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FÍSICA: INTRODUCCIÓN A MECÁNICA, TERMODINÁMICA

Y MECÁNICA ONDULATORIA

Para onceavo grado de bachillerato en Letras

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SOBRE MI CLASE Equipos electrónicos: no puede usarse ninguno a

menos que se permita, lo cuál será en algunas ocasiones especiales en clase.

Salidas del salón: toda persona que salga debe tener sus pases (o del baño, pasillo o enfermería). En caso de tener que salir por motivo de actividad extra-curricular por petición de algún profesor, traer nota firmada donde se certifique, sino no sale.

No pongo tareas ni trabajos de recuperación de nota, todo se hace en el salón en el tiempo estipulado. Las prórrogas son negociables a mi discreción.

Por favor, reservarse las preguntas para los intervalos de preguntas estipulados. Si se les olvidan, traten de copiarlas y hacerlas después. A veces la pregunta la resuelve la misma clase.

• “La disciplina tarde o temprano vencerá la inteligencia”. Si prestan atención a la clase, y realizan las asignaciones con orden y responsabilidad, sin importar que tengan o no la aptitud, pasarán.

• Cada trimestre la cantidad de notas y asignaciones estará enumerada antes del inicio del trimestre. NO SE AGREGARÁN NOTAS ADICIONALES PARA RECUPERAR. Tampoco se eliminarán exámenes.

• Las casillas de apreciación son dos: una subjetiva, que depende de tus actitudes en clase; y una objetiva, que depende de la práctica trimestral que será evaluada como una asignación. Toda nota que venga por eventos de actividades extra curriculares se colocará en la casilla subjetiva. Si hay más de una, se promediarán en esa casilla. No habrá más de dos casillas de apreciación por trimestre.

• En caso de tener que posponer una asignación, se pospone a la clase inmediatamente siguiente que cumpla con las condiciones de la asignación. No hay necesidad de anunciarlo.

• No soy perfecto, y me puedo equivocar, tanto o más que ustedes. Siéntanse libres de corregir aquello que vean extraño al momento de verlo, o comentar la clase levantando la mano para pedir la palabra. Puedo ignorarlos si deciden no levantar la mano.

• Soy libre de enviar notificaciones, detenciones, suspensiones y demás medidas de tener comportamientos en clase desmesuradamente incorrectos. Toda vez que una persona no atienda a la clase, le puedo hacer la pregunta de ¿qué acabo de decir? Y de no responder, saldrá del salón por 5 minutos. De haber alguna nota, y no poder hacerla por esto, tiene 2.0.

• Si no puedo dar la clase a mi completa disposición, porque el salón entero está haciendo desorden, puedo declarar que la clase está dada y la siguiente sumativa del tema se adelantará a la clase inmediatamente siguiente. No tengo que avisar este adelanto.

• Si hay clases después del recreo, y llegan 10 minutos tarde, se les pone una tardanza en la asistencia, lo cuál cuenta para la apreciación subjetiva. Si llegan después de 10 minutos, se les coloca ausencia injustificada en dicha clase.

• NI SIQUIERA PESTAÑEEN EN MI CLASE, PORQUE SE PIERDEN.

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EXPERIMENTO SOCIAL DE ESTE AÑO: Los exámenes escritos no sirven para

evaluar. Para entrar a universidades, hay que

hacer exámenes escritos estandarizados.

Por las dos premisas anteriores, propongo lo siguiente: trataré que no hayan exámenes escritos, EXCEPTO EL EXÁMEN TRIMESTRAL.

Hipótesis: se puede aprender significativamente, al nivel de hacer un examen final estandarizado, sin aprender usando exámenes estandarizados.

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EXPERIMENTO SOCIAL DE ESTE AÑO: Los roles serán los siguientes:

Los captadores y constructores: los encargados de construir o tomar encuesta y obtener los datos necesarios en la investigación.

Los analistas: serán los que tomarán el problema teórico asignado, y guiarán la construcción del mismo en el tiempo estipulado.

El presentador: es el encargado de obtener todo el apoyo visual del proyecto (fotos, videos, preparar la presentación del grupo) y (hipótesis) será el líder del grupo.

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EXPERIMENTO SOCIAL DE ESTE AÑO: Este año, las evaluaciones de cada tema

serán con proyectos, evaluados de la siguiente manera:Un día, se dará un tiempo para armar una

presentación, donde se harán grupos de máximo 5 personas y se les asignarán roles (o ustedes lo definirán).

Otro día, deberán hacer una presentación de 2 minutos sobre dicho proyecto, para poder terminar la evaluación.

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EL EXPERIMENTO SOCIAL DE ESTE AÑO: Los proyectos serán experiencias de

laboratorio, donde deberán traer materiales que se asignarán previamente.

Los días de proyecto el tiempo se cronometrará de la siguiente forma: Inicio: si hay que cambiarse de ropa, tomar

asistencia o moverse al laboratorio. Son 10 minutos.

Desarrollo: El tiempo para construir el experimento: Serán solamente 30 minutos.

Cierre: El tiempo para limpiar el laboratorio, cambiarse de ropa, guardar. Son 5 minutos.

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EL EXPERIMENTO SOCIAL DE ESTE AÑO: Los días de presentación son sólo 1 día,

donde se les dejará 5 minutos máximo a cada presentador, que debe incluir el montaje de su equipo audiovisual.

Se evaluarán aspectos objetivos y subjetivos (desarrollo de los roles y del grupo).

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EN EL CAPÍTULO ANTERIOR…

𝑥𝐴/ 𝐵=𝑥𝐴−𝑥𝐵

Cinemática Traslacional Relatividad Clásica

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TEMARIO ANUAL POR TRIMESTREPRIMERA TEMPORADA

Tema 1: Leyes de Newton del movimiento: Repaso de Cinemática de la traslación y

Operaciones con Vectores Definición de “Fuerza” e “Inercia” Diagramas de cuerpo libre, y fuerzas más

comunes Principio Fundamental de Inercia: Primera Ley de

Newton Principio de Fuerzas: Segunda Ley de Newton, y

Marcos de Referencia Principio de Acción y Reacción: Tercera Ley de

Newton Problemas de Aplicación

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TEMARIO ANUAL POR TRIMESTREPRIMERA TEMPORADA

Tema 2: Termodinámica Conceptos básicos Calorimetría en estado estable Cambios de fase y calor latente Modos de transferencia de calor Conceptos básicos (Sistema, estado, proceso

termodinámico) Las cuatro leyes fundamentales de la

termodinámica Termodinámica en un gas ideal Máquinas Térmicas, Eficiencia Térmica y Ciclo de

Carnot

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TEMARIO ANUAL POR TRIMESTREPRIMERA TEMPORADA Tema 3: El sonido

Movimiento Armónico Simple (MAS)Ecuaciones del MAS, y símil con el movimiento

circularOndas Mecánicas y propiedades de las ondasEl péndulo simpleOndas Estacionarias y ResonanciaProducción de una onda sonoraRapidez del sonido en distintos medios (sólido o

fluido)Conceptos físicos aplicados a la producción del

sonidoEfecto Doppler

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Antes de poder comprender las leyes del movimiento, deben definirse varios conceptos importantes. Lo más importantes son:

LAS LEYES DEL MOVIMIENTO DE NEWTON

INERCIA

FUERZADefinición personal: a los cuerpos no les gusta que les digan qué hacer o a dónde ir.

Las fuerzas modifican el estado de movimiento de un cuerpo.

Definición formal: es la oposición de un cuerpo de cambiar su estado de movimiento.

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LAS LEYES DEL MOVIMIENTO DE NEWTONCaracterísticas

De las Fuerzas

Las fuerzas, como requieren no sólo su magnitud, sino su dirección y su sentido para trabajar, son cantidades VECTORIALES, y para trabajarlas deben usarse las operaciones con vectores ya conocidas.Colocar en un cuerpo, o un sistema de cuerpos, todas las fuerzas que actúan sobre estos suele ayudar a entender el comportamiento del cuerpo. A estos diagramas se les llama “diagramas de cuerpo libre”. A las fuerzas, suele también llamársele “interacciones”.

Finalmente, la unidad de fuerza en el sistema internacional es el Newton, que se simboliza con la letra N. En el sistema inglés, es la Libra, y se denomina con las letras lbf, para diferenciarlo de la Libra Avoirdupois de masa, o lb.

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Las fuerzas se clasifican de muchísimas maneras, dependiendo del área de estudio. Entre estas, puede haber fuerzas de cuerpo, de superficie, de contacto, de acción a distancia, virtuales, reales, entre muchas otras.

Acá trataremos la clasificación de las llamadas “interacciones fundamentales de la naturaleza.

CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS

Fuerza Nuclear Débil

Fuerza Nuclear Fuerte

Fuerza Electromagnética

Fuerza Gravitacional

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PRIMERA LEY DEL MOVIMIENTO DE NEWTON

Se le llama el principio fundamental de inercia. Dice así:

Todo cuerpo en reposo, permanecerá en reposo o a velocidad constante hasta que una fuerza actúe sobre él.

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SEGUNDA LEY DEL MOVIMIENTO

∑ �⃗�=𝑭𝒏𝒆𝒕𝒂=𝒎�⃗�Vale cero

No vale ceroEquilibrio

EstáticoDinámico

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Las fuerzas más importantes que vamos a estar utilizando por ahora son: El peso: Siempre va verticalmente hacia abajo, o dirigido

hacia el centro de la tierra. Equivale al producto de la masa y la gravedad, es decir .

La reacción normal: es aquella fuerza que sostiene al objeto sobre una superficie. Siempre hace 90° con la superficie de contacto.

La fricción: es aquella fuerza que trata de frenar al cuerpo. Siempre va contraria al movimiento natural del cuerpo.

Tensión: siempre sale de los cuerpos que se están estudiando. Son ocasionadas por cuerdas y por jalar un cuerpo.

Compresión: Siempre entra al cuerpo que se está estudiando. Son ocasionadas por choques contra sólidos y por empujar un cuerpo.

Fuerzas Externas: aquellas adicionales que incluya el problema.

DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE

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LEYES DEL MOVIMIENTO DE NEWTON

x

y

1000 kg

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ANÁLISIS DE MULTIMEDIA Se les colocará un vídeo sobre el tema

de Termodinámica. Para este vídeo, deben tener en cuenta las siguientes preguntas y conceptos:

Defina: temperatura, calor, caloría, Conducción, Convección, Radiación.

Responda: ¿Cómo funciona un termómetro de alcohol? ¿Cómo viaja el calor? ¿Cómo el color afecta la transferencia de calor por radiación?

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OBJETIVOS DE LA CLASE Entender la teoría cinético-molecular Entender el concepto de temperatura y

calor Tener la ecuación básica de

transferencia de calor

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TERMODINÁMICA: MODELO CINÉTICO MOLECULAR

Sólidos

Forma Definida

Buenos Conductores

Líquidos

Forma del recipiente

Regulares conductores

Gases

Forma del recipiente

Malos conductores

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TERMODINÁMICA Temperatura: mide el grado de movimiento

de las partículas de un cuerpo.

Calor: magnitud física que describe cómo se transmite la energía en forma de temperatura entre dos cuerpos. Depende de la masa del cuerpo, del material del cuerpo, y de su cambio de temperatura.

La ecuación de calor básica sería:

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OBJETIVOS DE LA CLASE Estudiar la expansión térmica de los

cuerpos Estudiar el comportamiento de los

cuerpos al cambiar de fase. Aprender a usar las tablas

termodinámicas básicas.

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ANTES DE COMENZAR… Antes de comenzar, debemos añadir

otra unidad de energía adicional, que es el Joule. Para transformar entre caloría y Joule usaremos el siguiente factor de conversión:

1 cal = 4.184 J

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TERMODINÁMICA Una masa de 20 Kg, de aluminio (calor

específico =) desde la temperatura ambiente (en Panamá, unos 32°C) hasta los 150 °C. ¿Cuánto calor se requiere, en calorías?

𝒎=𝟐𝟎𝑲𝒈

𝑪𝒆=𝟐𝟏𝟒𝒄𝒂𝒍

𝑲𝒈 °𝑪𝑻 𝒊=𝟑𝟐°𝑪𝑻 𝒇 =𝟏𝟓𝟎°𝑪

∆𝑻=𝟏𝟓𝟎°𝑪−𝟑𝟐°𝑪=𝟏𝟏𝟖 °𝑪

𝑸=𝟓𝟎𝟓𝟎𝟒𝟎𝒄𝒂𝒍

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TERMODINÁMICA Los materiales sólidos, al calentarse, se

dilatan. Esto es, porque al calentarse, los átomos vibran a mayor velocidad, lo cual hace que se expandan.

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TERMODINÁMICA La ecuación para la dilatación térmica

de un sólido (que será la única que veremos aquí) será la siguiente:

Longitud final

Coeficiente de Dilatación térmica

lineal

Cambio deTemperatura

Longitud inicial

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TERMODINÁMICA Se calienta una barra de hierro ( de 20

mm se calienta de la temperatura ambiente (32°C) hasta 80°C. ¿Cuál es la longitud final de la barra?

𝑳𝟎=𝟐𝟎𝒎𝒎

𝜶=𝟎 .𝟎𝟎𝟎𝟎𝟏𝟐

°𝑪𝑻 𝒊=𝟑𝟐°𝑪𝑻 𝒇 =𝟖𝟎°𝑪

∆𝑻=𝟖𝟎°𝑪−𝟑𝟐°𝑪=𝟒𝟖°𝑪

𝑳=𝑳𝟎(𝟏+𝜶∆𝑻 )

𝑳=(𝟐𝟎𝒎𝒎) [𝟏+(𝟎 .𝟎𝟎𝟎𝟎𝟏𝟐°𝑪 )(𝟒𝟖°𝑪)]20.01152 mm

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TERMODINÁMICA ¿Si se calienta mucho un cuerpo, puede

pasar de esto

A esto?

La respuesta es “SÍ”, pero todo depende de la presión del ambiente. A cierta presión, se necesita mucho más movimiento para transformar de un estado de la materia a otro. A este fenómeno se le llama “cambio de fase”.

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TERMODINÁMICA La presión se mide en el sistema

internacional, en unidades llamadas “Pascales”; mientras que en el sistema inglés, se mide en “psi”, que son siglas de “libras por pulgada cuadrada”. También se usan sus múltiplos y submúltiplos (Megapascal, Kilopascal, Kilopsi, etc…)

A cada presión, le equivale una temperatura para pasar de líquido a sólido. Para el agua, para pasar de sólido a líquido solamente es a 0°C, sin importar la presión.

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TERMODINÁMICA Para calcular cuánto calor es necesario

para pasar de un estado a otro, se utiliza la ecuación del “calor latente”, que es:

Calor

Masa

Calor Latente (L)

Fusión Lf(Constante paraCada material)

Vapor Lv(buscar en

Tablas)

A cada presión equivale un calor latente de vapor, pero el de fusión es el mismo para cada material.

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TERMODINÁMICA Objetivos de la clase:

Ver problemas resueltos para practicar los temas de calor, temperatura y dilatación térmica lineal.

Resumen de ecuaciones:

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TERMODINÁMICA Tenemos una masa de 10 Kg de agua a

20°C y 101.325 KPa ¿Cuánto calor debo añadirle para que se vuelva vapor? ()P𝒎=𝟏𝟎𝑲𝒈𝑻 𝟎=𝟐𝟎°𝑪

𝑻 𝒇=𝟗𝟗 .𝟗𝟕°𝑪

Hay dos calores: uno para llevar hasta elpunto de ebullición, y el otro para cambiar

a vapor. Sumándolos, obtenemos la respuesta.

𝑳𝒗=𝟐𝟐𝟓𝟔 .𝟓𝑱

𝑲𝒈