se reduce a la mitad.
a) ¿Qué aceleración tiene el movimiento?
b) ¿ Qué distancia recorrió?
24) Calcular: Un tren se mueve a 80 km/h. Los frenos pueden producir un retardo de 3,6 m/s2 .
a) ¿Qué distancia antes de la estación debe empezar a frenar?
b) ¿Cuánto tarda en detenerse?
25) Calcular: Un trineo partiendo del reposo, se desliza por una pista inclinada con MRUA. Y después de 4 seg. alcanza una velocidad de 7 m/s.
a) valor de la aceleración.
b) valor de la velocidad alcanzada al finalizar el octavo segundo.
c) espacio recorrido durante 8 seg.
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TRABAJO PRÁCTICO N° 3
CAIDA LIBRE Y TIRO VERTICAL
1) ¿Qué entiendes por caída libre?2) Completar: La caída libre es un caso del movimiento
………………………………………3) ¿A qué llamas aceleración de la gravedad? ¿Cómo se simboliza?4) ¿Cuál es el valor que consideramos para la aceleración de la gravedad?5) ¿La gravedad es constante o variable?6) Completa las expresiones matemáticas de velocidad, espacio, altura
máxima y velocidad inicial para la caída libre.7) ¿Un paracaídas cae libremente?8) ¿A qué llamas tiro vertical?9) ¿Qué tipo de movimiento es el tiro vertical?10) Completa las expresiones matemáticas de velocidad inicial y altura para el
tiro vertical.11) ¿Qué es la altura máxima?12) Cuando un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba alcanza su altura
máxima ¿Cuál es su velocidad? ¿Por qué?13) Un cuerpo cae libremente y tarda en tocar tierra 4 seg. ¿Desde que altura
cayo?14) Un objeto cae libremente desde 3000 m de altura.
a. El tiempo empleado en su caída.b. La velocidad con la que toca tierra.
15) Un proyectil es lanzado verticalmente hacia arriba con velocidad inicial de 350 m/s. Determinar la altura alcanzada y el tiempo empleado.
16) Un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 80 m/s. Calcular el tiempo empleado.
17) Desde un helicóptero se lanza un proyectil hacia abajo con una velocidad inicial de 40 m/s. Si tarda en llegar a tierra 10 segundos, establece la velocidad con que llega a ella y desde qué altura cayó.
18) Un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba con velocidad inicial de 350 m/s. Determinar:
a. ¿Cuánto tiempo tarda en alcanzar su altura máxima?b. ¿Cuál es esa altura máxima?c. ¿Cuál será la velocidad que tiene el objeto a los 3 segundos de
caída?19) Un objeto es lanzado hacia arriba. Calcular:
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a. ¿Con qué velocidad volverá a tocar tierra?b. ¿Cuánto tarda en volver a caer?c. ¿Cuál era la velocidad inicial del móvil si llega hasta 15800 m?
20) ¿Cuál será la velocidad inicial que debe imprimirse a un cuerpo si alcanza su altura máxima a los 15 segundos? ¿Cuál será la altura máxima?
21) Un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba con velocidad de 180 m/sa. ¿cuál es la velocidad y la altura que alcanza a los 3 segundos y a los
10 segundos?b. ¿Cuál es la altura máxima que alcanza?
22) Un cuerpo cae desde un edificio torre. ¿Qué distancia habrá recorrido desde 2 segundos?.
23) Un proyectil es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de de 400 m/s.
a. ¿Cuánto tardará en alcanzar su altura máxima?b. ¿Qué fórmula debemos aplicar para saber cuál es su altura a los 6
segundos?24) Un objeto cae libremente y llega al suelo con una velocidad de 45 m/s.
a. Averiguar el tiempo que tardo?b. Calcular la altura desde la cual cayó.
25) Se deja caer una esfera desde un punto situado a 82 m del piso.a. Cuánto tiempo yarda en llegar al suelo?b. Qué velocidad tendrá en ese instante?
26) Una piedra se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 51 m7s. Calcular:
a. El tiempo que dura el movimiento de tiro vertical.b. La altura máxima alcanzada.
27) Calcular:a. ¿qué velocidad alcanza un cuerpo que cae libremente en el vacio
durante 7 segundos?b. ¿Desde qué altura comenzó a caer?
28) Un cuerpo cae libremente y recorre durante el último segundo de su caída las ¾ partes del camino total.
a. ¿Desde qué altura cae el cuerpo?b. ¿Cuánto dura su caída?
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IDEAS BÁSICAS
DINÁMICA - TRABAJO – POTENCIA Y ENERGÍA
La fuerza es una magnitud vectorial.
El sentido del vector aceleración de un cuerpo coincide con el sentido de la fuerza neta.
La aceleración de un cuerpo sobre el que actuá una fuerza neta directamente proporcional a la fuerza neta aplicada.
La fuerza es una magnitud que manifiesta la interacción entre dos cuerpos.
Cuando una fuerza constante actúa sobre dos cuerpos, sus aceleraciones son inversamente proporcionales a sus masas.
Si la fuerza neta aplicada a un cuerpo es cero, entonces permanece en reposo o en movimiento rectilíneo a velocidad constante (MRU).
Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, entonces el cuerpo B también ejerce una fuerza sobre el cuerpo A.
Las fuerzas de acción y reacción se ejercen en cuerpos diferentes.
Las fuerzas de acción y reacción tienen el mismo valor y sentidos contrarios.
La masa es una medida de la inercia de un cuerpo.
El valor de la masa no depende del lugar del universo en el que se encuentre el objeto siempre el mismo independientemente de su ubicación.
El Peso varía al cambiar el valor de la aceleración gravitatoria del lugar.
Actualmente se considera que existen tres interacciones fundamentales: la nuclear fuerte, la electrodebil y la gravitatoria.
El trabajo mecánico(L) realizado por una fuerza se define como el producto del módulo del desplazamiento (∆x) por la componente de la fuerza paralela a éste (F. cosx).
El trabajo es nulo cuando la fuerza es ejercida perpendicularmente al desplazamiento.
Maxwell definió la energía como la capacidad de un sistema para realizar trabajo.
La energía cinética es la energía que tienen los cuerpos que se encuentran en movimiento.
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El trabajo mecánico de la fuerza resultante sobre un cuerpo es igual a la variación de su energía cinética.
La energía potencial gravitatoria es la energía que posee todo cuerpo que se halla a una altura determinada dentro de un campo gravitatorio constante, con respecto a un cero de referencia arbitrario.
La energía mecánica de un cuerpo, en un punto determinado del espacio, es igual a la suma de sus energías cinética, potencial gravitatoria y potencial elástica en dicho punto.
La cantidad de energía mecánica de un sistema aislado en el que solamente actúan fuerzas conservativas permanece constante.
La variación de energía mecánica es igual al trabajo mecánico realizado por las fuerzas no conservativas.
La potencia expresa la cantidad de energía transferida o transformada por unidad de tiempo.
Todos los cuerpos tienen energía interna.
La energía puede producir cambios o transformaciones en las condiciones o características iniciales de un sistema.
La energía puede transferirse desde un cuerpo a otro o desde un sistema a otro.
La energía se manifiesta o se evidencia en diversas formas.
Una propiedad de la energía es la capacidad de transformarse.
En un sistema cerrado, la cantidad total de energía se conserva.
La energía se degrada, esto significa que si bien se conserva, tras los procesos de transformación resulta menos útil que la energía inicial del sistema.
Las máquinas facilitan las tareas del hombre y muchas de ellas se utilizan para aprovechar energía.
Los combustibles fósiles constituyen los principales recursos energéticos en la actualidad.
La energía nuclear puede resultar una de las alternativas energéticas de uso masivo en un futuro inmediato, aunque su uso genera opiniones a favor y en contra.
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Las controversias más importantes sobre el uso de la energía nuclear radican en el peligro de los materiales radiactivos y en el almacenamiento de los residuos nucleares
Algunas fuentes de energía tienden a agotarse con el correr del tiempo y con su uso ilimitado.
Existen formas llamadas no convencionales de la energía, cómo la solar, eólica, geotérmica biogás, mareomotriz, etc.
Las energías no convencionales resultarán más limpias y en consecuencia menos contaminantes. En la actualidad hay proyectos o propuestas en evaluación para usos de gran envergadura.
Frente a un uso no racional de los recursos energéticos y al consumo poco equitativo de la energía disponible, el mundo se encuentra ante un problema que exige una urgente resolución: la crisis energética.
Es importante que todos los ciudadanos tomen conciencia del cuidado de la energía
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TRABAJO PRÁCTICO N° 4
DINÁMICA
1) Marcar con una x la respuesta correcta:
Se llama inercia:
a) A la fuerza que actúa sobre un cuerpo cuando éste ofrece una resistencia.
b) Al cambio de estado de un cuerpo por acción de una fuerza.
c) A la resistencia que ofrecen los cuerpos al cambio de su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme.
2) ¿Qué diferencias se pueden establecer entre los conceptos de masa y peso?3) ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? Justificar las respuestas.
a. A medida que un cuerpo se aleja del centro de la tierra su peso disminuye.
b. A medida que un cuerpo se aleja de la superficie de la tierra su peso disminuye.
c. Un proyectil cohete al elevarse pierde peso y gana en masa.d. El peso de un cuerpo depende de la cantidad de materia que lo
forma.e. El peso es una constante y la masa es variable.
4)¿cuál de las siguientes expresiones es incorrecta? (Indicar con una X)
a)P=m.g b)m=F/a c)g=P/a d)F=m/a e)a=F/m
5) ¿Dónde pesa más un cuerpo?: (Indicar con una X)
a) En la superficie de la tierra.b) En la lunac) En la tierra a una profundidad de 2000 metros.d) A 1000 metros de altura.e) En el centro de la tierra.
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6) Si un cuerpo se lo lleva a distintos planetas del sistema solar, ¿qué ocurre con su peso? ¿ y con su masa? Fundamentar la respuesta.
7) Completar el siguiente cuadro con la unidad que corresponde en cada caso:
MASA FUERZA ACELERACIÓNc g s
M K STÉCNICO
8) Completar: a) La…………………………………..en el sistema M K S es el Newton.b) Un kgf equivale a …………………………N.c) Un Newton es igual a ……………………Dinas.d) La Dina es la unidad de ……………………………..en el sistema…………………………e) El kg es la unidad de ……………………en el sisema………………………… y el kgf es
la unidad de …………………………….en el sistema ………………………………..9) Deducir las equivalencias entre: a) Newton y Dina b) kgf y Newton
………………………………………………….. ………………………………………………
…………………………………………………… ……………………………………………….
…………………………………………………… …………………………………………………
…………………………………………………… …………………………………………………
10) De las siguientes equivalencias ¿cuál es la correcta?a) 1Dyn = 1 g d) 1 N = 1 kgb) 1 kgf = 980 N e) 1 kg = 980 Dync) 1 N = 100.000 Dyn11) Reducir:a) 80 n a Dyn b) 0,5 kgf a Dyn c) 100.000.000 Dyn a gf d)6.107 Dyn a kgf
e)1250 Dyn a N f) 15.800 Dyn a gf g) 5,2 . 105 N a Dyn h) 740 N a kgf
12)Calcular:
a) ¿Que fuerza en kgf debe aplicarse a un cuerpo de 120 kg, para que adquiera una aceleración de 20 m/s2 ?
b) si se duplica la masa del cuerpo ¿Qué fuerza se necesita para que adquiera la misma aceleración?
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13) sobre un cuerpo de 80 kg se aplica una fuerza de 50 kgf:
a) ¿qué aceleración adquiere?
b) ¿cuál es su aceleración si se duplica la fuerza?
c) ¿ y si se duplica la masa manteniéndose la misma fuerza ( 50 kgf )?
14) ¿ qué fuerza, expresada en los tres sistemas de unidades, se debe aplicar a un cuerpo de 30 kg para que adquiera una aceleración de 6 m/s2?
15) un cuerpo que pesa en la tierra 60 kgf: ¿ Tiene igual masa o distinta que otro que pesa lo mismo pero está ubicado en la luna?
16) la masa de un cuerpo en la tierra es de 90 kg. ¿ Cuál es su peso expresado en kgf cuando se lo ubica sobre la superficie de :
a) Venus? b) Plutón? c) El sol? d) Tierra?(gv= 8,75 m/s2) (gP= 4,7 m/s2 ) ( gS= 273,16 m/s2) ( gT= 9,8 m/s2)
17) ¿ Cuánto pesa en Plutón un cuerpo cuya masa en la tierra es 60 kg? Expresarlo en los tres sistemas de unidades.
18) ¿ cuál es el valor de la aceleración de la gravedad de un planeta sabiendo que un cuerpo cuya masa es 70 kg pesa 62,7 N ?
19) Calcular:
a) La masa de un cuerpo cuyo peso es de 745 N.
b) ¿Qué aceleración adquiere al aplicársele una fuerza de 2 kgf?
20) Un cuerpo posee una masa de 84 kgf.
a) ¿Qué aceleración adquiere si se le aplica una fuerza de 79 N?
b) Si estaba inicialmente en reposo, ¿ qué velocidad alcanza y qué distancia recorre al cabo de 7 seg.?
21) ¿ Durante cuánto tiempo debe actuar una fuerza de 30 N sobre una masa de 2 kg. Para lograr que adquiera una velocidad de 7m/s si estaba inicialmente en reposo?
22) Calcular:
a) ¿ Qué aceleración adquiere un cuerpo de 10 g por acción de una fuerza de 25 N?
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b) ¿Qué distancia recorre en 3 seg.?
c) ¿Qué velocidad alcanza en ese tiempo?
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TRABAJO PRÁCTICO N° 5
TRABAJO Y POTENCIA
1) ¿ Qué trabajo en Joule y kgm se realiza cuando se lleva a 15 m de altura un cuerpo que pesa 50 kgf?
2) ¿ A qué distancia se ha desplazado un cuerpo que pesa 20 kgf si el trabajo empleado es de 3000 Joule?
3)¿ Qué trabajo realiza Ud. Cuando sube por la escalera a un edificio de 22 m. de altura? (debe conocer el peso)
4) Un cuerpo cuya masa es de 5 kg cae desde una altura de 50 m. ¿ Qué trabajo debe realizar para llevarlo a la misma altura? (g= 9,8 m/s2 )
5) ¿Qué masa tiene un cuerpo que por acción de un trabajo de 35 kgm recorre 10m. con una aceleración de 2 m/s2?
6) Calcular que trabajo realiza una fuerza de 1800 N cuyo punto de aplicación se desplaza 20 m en la dirección y sentido de la fuerza.
7) Un hombre transporta una valija que pesa 55 kgf una distancia de 10m, ¿ que trabajo realiza?
8) Para bajar un cuerpo se hace una fuerza de 98 N. El trabajo realizado es de 50 kgm. ¿cuál es el camino recorrido?
9) Un camión pesa 9800 kgf y sube por una pendiente de 30° recorriendo 10 m. ¿ cuál es el trabajo realizado en kgm?
10) Un peón carga en una hora un camión con 3600 kgf de tierra levantándola a 2,5 m de altura ¿Qué trabajo realiza en kw/h?
Potencia
1) Calcular la potencia que desarrolla una máquina que debe levantar a 22,4 m de altura cajas de 100 N de peso, al cabo de media hora desde una altura de 6 m.
2) La potencia que desarrolla una máquina es de 900W. Calcular el trabajo que realiza en 75 minutos.
3) Se elevan 150 kgf a la altura de 10 m y se tarda 1/3 de minuto. Qué potencia en CV y en HP se desarrolla?
4) Un motor es capaz de elevar en 10 seg. a 5 m de altura un cuerpo que pesa 30 kgf. Calcular su potencia expresada en CV.Energía
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5) Un móvil cuya masa es de 900 kg, marcha a 100 km/h ¿cuál es su energía cinética expresada en los tres sistemas de unidades?
6) Un avión que pesa 3300 kgf, vuela a 6000 m. de altura con una velocidad de 600 km/h. Calcular su energía cinética y potencial.
7) Calcular en kgm y joule la energía potencial que posee una piedra que pesa 500 kgf y está ubicada sobre la ladera de una montaña a 40 m. de altura.
8) ¡Cuántos litros de agua contiene un tanque a 50 m. de altura si su energía potencial es de 500.000 joule?
9) ¿ Qué velocidad debe tener un móvil que pesa 2.401 kgf para que desarrolle una energía cinética de 49.000 kgm.?
10) Calcular la energía cinética de un móvil cuya masa es de 500 g. y su velocidad es 360 km/h.
11) La energía potencial de un cuerpo es de 1.450 J, si el mismo se encuentra a 45 m de altura. Calcular la masa y el peso de dicho cuerpo.
12) Un vehículo de 10 Ton se desplaza a una velocidad de 50 km/h. Calcular su energía cinética en J.
13) Determinar que masa debe tener otro vehículo que se desplaza el doble de velocidad si su energía cinética es la misma.
14) Una roca cae desde lo alto de un acantilado de 50 m de altura. La energía cinética al tocar el piso es de 20.000 kgm. ¿Cuál es la masa y el peso de la roca?
15) Una piedra que pesa 70 N comienza a caer desde una altura de 15 m. ¿Cuál es su energía potencial?
16) Un automóvil tiene una masa de 2 Ton y se desplaza con una velocidad de 36 km/h. ¿ Cuál es su energía cinética?
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OTROS TRABAJOS PRÁCTICOS
Trabajo Práctico N° 6: Fotocopía – “Cuidado de la Energía Eléctrica”
Trabajo Práctico N° 7 : Fotocopia -
“Actividades de Integración”
Trabajo Práctico N° 8 Fotocopia -
“Autoevaluación”
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CALOR
Y
TEMPERATURA
IDEAS BÁSICAS TRABAJO PRÁCTICO N° 9 - “CALOR Y TEMPERATURA” TRABAJO PRÁCTICO N° 10 - FOTOCOPIA – “El
intercambio de calor en una casa” TRABAJO PRÁCTICO N° 11 - FOTOCOPIA-
“ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN” TRABAJO PRÁCTICO N° 12 – “AUTOEVALUACIÓN
f)
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TRABAJO PRÁCTICO N° 9
CALOR Y TEMPERATURA
1) ¿ El calor es una magnitud? ¿y la temperatura’ Fundamentar las respuestas.
2) Discuta cada una de las siguientes afirmaciones:
A) Dos cuerpos que tienen la misma temperatura contienen siempre igual cantidad de calor.
B) Siempre que un cuerpo tenga alta temperatura su contenido calórico es grande.
C) Los termómetros permiten medir cantidad de calor.
3)¿ Qué propiedad de las sustancias permite permite construir termómetros? ¿Por qué?
4)¿ Cuáles son las escalas termométricas por Ud. Conocidas? Explique brevemente cómo determina para cada una de ellas sus puntos fijos.5) ¿ Qué errores se cometen en las siguientes afirmaciones?a) El hielo funde a cero grado.b) El agua hierve a 100 grados.
6) Señale la respuesta correcta: “Entre los puntos fijos de un termómetro graduado en escala Fahrenheit hay el siguiente número de divisiones:
a) 32 b) 100 c)180 d) 212
79 El calor obtenido al encender un mchero se propaga por : a) conducción; b) convección ; c) radiación
8) Completar:
a) Al calentar un extremo de un alambre de cobre el calor se propaga por………………………..
b) Si la propagación del calor se produce sin necesidad de un medio material, se dice que lo hace por ……………………………………………………………………………………………….
9) Transformar 90°C en ° F
10) Expresar en ° C una temperatura de 140 ° F
11) Expresar 20 ° C en “ F
12) ¿A cuántos grados centígrados corresponden 500 ° F?
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ENERGÍA TERMICA
TERMODINÁMICA
IDEAS BÁSICAS.
TRABAJO PRÁCTICO N° 13- FOTOCOPIA – “UN POCO MÁS DE SADI CARNOT”
TRABAJO PRÁCTICO N° 14 – FOTOCOPIA - “ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN”
TRABAJO PRÁCTICO N° 15 – FOTOCOPIA – “AUTOEVALUACIÓN”
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ENERGÍA - ELECTRÍCA
IDEAS BASICAS.
TRABAJO PRÁCTICO N° 16 FOTOCOPIA – “ACTIVIDASDES DE INTEGRACIÓN”
TRABAJO PRÁCTICO N° 17 – FOTOCOPIA - “CELDAS DE COMBUSTIBLE”
TRABAJO PRÁCTICO N° 18 - “AUTOEVALUACIÓN”
TRABAJO PRÁCTICO N° 19 - “LA ENERGÍA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO.
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LA ENERGÍA EN EN CIRCUITO ELÉCTRICO
MARCO - TEORÍCO
La energía eléctrica ocupa un lugar preponderante y sin dudas resultará la base energética de las acciones futuras. Las ventajas que presentas estas formas de energía , entre otras, son:
Se puede transformar con relativa facilidad en: luz, calor, energía mecánica, etc. Se puede decir que casi todo se “mueve” impulsado por la energía lograda de la electricidad.
Es fácil de transportar ( puede ser llevada a considerables distancias con el simple uso de un alambre conductor ).
Se puede controlar con relativa facilidad ( interruptores eléctricos) Su empleo no produce polución ambiental.
Corriente eléctrica
La corriente eléctrica es un flujo de electrones que se mueven a través de un alambre conductor desde el extremo negativo hacia el extremo positivo (sentido físico de la corriente eléctrica ).
A. AMPER 0 AMPERIO (A)
Es la unidad de intensidad de corriente.
Siendo, I = qt (1) resulta: amper = coulombsegundo
B.VOLT O VOLTIO (V)
Es la unidad de potencial eléctrico o diferencia de potencial. Se define en función del siguiente concepto: Si en un campo eléctrico se coloca una carga de un Coulomb en un punto A y para trasladar esa carga, desde ese punto, a otro punto B, se necesita una energía de un Joule, se dice que la diferencia de potencial entre los puntos A y B es de un volt (voltio).
Por lo tanto:
Diferencia de potencial =Trabajo(energía)carga (2)
Volt =Joule
coulomb¿
¿
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Debe quedar claro que el volt o voltio es una unidad de f.e.m. Que una pila tenga una fuerza electromotriz de 1,5 volt indica que la diferencia de energía potencial entre los bornes de la pila, por unidad de carga (expresada en coulomb) es de 1,5 Joule.
Por lo tanto si se emplea en un circuito eléctrico una pila de 1,5 volt, se sabe que cada coulomb que recorre el circuito entrega a un elemento del mismo (por.ej, una lámpara) una energía de 1,5 Joule. La energía que recibe el elemento del circuito se convierte en calor y luz (si es una lámpara). De lo dicho se deduce que un circuito eléctrico transporta energía.
C.ELECTRON VOLT (eV)
Se emplea para medir la energía de un electrón en movimiento. El electrón volt es la energía que adquiere un electrón cuando se mueve por la acción de una diferencia de potencial de un volt.
Como el electrón volt (eV) es una unidad muy pequeña, se emplea:
KeV = kilo electrón volt = 1000 eV.
MeV = Mega electrón volt = 1.000.000 e.V
ENERGÍA PRODUCIDA POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA : EFECTO JOULE
Sabiendo que: v = Tq (3) donde: v= diferencia de potencial empleado.
T= trabajo realizado
q = carga
y que q = I . t (4)
resulta: v = TI . t de donde: T = V.I.t (5)
o sea que: “El trabajo o la energía producida por una corriente eléctrica resulta igual al producto entre el potencial eléctrico empleado, la intensidad de corriente y el tiempo transcurrido.”
Siendo:
[V] = volt = Joule
Coulomb¿
¿
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[I] = Amper =Coulombsegundo
[t] = segundo
Resulta : T = V . I . t →[T] = JouleCoulomb .
CoulombSegundo . Segundo = Joule
Como ya se ha indicado, el trabajo se puede transformar en calor. Es posible demostrar que:
1 joule = 0,24 cal (6)
Equivalente calórico del trabajo = 0,24 caloríasJoule
Por lo tanto: cuando se realiza un trabajo de un Joule, se producen 0,24 calórias.
De (5) y (6), se tiene:
Si 1 Joule______________ 0,24 cal.
V.I.t Joule ______________ x cal.
X cal = 0,24cal . .V . I . t Joule1Joule
O sea que la cantidad de calor producida por una corriente eléctrica es proporcional a la diferencia de potencial, la intensidad de corriente y el tiempo transcurrido. Se indica con Q la cantidad de calor obtenido al paso de una corriente eléctrica, se puede escribir:
Q = 0,24 . V . I . t (7)
Expresión que permite obtener la cantidad de calor desprendido al paso de una corriente eléctrica.
Tomando las unidades correspondientes a la expresión (7), resulta:
Cal = calJoule . Joulecoulomb
.coulombsegundo . segundo
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Ejemplo N° 1
Se quieren obtener 849 calorías, aplicando a un circuito una diferencia de potencial de 220 Volt, con una intensidad de corriente de 8 amper. ¿ Durante cuánto tiempo debe permanecer conectado el circuito?
De Q = 0,24 . V.I . t, entonces : t = Q
0,24 .V . I
t = 849cal
024 ,calJoule
.220V .8 A= 2 seg.
Sabiendo que :
R.I = V (donde R=resistencia del conductor), se tiene:
Q = 0,24 . R . I2 . t
Expresión que permite calcular la cantidad de calor producida al paso de una corriente eléctrica, conociendo la resistencia del conductor, la intensidad de corriente y el tiempo.
Si en la igualdad (7) se reemplaza I por su igual VR
Se tiene: Q = 0,24 . .V2
R . t
Que permite calcular la cantidad de calor producida por una corriente eléctrica, conociendo la diferencia de potencial, la resistencia del conductor y el tiempo.
POTENCIA ELÉCTRICA
Ya sabemos que : P = Tt de donde podemos deducir que: P =V . I . tt = V . I
Entonces : P = V . I
La potencia eléctrica es el producto entre la diferencia de potencial y la intensidad de corriente del circuito.
Si el potencial eléctrico se expresa en Volt y la intensidad de la corriente en Amper, la potencia eléctrica queda expresada en Vatio (Watt).
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Vatio (watt) = volt . amper
También se emplea el kilovatio (Kw) = 1000 vatio.
Ejemplo N° 2
Calcular la potencia de una plancha eléctrica cuya resistencia es de 10 Ohm cuando la intensidad de corrientes es de 5 amper.
P = V . I pero V = R . I entonces P = R . I2
P = 10 Ω . 52 . A2
P = 10 volt/amp . 25 amp2
P = 250 volt/ amp = 250 vatio (watt)
Ejemplo N° 3
¿ A qué diferencia de potencial debe conectarse un aparato eléctrico cuya resistencia es de 100 Ohm, para obtener una potencia de 4 vatio?
P = V . I
P = I =VR
P = V . V/R = V2/ R
V2 = P . R
V =√P .R = √4 vatio .100Ω = 20 volt.
APLICACIONES DEL EFECTO JOULE
Se emplea para:
Aparatos que permiten determinar la intensidad de corriente de un circuito, teniendo en cuenta el calor producido al paso de una corriente (amperímetros térmicos).
Termostátos. Par bimetálico que por acción del calor dilata de distinta manera, curvándose y provocando la interrupción del circuito.
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Planchas, hornos eléctricos, termos, encendedores, iluminación, estufas, etc.
Fusíbles: Los ascensos bruscos de intensidad de corriente producen aumento en la temperatura del conductor, que puede llegar a fundir las sustancias aisladoras que recubren el cable, estos se tocan, y como son de polo distinto, producen chispa (un cortocircuito), lo que puede originar un incendio. Para evitarlo, en las instalaciones domiciliarias se colocan, a la entrada del circuito, los fusibles, que consisten en un trozo de hilo conductor de bajo punto de fusión, en forma tal que un aumento en la temperatura produce su inmediata fusión, lo que interrumpe el circuito.
EJERCICIOS Y PROBLEMAS
1) Calcule cuanto tiempo necesita una corriente eléctrica de 8 amper y 120 volt para producir 8000 cal.
2) ¿ Cuál es la resistencia de una lámpara que conectada a un circuito de 220 volt consume 100 vatio?
3) ¿Qué energía, en Joule, puede obtenerse de una batería de 12 volt, si entrega una intensidad de corriente de 0,5 amper, durante una hora?
4) Si se desea obtener una energía de 486.000 joule, conectando un circuito durante 30 minutos a una intensidad de corriente de 3 amper, ¿ cuál debe ser el potencial a emplear?
5) ¿ Cuántas calorías se obtienen en el circuito del problema 3?6) Suponiendo que durante una tormenta eléctrica, en un tiempo de 5.10 -5
segundos se descarga un rayo cuya intensidad es de 30.000 amper y su potencial de 25 . 106 volt. Calcular: a) ¿Qué energía en Joule se produce?, b) ¿Cuántos kwh se desarrollan durante la descarga? , c) si se aprovechara esa energía para encender 200 lámparas de 100 watt cada una, durante cuánto tiempo podrían permanecer encendidas.
7) Registre la potencia de todas las lámparas eléctricas de su casa y estime el tiempo que permanecen encendidas por día. Averigue cuál es el costo actual del kwh y calcule lo que debería abonar por mes como gasto de electricidad.
8) Una tostadora eléctrica de 200 watt está conectada durante 10 mínutos, ¿cuál es el costo, si 1 kwh cuesta $ 1,50?
EXPERIENCIAS
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CONSTRUCCIÓN DE UNA PILA SECA. CONSTRUCCIÓN DE UNA PILA HÚMEDA. ARMADO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS. CONSTRUCCIÓN DE UN ELECTROIMÁN. EXPERIMENTACIÓN CON UN ELECTROIMÁN. INVESTIVACIÓN DE FUERZAS ELÁSTICAS. DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO. SIULACIÓN DE LA DESINTEGRACIÓN
RADIACTIVA.
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