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1 ELABORACIÓN PROF. TOMÁS RAMÍREZ 2018

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ELABORACIÓN

PROF. TOMÁS RAMÍREZ

2018

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I N T R O D U C C I Ó N

El área de formación Física por ser del tipo teórico-práctica requiere que la información

teórica sea complementada con el trabajo experimental por parte de los estudiantes.

Cumpliendo con este requisito del proceso enseñanza-aprendizaje se elaboró el presente trabajo,

que constituye el producto de la revisión de distintos materiales existentes relacionados con los

trabajos prácticos aconsejados para cada uno de los Temas Generadores señalados en la

Transformación Curricular implantada en el país por el Ministerio del Poder Popular para la

Educación desde el año 2017 y de la experiencia de docentes perteneciente a esta área.

Las prácticas estan diseñadas de manera que cumplan con el método científico, como

una manera que los estudiantes dominen de forma efectiva este método, los experimentos se

presentan de una forma sencilla y con recursos existentes en el Colegio o que sean aportados por

los estudiantes sin que representen gastos económicos para los representantes.

Este trabajo estará a la disposición de los estudiantes en la página web del Colegio y la

intensión no es que sea impreso por el representante, ni por el estudiante, ya que puede ser

consultado y copiado lo necesario en el cuaderno de laboratorio. Esto con la finalidad de

abaratar los costos que genera la educación para los padres y representantes de los estudiantes

de nuestra institución.

EL AUTOR

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I N D I C E

Página

- Práctica Nº 1: Medición de Longitud y Tiempo. …………………………………………………… 4

- Práctica Nº 2: Movimiento Rectilíneo Uniforme y Variado……………………………………. 7

- Práctica Nº 3: Caída Libre…………………………………………………………………………………….. 12

- Práctica Nº 4: Fuerza de Roce……………………………………………………………………………….. 15

- Práctica Nº 5: Movimiento Circular Uniforme y Equilibrio de Cuerpos Rígidos……….. 19

- Práctica Nº 6: Leyes de Newton…………………………………………………………………………….. 22

- Práctica Nº 7: Movimiento en dos dimensiones……………………………………………………… 25

- Práctica Nº 8: Trabajo y Conservación de Energía…………………………………………………. 28

- Práctica Nº 9: Dilatación de líquidos y gases…………………………………………………………. 32

- Práctica Nº 10: Constante de un resorte y aceleración de la gravedad………………….. 34

- Práctica Nº 11: Principio de Pascal………………………………………………………………………… 38

- Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………. 40

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PRÁCTICA Nº 1 MEDICION DE LONGITUD

PROBLEMA DE ESTUDIO ¿Será posible construir un instrumento empleando material de fácil adquisición para

medir longitud y que su patrón de medida pueda ser comparable con los patrones aceptados mundialmente?

Tema Referencial: Descripción de los movimientos de caída libre en actividades cotidianas y socioproductivas

Referente Teórico Práctico: Ciencias del movimiento: Cinemática y dinámica.

MARCO TEÓRICO

La física es una ciencia experimental basada en la medida de determinadas magnitudes. Se denomina magnitud física a toda aquella propiedad física susceptible de ser medida es decir de ser comparada con un patrón. Por ejemplo, para medir la distancia entre dos puntos podemos utilizar como patrón una vara, el paso de una persona… Siempre que se realice una medida tenemos que dar como resultado un número con su unidad correspondiente, que determina el patrón que hemos utilizado.

En una primera aproximación, las medidas podrían dividirse en medidas directas y medidas indirectas.

Medidas directas: Se denomina medida directa aquella que se realiza, por comparación directa, con la ayuda de los instrumentos adecuados, de la magnitud desconocida con el correspondiente patrón.

Como ejemplo de medidas directas tenemos: Masas: comparando el cuerpo cuya masa queremos determinar con el patrón de 1 kg

mediante una balanza. Longitudes: comparando la longitud bajo estudio con el patrón 1 m empleando una cinta

métrica. Fuerzas: comparando la fuerza bajo estudio con 1 N mediante el uso del dinamómetro. Medidas indirectas: Se denomina medida indirecta aquella que se obtendría mediante

una relación matemática o ley física a partir de medidas directas. Como ejemplo de medidas indirectas tenemos: Volúmenes: si se quiere determinar, por ejemplo, el volumen de una esfera se mide su

diámetro y aplicamos la expresión matemática V =(4π r3)/3 Densidades de cuerpos: para determinar la densidad de un cuerpo primero habría que

medir su masa (medida directa) y su volumen (que en si misma ya es una medida indirecta) y a continuación calcular la densidad como ρ = m/V.

PRE-LABORATORIO Investiga sobre cada uno de los siguientes aspectos, recuerda hacer tus anotaciones en tu

cuaderno. a) ¿En qué consiste la medición? b) ¿A qué se llama patrón de medida? Señala algunos ejemplos. c) ¿Qué características debe presentar un patrón de medida? d) ¿Cómo pueden ser las mediciones? Defínelas e indica ejemplos.

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MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis 1.- Se puede construir un instrumento para medir longitud empleando material de fácil

adquisición. 2.- Se puede realizar comparación de los patrones de longitud entre los del instrumento

construido y los reconocidos mundialmente. Variables Dependiente: 1.- Construcción de instrumento de medida de longitud. 2.- Comparación de patrones del instrumento construido, Independientes: 1.- Material de fácil adquisición. 2.- Patrones de medida reconocidos mundialmente.

Materiales Hoja de papel tipo carta, regla graduada, hoja de papel milimetrado. Actividad 1: Medida de longitud 1

1.- Empleando la hoja tipo carta (por su ancho) procede a medir el largo del mesón del laboratorio. 2.- Dale un nombre a la unidad de medida de tu instrumento. 3.- Repite por tres veces el paso Nº 2. (determina el promedio) 4.- Realiza la misma medida pero utilizando la regla graduada. 5.- Haz una relación entre tu unidad de medida y los centímetros de la regla graduada. 6.- Repitan los 5 pasos anteriores por realizándolo otro estudiante. 7.- Calcular el error cometido al utilizar el instrumento rutinario, aplicando la siguiente fórmula: E = medida arbitraria/medida regla x 100 8.- Completa el siguiente cuadro:

Medida 1 2 3 Promedio Instrumento

Regla

Actividad Nº 2: Medida de longitud 2 - Repite los pasos de la actividad Nº 1, pero midiendo el ancho del mesón de laboratorio.

Medida 1 2 3 Promedio

Instrumento

Regla ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Como manera de analizar los resultados obtenidos responde las siguientes interrogantes. 1.- ¿Estas medidas son directas o indirectas? ¿Por qué? 2.- ¿Qué relación existe entre el patrón de medida del instrumento y el aceptado por el SI?

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3.- ¿Cuál es el error que se comete cuando se utiliza el instrumento rudimentario? 4.- Este error es igual o diferente en ambas actividades. De ser distintos justifica. 5.- Determina el área del mesón de laboratorio empleando ambos patrones de medida. 6.- Determina el error cometido al determinar el área del mesón con el instrumento rudimentario (aplica la fórmula que se utilizó anteriormente). 7.- Este error es igual o distinto al determinado en las actividades de laboratorio. Justifica. 8.- Una persona utilizando el instrumento rudimentario midió la longitud de una tabla y obtuvo 6,5 unidades arbitrarias. ¿Cuántos centímetros mide la tabla? CONCLUSIONES

Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRACTICA Nº 2

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO

PROBLEMA DE ESTUDIO ¿Realizando experimentos en el laboratorio se podrá reconocer las caracterñisticas del M.R.U y del M.R.U.V?

Tema Referencial: Descripción de los movimientos de caída libre en actividades cotidianas y socioproductivas Referente Teórico Práctico: Movimiento y tipos de movimientos de traslación rectilínea: MRU y MRUV. Tipos de movimientos, Sistemas de referencia, posición, desplazamiento, trayectoria, velocidad media, velocidad instantánea, rapidez media, aceleración media, aceleración instantánea

MARCO TEORICO Existen varios tipos especiales de movimiento fáciles de describir. En primer lugar, aquél

en el que la velocidad es constante. En el caso más sencillo, la velocidad podría ser nula, y la posición no cambiaría en el intervalo de tiempo considerado. Si la velocidad es constante, la velocidad media (o promedio) es igual a la velocidad en cualquier instante determinado, se plantea el Movimiento Uniforme.

Las características del movimiento son: a) Velocidad: se define como la razón entre el espacio recorrido (desde la posición X1

hasta la posición X2) y t el tiempo transcurrido. La velocidad se calcula aplicando la fórmula: v = x/t

b) Aceleración: Es la variación de la velocidad con respecto al tiempo. a = v/t c) Trayectoria: Es el camino que describe un objeto al desplazarse respecto de un sistema

de referencia. d) Desplazamiento: Es el vector que se describe en dos instantes, to y t y desde la

posición en to hasta la posición en t. Un movimiento es rectilíneo uniforme (MRU) es cuando el móvil efectúa una trayectoria

en línea recta y desplazamientos iguales en intervalos de tiempo iguales. El movimiento rectilíneo uniforme variado (MRUV) es un movimiento en el cual un móvil

se desplaza en línea recta a una velocidad que varía de manera uniforme a lo largo del tiempo. Esta velocidad puede aumentar (y en ese caso el movimiento es acelerado) o disminuir (desacelerado). Al variar la velocidad en el tiempo, en tiempos iguales recorre distancias distintas. La aceleración tiene un valor distinto de cero (positivo o negativo).

En este movimiento se aplican las siguientes fórmulas:

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PRE-LABORATORIO Investiga sobre cada uno de los siguientes aspectos, recuerda hacer tus anotaciones en tu

cuaderno. 1.- ¿Cuáles son las características del movimiento? Define cada una. 2.- ¿Cuándo un cuerpo puede describir movimiento rectilíneo uniforme (MRU)? 3.- ¿Un cuerpo puede describir MRU sin desplazarse en línea recta? Justifica tu respuesta 4.- ¿Cuándo un móvil se desplaza con Movimiento Uniformemente Variado (MURV)? 5.- Indica las fórmulas que se emplean en el MRU y MRUV para determinar sus

características. 6.- En un gráfico distancia – tiempo (x/t), ¿qué representa la pendiente? 7.-¿Cómo se representa gráficamente un MRUV? ¿Qué representa la pendiente de la

recta en un MRUV? 8.-En un gráfico velocidad – tiempo (V/t), ¿qué representa el área bajo la curva en el

MRU? 9.-En un gráfico velocidad –tiempo (V/t), ¿qué representa el área bajo la curva en el

MRUV? MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis 1.- Realizando un experimento sencillo se puede demostrar el MRU. 2.- Realizando un experimento sencillo se puede demostrar el MRUV. Variables Dependiente: 1.- Demostración del MRU 2.- Demostración del MRUV. Independiente: 1 y 2.- Experimento sencillo. Materiales Cinta de papel, registrador de tiempo (ticógrafo), baterías de 1,5 voltios, papel carbón

cortado en forma circular, un carrito de baterías, papel milimetrado, cinta engomada, cronómetro, canica (metra).

ACTIVIDAD 1: Movimiento Rectilíneo Uniforme Nota: Para realizar esta actividad se proponen dos experimentos de los cuales se

realizará uno. El docente y los estudiantes los discutirán y escogerán el que se realizará de acuerdo a las posibilidades. (Si desean pueden hacerse ambos experimentos)

Alternativa Nº 1 1.- Toma una cinta de papel y colócala de tal manera que pase a través de un marcador

de cinta. Trata de atarlo a un carrito de pila que tu profesor tendrá en el mesón. Dicho carrito tendrá un movimiento uniforme. Al poner el carrito en movimiento puedes observar que en el papel van apareciendo marcados una serie de puntos. En la cinta pueden verse marcados los puntos obtenidos y los intervalos de tiempo 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 tic, así como también las distancias recorridas en cada intervalo de tiempo, desde X1 hasta X7.

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2.- Se miden las distancias desde el punto de referencia y cada una de las marcas, de la

siguiente manera: X1 desde 0 tic hasta 1 tic X2 desde 0 tic hasta 2 tic X3 desde 0 tic hasta 3 tic X4 desde 0 tic hasta 4 tic X5 desde 0 tic hasta 5 tic X6 desde 0 tic hasta 6 tic

3.- Con los datos obtenidos llena la siguiente tabla.

Medida 1 2 3 4 5 6

X (cm)

t (s)

4.- Con los datos de la tabla construye, en papel milimetrado, una gráfica (x, t). 5.- Determina la pendiente de la gráfica. 6.- Aplicando la fórmula v = X/t calcula la rapidez para las medidas realizadas. ¿Qué

observas? 7.- Gráfica V, t. Alternativa Nº 2 1.- Marca una línea recta en el pasillo del colegio de 3 metros (empleando una cinta

métrica), sobre la línea marca 0,5 m, 1 m, 1,5 m, 2 m, 2,5 m y 3 m.

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2.- Un estudiante con un cronometro tomará el tiempo que tarda otro estudiante caminando normalmente tarda en pasar por cada una de las marcas.

3.- Se repite el paso 2, ahora con dos estudiantes diferentes. 4.- Con los datos obtenidos llena la siguiente tabla.

Medida 1 2 3 4 5 6 X (cm)

t (s)

5.- Realiza los pasos desde el 4 hasta el 7 correspondientes a la alternativa Nº 1. Nota: Si no dispones de papel milimetrado puedes en tu cuaderno con la ayuda de la

regla graduada realizar un cuadro milimetrado de 5 milímetro cada cuadrícula.

5 mm ACTIVIDAD Nº 2: Movimiento rectilíneo Uniformemente Variado.

1.- Toma un riel por donde se pueda desplazar una metra (canica). Si no posees riel dispón de dos listones y únelos con plastilina o pégalos de un cartón con una separación de 0,5 cm entre ellos (se puede doblar un cartón de caja) 2.- Marca el riel o uno de los listones con medidas de 0,25 m, 0,5 m, 0,75 m y 1 m. 3.- Forma un plano inclinado utilizando un libro, cuadernos, trozo de madera, etc, que forme un ángulo de 10 º con el mesón. 4.- Deja caer desde el borde superior la metra y mide el tiempo con el cronometro para cada intervalo. (se recomienda que la medida la realicen dos estudiantes en forma individual). 5.- Repite la prueba para ángulo de inclinación de 15º, 30º y 45 º. 6.- Con los datos obtenidos completa la siguiente tabla.

X 0,25 m 0,5 m 0,75 m 1 m Ángulo

t (s) 10 º t (s) 15 º

t (s) 30 º

T (s) 45 º

7.- Realiza la gráfica X, t (no consideres el ángulo de inclinación) 8.- Determina la pendiente entre los puntos. 9.- Aplicando la fórmula correspondiente calcula la rapidez en cada uno de los puntos. 10.-Realiza la gráfica (v, t). 11.- Determina la pendiente de la gráfica (V, t) para cada punto.

5 mm

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12.- Determina de forma indirecta la aceleración del móvil entre los puntos. POST-LABORATORIO Responde las siguientes cuestiones.

1) En relación a la actividad Nº1 responde: a) ¿Qué forma tiene la gráfica (X, t)? b) ¿Qué representa la pendiente en la gráfica (X,t)? c) Determina la pendiente de la gráfica. Debes usar unidades. d) Calcula de forma indirecta la rapidez del móvil en uno de sus puntos. e) ¿Cómo es el movimiento realizado? f) Calcula de forma indirecta la aceleración del móvil en todos sus puntos. ¿Qué observas

y por qué? 2.- En relación a la actividad Nº 2 responde: a) ¿Cómo es el valor de la pendiente entre los puntos de la gráfica( X, t)?¿Por qué? b) ¿Qué representa está pendiente? c) ¿Cómo es el movimiento realizado? Justifica. d) Realiza un análisis de la gráfica (X, t). e) El valor de la pendiente de la gráfica (X, t) y los valores calculados ¿Cómo son?¿Por

qué? f) ¿Qué forma tiene la gráfica (V, t)? g) ¿En qué se diferencia con la gráfica de la actividad Nº 1? h) ¿Qué significa el valor de la pendiente de la gráfica (V, t)? Explica i) Realiza un análisis de la gráfica (V, t). CONCLUSIONES Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRACTICA Nº 3 CAÍDA LIBRE

PROBLEMA DE ESTUDIO ¿Empleando experimento sencillo se podrá demostrar las características del movimiento de caída libre? ¿Con experimento sencillo se podrá determinar el valor de la gravedad en un lugar?

Tema Referencial: Descripción de los movimientos de caída libre en actividades cotidianas y socioproductivas. Referente Teórico Práctico: Caída libre. Tipos de movimientos de caída libre de acuerdo con las condiciones iníciales (unidimensionales y bidimensionales). Métodos experimentales para determinar las funciones vectoriales de la aceleración, la posición y la velocidad. Demostración de las ecuaciones de la trayectoria, altura máxima, alcance horizontal, tiempo máximo, tiempo de vuelo, a partir de las funciones vectoriales de la posición, la velocidad y la aceleración. MARCO TEÓRICO Es el movimiento, en dirección vertical, con aceleración constante realizado por un cuerpo cuando se deja caer en el vacío. El termino caída libre es aplicado tanto para el movimiento de descenso como para el de ascenso, al diferencia radica en que para el descenso la velocidad inicial Vo = 0 y en el ascenso Vo es distinta de 0. Este movimiento representa un clásico ejemplo de movimiento uniformemente variado.

Si nos ubicamos en lo alto de un edificio y dejamos un objeto en libertad observamos que este cae por acción de la fuerza que ejerce la Tierra sobre todos los cuerpos que se encuentran sobre ella, la que recibe el nombre de fuerza de gravedad. Esta aceleración se llama aceleración de la gravedad (g). Su valor es 980 cm/s2 = 9,8 m/s2. Este valor no es el mismo para todos los lugares de la Tierra: depende de la latitud y de la altura sobre el nivel del mar. En los Polos alcanza su mayor valor (983 cm/s2) y en el Ecuador es 978 cm/s2.

Características de este movimiento - En el vacío todos los cuerpos caen con trayectoria vertical. - Todos los cuerpos en el vacío caen con la misma aceleración. - Todos los cuerpos dejados caer en el vacío tardan el mismo tiempo en recorrer la

misma altura. - Todos los cuerpos dejados caer en el vacío tardan el mismo tiempo en alcanzar la

misma velocidad. - Todos los cuerpos dejados caer en el vacío tienen velocidad inicial igual a cero. - Todos los cuerpos dejados libremente en el vacío caen, porque son atraídos por la

Tierra. - La fuerza con que la tierra atrae a un cuerpo es el peso. - La aceleración del movimiento de caída libre de los cuerpos es la aceleración de la

gravedad. Fórmulas de caída libre y = Vot + 1/2gt2 Vf = Vo + gt Vf

2 = Vo2 + 2gy

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PRE-LABORATORIO 1.- ¿Qué entiendes por caída libre de los cuerpos? 2.- ¿Qué sucedería si dejamos caer simultáneamente desde una misma altura, un libro y

una hoja de papel? Explica 3.- ¿Qué sucedería si dejamos caer dos hojas de papel iguales, pero una de ellas

comprimida? 4.- ¿Qué sucedería si ambas hojas están comprimidas? 5-¿El medio a través del cual se mueven los objetos influye en su caída? Explica 6.- ¿Qué se entiende por gravedad? 7.- ¿Con qué aceleración cae al suelo un cuerpo en caída libre? 8.-La aceleración de la gravedad ¿es constante en cualquier punto de la Tierra? Explica. MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis 1.- Aplicando un experimento sencillo se puede demostrar las características del

movimiento de caída libre. 2.- Aplicando un experimento sencillo se puede determinar la aceleración de la gravedad

en un lugar. Variables Dependiente: 1) Demostración de las características del movimiento de caída libre. 2) Determinación de la aceleración de gravedad. Independiente: 1 y 2) Experimento sencillo. Materiales Hoja de papel, pelota pequeña, cronometro, cinta métrica, papel milimetrado. ACTIVIDAD Nº 1: Características del Movimiento de Caída libre 1.- Mide la distancia que hay del piso al mesón. 2.- Deja caer del mesón una hoja de papel y tómale el tiempo de caída. (se recomienda

que la medida sea realizada por dos estudiantes de manera individual y repitiendo el procedimiento tres veces y luego sacando el promedio).

3.- Repite el paso 2, pero ahora con la hoja comprimida. 4.- Repite el paso 2, pero ahora con la pelota. 5.- Repite el paso 2, pero ahora dejando caer la hoja comprimida y la pelota. 6.- Completa el siguiente cuadro para los pasos 2 al 4.

Objeto Y (m) t (s) Vf (m/s)

Hoja

Hoja Comprimida

Pelota

7.- Completa el siguiente cuadro para el paso 5.

Objeto y (m) t (s) Vf (m/s)

Hoja Comprimida

Pelota

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8.- Muestra los cálculos realizados. ACTIVIDAD Nº 2: Determinación de la gravedad 1.- Dos estudiantes se ubicarán en el primer piso del colegio y otros dos en la planta baja

con los cronómetros para medir el tiempo de caída (se realizará tres veces con equipos distintos). 2.- Los estudiantes dejarán caer una pelota y se tomará al tiempo de caída. 3.- Se repetirá el paso 1 y 2, pero ahora desde los pisos 2 y 3 del colegio. 4.- Se calcula la gravedad desde cada piso, tómese la distancia de cada nivel como 3 m. 5.- Determina la rapidez con la que llega la pelota al piso tomando como gravedad 9,8

m/s2 y la obtenida en la experiencia. ¿Hay diferencia en la rapidez? De ser así ¿Por qué? 6.- Completa el siguiente cuadro.

Nivel y (m) t (s) g (m/s2) Vf (m/s) 1

2

3

NOTA: Si dejas caer la pelota desde la baranda de cada nivel, debes suman la medida

de la baranda. ANÁLISIS DE RESULTADOS Responde las siguientes cuestiones: 1.- ¿Cuándo la hoja de papel cae con mayor rapidez? ¿Por qué? 2.- ¿Cómo podrías determinar el peso de cada uno de los objetos utilizados en el trabajo

experimental? 3.- ¿A qué se debe la diferencia en la aceleración de la gravedad? 4.- ¿Por qué se habla de rapidez y no de velocidad? ¿En este caso hay diferencia? CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 4 FUERZA DE ROZAMIENTO Y COEFICIENTE DE ROZAMIENTO

PROBLEMA DE ESTUDIO

¿Utilizando experimento sencillo se podrá determinar la fuerza de rozamiento y el coeficiente de rozamiento?

Tema Referencial: Interacciones que explican el movimiento de traslación de cuerpos físicos modelados como partículas.

Referente Teórico Práctico: Fuerzas, leyes de fuerza (gravitacional, fuerza de roce, fuerza

de restitución).

MARCO TEÓRICO

Fuerza de rozamiento Si un coche que circula por una carretera horizontal se deja en “punto muerto” (el

motor, en este caso, no ejerce fuerza alguna sobre él) debería seguir con movimiento rectilíneo y uniforme; que termina parándose. ¿Por qué? Pues obviamente porque existe una f llamada fuerza de rozamiento:

Fuerza de rozamiento es toda fuerza opuesta al movimiento, la cual se manifiesta en la superficie de contacto de dos cuerpos siempre que uno de ellos se mueva o tienda a moverse sobre el otro. La causa de la existencia de esta fuerza es la siguiente: las superficies de los cuerpos no son lisas, presentan asperezas que, al apoyar un cuerpo sobre otro, encajan entre sí, lo que obliga a la aplicación de una fuerza adicional a la del movimiento para conseguir vencer el anclaje. Por lo tanto, la fuerza efectiva que hará que un objeto se mueva será:

F (efectiva) = F(aplicada) + F(rozamiento)

Coeficiente de rozamiento El rozamiento es independiente de la velocidad y del valor de la superficie de los cuerpos

en contacto. Esta fuerza depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto y del grado de pulimento de sus superficies. Es proporcional a la fuerza que actúa sobre el móvil perpendicularmente al plano de movimiento. A ésta última se la denomina fuerza normal (N).

Por lo tanto matemáticamente escribimos: Fr = μ.N

Donde μ es un coeficiente característico de las superficies en contacto, denominado Coeficiente de rozamiento de un cuerpo sobre otro es la relación que existe entre la fuerza de rozamiento y la que actúa sobre el móvil perpendicularmente a su plano de deslizamiento.

Rozamiento estático y dinámico: Como todos sabemos, es más difícil iniciar el movimiento de un cuerpo sobre otro que

para mantenerlo una vez y conseguido. Esto nos indica que hemos de distinguir dos coeficientes de rozamiento distintos:

-rozamiento estático, que dificulta la tendencia del cuerpo hacia el movimiento. -rozamiento dinámico, que da origen a la fuerza que se opone al movimiento del cuerpo

cuando éste ya se mueve. En general, el coeficiente de rozamiento estático es ligeramente superior al dinámico.

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La expresión F = μ · N indica, en realidad, el valor mínimo de la fuerza que hay que ejercer para lograr el movimiento del cuerpo y, por tanto, el máximo valor de la fuerza de rozamiento.

Si el valor de la fuerza aplicada es menor que este máximo el cuerpo no se moverá y el valor del rozamiento se igualará a ella, anulándola. Es decir, si cuando empujamos un objeto para arrastrarlo (por ejemplo) ejercemos fuerza y vemos que no se mueve, incrementamos nuestra fuerza y sigue sin moverse, es porque el objeto realiza contra nosotros la misma fuerza y el sistema se anula.

Cuando nuestra fuerza supere μ·N (donde μ depende de la naturaleza de las superficies y N = mg para superficies planas y N = m .g . cos α para superficies inclinadas) entonces el objeto se mover

PRE-LABORATORIO 1.- ¿Qué es fuerza de roce? 2.- ¿Cuántas clases de roce existen y cuáles son? 3.- ¿Cuál es la ecuación que rige a cada tipo de roce? 4.- ¿De qué factores depende la fuerza de roce? 5.- ¿En qué casos el roce es beneficioso y en qué casos es perjudicial? 6.- ¿Qué es la fuerza normal? 7.-Influye la fuerza normal sobre la fuerza de roce? Explica MARCO EXPERIMENTAL

Hipótesis: Realizando experimento sencillo se puede determinar la fuerza de roce y el coeficiente de rozamiento que existe entre dos cuerpos.

Variables Dependiente: Determinación de la fuerza de roce y del coeficiente de rozamiento. Independiente: Realización de experimento sencillo. Materiales Taco de madera con gancho en forma de cubo, dinamómetro, pesas.

ACTIVIDAD Nº 1: Identificación del coeficiente de roce estático 1.- Coloca sobre una superficie horizontal (mesón de mármol del laboratorio), un bloque

de madera provisto de un gancho. A través de un dinamómetro hala con una débil fuerza. ¿Se mueve el bloque una vez aplicada la fuerza? ¿Por qué?

2.- Aumenta gradualmente esta fuerza y observa. ¿Cuánto marca el dinamómetro en el momento en que inicia el bloque el movimiento?

3.- Repite el procedimiento anterior y calcula el promedio de los valores marcados en el dinamómetro. ¿Cuánto es ese valor?

4.- Anota tus observaciones. 5.- Usa el dinamómetro para determinar el peso del bloque de madera. Este valor es

igual al valor de la fuerza normal. 6.- Con los resultados obtenidos determina el coeficiente de roce estático. ¿Cuál ha sido

ese valor? 7.- Se repite esta actividad, pero con otro equipo de trabajo. 8.- Compara los resultados obtenidos por ambos equipos.

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ACTIVIDAD Nº 2: Identificación del coeficiente de roce dinámico 1.-Repite la experiencia anterior con las dos primeras actividades y mantén el

movimiento del bloque con el dinamómetro, de tal manera que sea casi uniforme. ¿Marca el dinamómetro el mismo valor que en la actividad 1? ¿Cómo es ese valor con respecto al valor anterior?

2.- Repite el procedimiento anterior cuatro veces y calcula el promedio de los valores marcados en el dinamómetro.

3.- Usa la ecuación de la fuerza de roce y determina el coeficiente de roce dinámico. 4.- Compara los valores de los coeficientes de roce estático y dinámico. ¿Son iguales?

¿Por qué? ACTIVIDAD Nº 3: Verificar la influencia de la superficie sobre el coeficiente de roce

estático. 1.- Repite la actividad Nº 1, pero ahora sobre el mesón de madera. 2.- Compara el coeficiente de roce esta actividad con el obtenido en la actividad Nº 1.

¿son iguales? ¿Por qué? ACTIVIDAD Nº 4: Verificar que el bloque de la figura se mueve horizontalmente con

velocidad no constante. α cuerda α = 37º μ = 0,3 1.- Haz un diagrama de cuerpo libre donde se muestren todas las fuerzas actuantes. 2.- Calcula las componentes de F en las direcciones de los ejes. 3.- Calcula el peso del bloque 4.- Escribe las ecuaciones sobre el eje “y” y calcula el valor de la normal N. 5.- Calcula el valor de la fuerza de roce 6.- Escribe la ecuación de la fuerza de neta sobre el eje “x” y calcula su valor 7.- Usando la ecuación de la fórmula F = m.a calcula el valor de la aceleración. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1.- ¿Cuál es la diferencia entre la fuerza de rozamiento en reposo y la fuerza de

rozamiento en movimiento? 2.- Los resultados obtenidos por los equipos de estudiantes son diferentes. ¿Por qué? 3.- Influye la superficie de los cuerpos sobre la fuerza de roce y el coeficiente de

rozamiento. Explica. 4.- Una caja de madera de 40 Kg se encuentra sobre una carretera asfaltada. Sabiendo

que el coeficiente de roce entre la madera y el asfalto es 0,3 ¿se deslizará la caja si lo empujas con una fuerza de 100 Nw?

3.- ¿Qué clases de magnitudes son la fuerza de roce y el coeficiente de roce? ¿En qué unidades se expresan?

4.- ¿Por qué es más fácil resbalarse al caminar sobre un piso enjabonado que sobre uno que no lo esté?

m = 10 kg

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CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 5 MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME Y EQUILIBRIO DE CUERPOS RÍGIDOS

PROBLEMA DE ESTUDIO ¿Utilizando experimento sencillo se podrá identificar el movimiento circular uniforme que describe un cuerpo?

Tema Referencial: Interacciones que explican el movimiento de traslación de cuerpos físicos modelados como partículas.

Referente Teórico Práctico: Movimiento circular uniforme.

MARCO TEÓRICO

El movimiento circular se produce cuando una fuerza externa (fuera del cuerpo), llamada centrípeta, actúa en forma perpendicular a la trayectoria que describe el movimiento.

PERIODO Y FRECUENCIA. Dos conceptos importantes del movimiento circular son el periodo y la frecuencia. El

periodo es el tiempo que tarda un cuerpo en dar una vuelta completa. Sus unidades son s/ciclo o simplemente segundos. La frecuencia se define como el número de vueltas completas que efectúa un cuerpo en una unidad de tiempo. Sus unidades son Hertz (HZ).

T = 1/f o f = 1/T DESPLAZAMIENTO ANGULAR Y RADIAN. El desplazamiento angular de un cuerpo describe la cantidad de rotación. Por su parte, e l

radian es una magnitud geométrica, un cuerpo sin unidades, es el cociente entre do longitudes, el arco(S) y el radio.

VELOCIDAD ANGULAR. La velocidad angular se define como el desplazamiento angular descrito en la unidad de

tiempo. Es una magnitud vectorial con unidades de rad/s y dirección perpendicular al plano del círculo descrito, se denomina mediante la aplicación de la regla de la mano derecha: los dedos cerrados indican la rotación del cuerpo y el pulgar en posición extendida el sentido de ella. Una de sus características es que cualquier punto independientemente de la distancia en la que se encuentre del eje de giro, tendrá la misma velocidad angular tal como sucede en los caballitos de cualquier hilera en el carrusel de la feria.

ω = θ/t Cuando el ángulo de giro es igual a 2π, el tiempo empleado es un período,

entonces: ω = 2π/T y ω = 2πf VELOCIDAD TANGENCIA.

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La velocidad tangencial o lineal es la misma es la misma que se trató en los movimientos rectilíneos uniforme y variado pero con la particularidad de que el movimiento circular se presenta en el extremo de la trayectoria que describe. Su característica es que es un vector siempre perpendicular al vector posición radio. El valor de la velocidad tangencial nos da una idea de la rapidez con la que gira un cuerpo y la velocidad que levaría si saliera disparado en línea recta. Esto se aprovecha cuando se utiliza una onda para lanzar un objeto.

V = 2πRf

ACELERACION CENTRIPETA. Independientemente de que el movimiento sea circular uniforme o circular variado,

siempre está presente la aceleración centrípeta o radial que es la causa de que la velocidad tangencial, localizada en la periferia de la circunferencia, cambio permanentemente de dirección y sentido, pero no influye en su valor. Esa aceleración siempre es perpendicular a la velocidad tangencial, por lo que tiende hacia el centro, de ahí el término de centrípeta.

ac = ω2.R FUERZA CENTRIPETA. Para modificar la velocidad de un cuerpo se refiere a la acción de una fuerza si solo se

desea modificar la magnitud de la velocidad sin alterar su dirección, la fuerza debe actuar hacia la misma dirección que la velocidad. Si se desea modificar también la dirección para infundir un movimiento circular se debe aplicar una fuerza con dirección perpendicular llamada fuerza centrípeta.

FUERZA CENTRIFUGA. La fuerza centrífuga es una fuerza aparente que se presenta cuando un cuerpo gira. Su

sentido es hacia afuera. Es lo que mantiene la tensión del cable que permite hacer girar un cuerpo. PRE-LABORATORIO Responde las siguientes cuestiones:

1.- La distancia media de la Tierra al Sol es 1,5 x 1011 m. Si se considera que la trayectoria que describe la Tierra alrededor del Sol es circular. Determina:

a.- La velocidad angular de la Tierra alrededor del Sol. b.- La rapidez de la Tierra alrededor del Sol. 2.- El segundero de un reloj mide 1 cm. Para el movimiento del extremo y del punto

medio del segundero determina:

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a.- Velocidad angular. b.- Velocidad lineal. MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis Empleando un experimento sencillo se puede identificar el movimiento circular uniforme

de un cuerpo. Variables Dependiente: Identificación del movimiento circular uniforme.. Independiente: Aplicación de un experimento sencillo. Materiales Balón, cinta métrica, cronómetro, tirro. ACTIVIDAD Nº 1: Identificación del movimiento circular uniforme de un cuerpo. 1.- Sobre el balón haz una marca con un tirro de manera que al girar el balón puedas

verla. 2.- Mide con la cinta métrica la longitud (s) de la circunferencia del balón y determina el

radio aplicando la fórmula s = 2π.r 3.- Pon a girar el balón con tus manos, y pide a un compañero que mida el tiempo con un

cronómetro que tarda el balón en dar 2 vueltas. 4.- Repite los pasos anteriores para 5, 8, 10 y 20 vueltas (cada vez deben ser estudiantes

diferentes). 5.- Registra tus resultados en la siguiente tabla, calcula la velocidad angular. :

Nº de vueltas Tiempo (s) Velocidad angular

2

5

8

10

20

6.- Determina el período y la frecuencia del movimiento del balón.

ANÁLISIS DE RESULTADOS Responde las siguientes cuestiones: 1.- Si no ejerces la misma fuerza en todos los movimientos, ¿los datos obtenidos permitirán un análisis adecuado del fenómeno? Explica. 2.- Explica los posibles errores experimentales que se cometieron en el proceso y sugiere solución a los mismos.

CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 6 LEYES DE NEWTON

PROBLEMA DE ESTUDIO

¿Utilizando experimentos sencillos se podrán comprobar las leyes de Newton en el laboratorio?

Tema Referencial: Interacciones que explican el movimiento de traslación de cuerpos físicos modelados como partículas.

Referente Teórico Práctico: .Aplicaciones de las leyes del movimiento de Newton en situaciones de traslación rectilínea de cuerpos y sistemas de cuerpos (planos inclinados, poleas y sistemas de poleas).

MARCO TEÓRICO Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton,1 son

tres principios a partir de los cuales se explican una gran parte de los problemas planteados en mecánica clásica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. La dinámica de Newton, también llamada dinámica clásica, solo se cumple en los sistemas de referencia inerciales (que se mueven a velocidad constante.

Primera Ley de Newton: Si la suma vectorial de las fuerzas, es decir, la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es igual a cero, entonces no existe algún agente externo que altere el movimiento de dicho cuerpo. Ésta es la idea principal que se plantea en el enunciado de ésta ley: Un cuerpo sobre el que no actúa una fuerza neta se mueve con velocidad constante (que puede ser cero) y cero aceleración **. La tendencia de un cuerpo a seguir moviéndose una vez puesto en movimiento resulta de una propiedad llamada inercia *. Esta ley es conocida como la ley de la inercia, y también explica el estado de equilibrio de un cuerpo: si sobre un cuerpo no actúan fuerzas, o actúan varias fuerzas cuya suma vectorial es cero, entonces el cuerpo está en equilibrio *. Se debe cumplir que: ΣF = 0.

Para analizar un cuerpo en su estado de equilibrio, se debe hacer a partir de un marco de referencia inercial, definidos así los que están en un punto en equilibrio con respecto al cuerpo en análisis. La tierra es aproximadamente un marco de referencia inercial (despreciando los movimientos mínimos que tiene con relación a su eje), pero un vehículo acelerando constantemente no lo es, debido a que su velocidad cambia.

Segunda Ley de Newton: En la primera ley se describe el estado en el que un cuerpo no siente alguna fuerza externa. Pero, cuando existe una fuerza externa actuando o varias fuerzas cuya resultante es distinta de cero, el movimiento del cuerpo tiende a cambiar su movimiento. En la segunda ley del movimiento se describe que la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración del cuerpo: ΣF α a.

La constante de proporcionalidad para ésta relación es la masa, debido a que la masa es inversamente proporcional a la aceleración del cuerpo de masa m: m α 1/a.

Dadas estas relaciones, se plantea la siguiente ley: Si una fuerza externa neta actúa sobre un cuerpo, éste se acelera. La dirección y el sentido de la aceleración es la misma que la de la fuerza neta. El vector fuerza neta es igual a la masa del cuerpo multiplicada por su aceleración **. Note que también se plantea la dirección y el sentido de la fuerza neta.

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Como la masa es una cantidad escalar y siempre es positiva, la aceleración tiene el mismo signo que el de la fuerza neta.

El peso es la fuerza ejercida por el campo gravitacional, que provoca que un cuerpo de masa m tenga una aceleración igual al valor de la gravedad. Entonces, se define el peso w de un cuerpo como:

w = m.g (una fuerza dirigida siempre hacia abajo) Tercera Ley de Newton: Una fuerza de contacto es una interacción entre dos cuerpos.

Entonces, los dos cuerpos sufren la misma fuerza entre sí, pero en diferente sentido desde un mismo marco de referencia. Por ejemplo, si una persona patea un balón de fútbol con una fuerza F, el balón ejerce una fuerza de igual magnitud, pero en dirección a la persona: -F, sobre el pié de la persona. Estas dos fuerzas son conocidas como el par de fuerzas acción - reacción, y forman el enunciado de la tercera ley de movimiento: Si el cuerpo A ejerce una fuerza sobre el cuerpo B (una "acción"), entonces B ejerce una fuerza sobre A (una "reacción). Estas fuerzas tienen la misma magnitud pero dirección opuesta, y actúan sobre diferentes cuerpos

MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis Realizando experimentos sencillos en el laboratorio de pueden comprobar las leyes de Newton. Variables Dependiente: Comprobación de las leyes de Newton. Independiente: Realización de experimentos sencillos en el laboratorio. Materiales

Carritos dinámicos, pesas, cronómetro, dinamómetros, poleas, soportes metálicos, papel milimetrado, regla graduada.

ACTIVIDAD Nº 1: Comprobación experimental de los efectos de la fuerza, manteniendo

constante la masa, sobre la aceleración de los cuerpos. 1.- Realiza el montaje del carrito con las pesas. El plano donde se desplaza el debe tener

la misma inclinación.

2.- Determina la masa del carrito en g utilizando una balanza. Anota su valor. 3.- Procede a colocar pesas en el extremo del hilo, primero 100 pondios, luego 200

pondios y finalmente 300 pondios. 4.- Un estudiante detendrá con la mano el carrito y otro coloca en el platillo las pesas. 5.- Mide la longitud “x” recorrida por el carrito sobre la mesa en cada caso y toma el

tiempo transcurrido con el cronómetro. Calcula la aceleración en cada caso con la ecuación: a = 2x/t2

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6.- Copia en tu cuaderno y completa la siguiente tabla:

Fuerza (pondios) Distancia (cm) Tiempo (s) a (cm/s2)

7.- Con los valores de la tabla, haz una gráfica de la fuerza en función de la aceleración. ACTIVIDAD Nº 2: Efectos de la masa sobre la aceleración, manteniendo constante la

fuerza. 1.- Haz un montaje similar al de la actividad Nº 1. 2.- Coloca una pesa de 300 pondios. 3.- Sobre el carrito coloca una pesa de 100 pondios y mide el espacio recorrido y con el

cronómetro toma el tiempo transcurrido. Calcula la aceleración con la misma fórmula de la actividad Nº 1.

4.- Repite la experiencia empleando 200 y 300 pondios. 5.- En tu cuaderno copia y completa la siguiente tabla.

Masa (g) Distancia (cm) Tiempo (s) a (cm/s2)

6.- Compara los valores de la masa con los de la aceleración. ¿Qué concluyes? 7.- Multiplica la masa por la aceleración, determina el valor en pondios ¿qué concluyes? ACTIVIDAD Nº 3: Comprobación de la 3ra Ley de Newton 1.- Haz uso de dos dinamómetros que poseen la misma escala. 2.- Coloca uno de los dos dinamómetros en su soporte fijo. 3.- Por el extremo libre del dinamómetro engancha otro dinamómetro hálalo. ¿Qué valor

marca cada uno? 4.- Hálalo ahora con un poquito de más fuerza. ¿Qué observas? 5.- ¿Cuántas fuerzas actúan? 6.- ¿Qué concluyes? 7.- Compara tu conclusión con el enunciado de la 3ra ley de Newton. ¿Hay alguna

similitud?

ANÁLISIS DE RESULTADOS Responde las siguientes cuestiones: 1.- ¿Qué conclusión sacas de la comparación de la aceleración y la fuerza aplicada en la

actividad Nº 1? 2.- ¿Cómo es la gráfica de la actividad Nº 1? ¿Cuál es el valor de la pendiente y qué

significa? 3.- ¿Qué conclusión obtienes de la actividad Nº 1? 4.- ¿Cuáles fueron tus observaciones y conclusión de la actividad Nº 2? 5.- ¿Cuál es tu conclusión en base a los resultados de la actividades 1 y 2? 6.- Explica tres ejemplos donde se ponga de manifiesto la tercera ley de Newton. CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 7 MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES

PROBLEMA DE ESTUDIO

¿Se podrá en el laboratorio determinar las características del movimiento en dos dimensiones?

Tema Referencial: Sistemas de partículas y sólidos rígidos Referente Teórico Práctico: Aplicaciones del principio de conservación de la cantidad de

movimiento en una y dos dimensiones. MARCO TEÓRICO Se le llama en dos dimensiones, porque la posición de la partícula en cada instante, se

puede representar por dos coordenadas, respecto a unos ejes de referencia. El movimiento en 2 dimensiones es cuando la partícula se mueve tanto horizontal como verticalmente.

El movimiento de una partícula en dos dimensiones es la trayectoria de la partícula en un plano (vertical, horizontal, o en cualquier otra dirección del plano).Las variables a las que está sometida la partícula son dos y por eso se le denomina movimiento en dos dimensiones.

CARACTERÍSTICAS

El movimiento en dos dimensiones se caracteriza por dos movimientos uno ascendente, y otro descendente, como caso particular, un objeto o móvil. Esto puede desarrollar dentro de un espacio el movimiento descendente desde un punto alto, esto se llama, movimiento semi-parabólico.

Este movimiento se forma cuando un objeto se mueve en una trayectoria definida por una parábola.

COMPONENTES Velocidad Desplazamiento La altura máxima que alcanza un cuerpo que se mueve según movimiento parabólico El tiempo que está en el aire El alcance El ángulo de la trayectoria

Ecuaciones

Las ecuaciones del movimiento, resultado de la composición de un movimiento uniforme a lo largo del eje X, y de un movimiento uniformemente acelerado a lo largo del eje Y, son las siguientes:

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El alcance horizontal de cada uno de los proyectiles se obtiene para y = 0. Su valor máximo se obtiene para un ángulo θ =45º, teniendo el mismo valor para θ = 45 + a , que para θ = 45 - a. Por ejemplo, tienen el mismo alcance los proyectiles disparados con ángulos de tiro de 30º y 60º, ya que sen(2·30) = sen(2·60).

La altura máxima que alcanza un proyectil se obtiene con vy=0. Su valor máximo se obtiene para el ángulo de disparo θ =90º.

MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis Realizando experimentos en el laboratorio se pueden determinar las características del movimiento en dos dimensiones. Variables Dependiente: Determinación de las características del movimiento en dos dimensiones. Independiente: Realización de experimento en el laboratorio. Materiales Rampa acanalada o guía metálica, esferitas de acero, papel blanco, papel carbón, papel milimetrado, tabla, una prensa de sujeción y cinta métrica. ACTIVIDAD: Relación entre la altura desde la cual se lanza horizontalmente un móvil y su alcance Dispongamos de una canal (rampa acanalada) cuyo último tramo sea horizontal y una esferita de acero, la cual rodará a través de la rampa. Al llegar al borde de la mesa estará dotada de cierta velocidad inicial V0, la cual será la misma si dejamos rodar la esferita desee un mismo punto de la rampa. Coloquemos la rampa acanalada de tal manera que su borde coincida con el borde de la mesa, tal como se muestra en la figura.

¿Cae la esferita en dirección vertical? ¿Continúa la esfera en línea recta? Nuestro propósito consiste en medir posiciones horizontales y verticales de la esferita en su caída, el cual lograremos con el montaje que muestra la figura. a) Utilizando una plomada, marcar un punto situado verticalmente debajo del borde de la mesa.

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b) Toma una tabla de aproximadamente unos 15 cm de ancho. Su altura debe ser igual o mayor que la altura de la mesa del laboratorio. Fórrala primero con el papel blanco y luego con papel carbón. Esto se hace con la finalidad de marcar, sobre el papel, los puntos donde la esferita choque. c) Coloca la tabla de tal forma que coincida con el borde de la rampa acanalada y marca en ese punto, sobre ella, una raya horizontal. Punto de referencia para las medidas verticales. d) Retira la tabla 10 cm (primer desplazamiento horizontal) medida a partir del punto que marcaste con la plomada. Deja rodar la esferita, siempre desde la misma altura, la cual marcará un punto sobre el tablero, que medido desde la raya horizontal te dará el primer desplazamiento vertical. e) Si repites el proceso, alejando la tabla de 10 cm en 10 cm, hasta llegar al punto en que la esfera toca el suelo, obtenemos el resto de los desplazamientos verticales. Cada uno de estos desplazamientos serán siempre medidos desde la raya horizontal que marcaste en la tabla hasta el punto donde la esfera toque. f) Con los valores obtenidos, llena la siguiente tabla de datos:

X (cm) 0 10 20 30 40 50 60 70

Y (cm)

g) Construye, en una hoja de papel milimetrado, una gráfica de “y” en función de “x”, con la correspondiente observación de que los valores sobre el eje “y” son negativos. Debe tenerse presente que la escala para “x” debe ser igual a la escala para “y” ANÁLISIS DE RESULTADOS Responde las siguientes cuestiones:

1.- ¿Cómo es la gráfica obtenida? 2.- ¿Coincide la gráfica con la trayectoria que observaste al caer la esferita? 3.- ¿Cuál crees que es la relación entre “y” y “x”? 4.- Construye la gráfica de “y” en función de “x2”. ¿Cómo es la gráfica obtenida? 5.- Calcula la pendiente 6.- Escribe la ecuación que liga ambas variables.

CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 8 TRABAJO Y CONSERVACIÓN DE ENERGÍA

PROBLEMA DE ESTUDIO

¿Se podrá en el laboratorio determinar el trabajo realizado por un cuerpo y cómo se conserva la energía?

Tema Referencial: El motor de las sociedades: trabajo, energía y calor Referente Teórico Práctico: Trabajo, potencia, energía y calor. Tipos de energía

mecánica: cinética, potencial, gravitatoria, potencial. MARCO TEÓRICO TRABAJO Se denomina trabajo de una fuerza (W) a la magnitud que mide la energía transferida. Su

valor se obtiene del producto entre la intensidad de la fuerza que se mueve y el espacio que recorre a lo largo de su recta de acción.

F . d . cos α = W Unidades de trabajo: Partiendo de la fórmula anterior llegamos a:

[W] = [F] . [d] = Newton . m = Joule Esta unidad pertenece al sistema MKS, mientras que en el sistema CGS el Er (ERGIO). POTENCIA: James Watt (1736-1819) se hizo famoso al perfeccionar la máquina de vapor. Mediante

ingeniosos dispositivos logró que su máquina efectuara el mismo trabajo que otras pero: en menos tiempo….

La primera mejora nos lleva al concepto de rendimiento. La segunda introduce el concepto de POTENCIA, relacionando el trabajo realizado con el tiempo empleado para realizar ese trabajo.

Si tenemos que elevar a 8 m de altura una caja de 100 kgf de peso, tendremos que efectuar un trabajo mecánico. Si una grúa lo hace en 10 segundos y otra en 30 segundos decimos que la primera tiene más potencia que la segunda.

O que la primera grúa es tres veces más potente que la otra. De este modo decimos que POTENCIA es la relación entre el trabajo mecánico (W)

realizado por un sistema y el intervalo de tiempo (Δt) empleado en realizarlo: P = W/Δt

UNIDADES DE POTENCIA: Partiendo de la fórmula anterior llegamos a: P = W/Δt = joule/s = watt (sistema M.K.S)

Son muy usados los múltiplos y submúltiplos del watt: el kilowatt (1.000 w) y el megawatt (1.000.000 w). En el sistema técnico se utiliza el kgm/seg, y surge la definición de caballo vapor (cv): 1 cv = 75 kgm/seg

Que NO es igual al HP ("horse power"), ya que: 1 HP = 76 kgm/seg OTRA FORMA DE HALLAR LA POTENCIA Podemos decir que:

P = W/Δt = F.d/ Δt como v = d/ Δt entonces P = F.v

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ENERGIA POTENCIAL Si levantamos un cuerpo hasta cierta altura (h) respecto de la superficie terrestre y luego

lo soltamos, se desplazará cayendo hacia ella. Y la fuerza PESO realizará trabajo durante la caída:

W = P . h Para efectuar este trabajo el cuerpo alcanzó una cantidad de energía mientras fue

levantado, que luego devolvió en trabajo realizado durante la caída. La energía almacenada al cambiar la posición del cuerpo se llama ENERGIA POTENCIAL (Ep) y es equivalente al trabajo que puede efectuar el peso del cuerpo al caer. Por lo tanto:

Ep = P . h = m . g . h . Las unidades de Energía son las mismas que las obtenidas para el trabajo de una fuerza. * Si comprimimos un resorte, la fuerza elástica que se manifiesta es capaz de efectuar un

trabajo mecánico al dejarlo en libertad. Se dice entonces que el resorte almacenó una cantidad de ENERGIA POTENCIAL que le permite realizar luego un determinado trabajo.

En general: Un sistema almacena energía potencial cuando cambian las posiciones de sus partes y adquiere capacidad de realizar trabajo mecánico.

ENERGIA CINETICA Al chocar una bala contra una gruesa madera llega animada de cierta velocidad. A

medida que penetran en el blanco su velocidad disminuye: la energía de movimiento que poseía la bala va disminuyendo mientras la bala hace trabajo y:

- cuanto mayor es su velocidad mayor será el trabajo que pueda realizar. - y cuanto más masa posea la bala tanto mayor será el trabajo que puede efectuar sobre

el blanco. Llegamos a la conclusión de que la energía de un cuerpo en movimiento depende de

estos dos factores. La fuerza a lo largo de un camino recorrido por un móvil realiza un trabajo:

W = F . d Este cuerpo adquiere velocidad, entonces posee energía cinética. Y la energía cinética

que un cuerpo posee será igual al trabajo que se realizó sobre él y que le hizo alcanzar la velocidad v y recorrer el trayecto d: Ec = W = F . d

Como: F = m . a y el espacio recorrido es d = ½ a t2 Si reemplazamos en la ecuación anterior llegamos a:

Ec = F . d = (m . a) . ( 1/2 . a . t2 )

Ec = 1/2 . m . a2 . t2 = 1/2 . m . v2/t2 . t2 = ½.m. v2 Ec = ½.m.v2

MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis Empleando experimentos de laboratorio se podrá determinar el trabajo realizado por un cuerpo y como se conserva la energía. Variables Dependiente: Determinación del trabajo realizado por un cuerpo y como se conserva la energía. Independiente: Realización de experimentos en el laboratorio.

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Materiales Carro dinámico, pesas, cuerda, cinta métrica, dinamómetro, hilo de coser, bisturí, metra.

Soporte universal. ACTIVIDAD Nº 1: Trabajo realizado por una fuerza 1.- Átale el hilo al carro y luego engánchalo a un dinamómetro. 2.- Coloca el carro y el dinamómetro en el piso. Levanta con cuidado el dinamómetro hasta que el carro suba a una altura de 1,5 m. Verifica el valor señalado en el dinamómetro y toma nota. 3.- Ubica el dinamómetro y el carro sobre el mesón y hala el dinamómetro hasta que el carro recorra una distancia de 1,5 m. Observa y anota el valor indicado en el dinamómetro. 4.- Coloca una masa de 100 g (pesa) sobre el carro y repite el paso Nº 3. 5.- Repite el paso Nº 4, pero utilizando una masa de 300 g. 6.- Copia en tu cuaderno y completa la siguiente tabla.

Movimiento Distancia Fuerza aplicada Trabajo realizado

Vertical hacia arriba

Horizontal

Horizontal con 100 g

Horizontal con 300 g

7.- Grafica fuerza vs trabajo. ACTIVIDAD Nº 2: Conservación de la energía 1.- Ata la metra con el hilo y luego cuélgala al soporte universal (Como un péndulo) y colócalo en el borde del mesón. 2.- Ubica el bisturí en el extremo inferior del soporte (punto A), de tal manera que corte el hilo cuando la metra pase por ese punto. Bisturí

3.- Suelta la metra desde una altura h y determina el valor de la distancia en la que cae

en el piso (x). 4.- Repite el procedimiento tres veces el paso Nº 3 y promedia los resultados. 5.- Repite los pasos 1 a 4 para 5 valores más distintos de h. 6.- Copia en tu cuaderno y completa la siguiente tabla.

h

x

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h (m) x (m)

7.- Calcula la energía cinética y potencial de la metra en h.

8.- Calcula la energía cinética de la metra en el punto x donde cae. 9.- Grafica h vs x, y h vs x2. ANÁLISIS DE RESULTADOS Responde las siguientes cuestiones: 1.- ¡Cómo es la gráfica de la actividad Nº 1? 2.- Si el carro realizara el movimiento en un plano inclinado 45 º ¿qué valores tendría el trabajo realizado? 3.- Si el carro realiza un movimiento circular uniforme, ¿cuál sería el valor del trabajo realizado por la fuerza centrípeta? 4.- ¿Qué tipo de trayectoria describe la metra al caer? 5.- ¿Cómo son las gráficas realizadas? Explica. 6.- En base a las gráficas responde: 6.a) ¿Qué se puede concluir respecto a la conservación de la energía mecánica en este sistema? 6.b) ¿Se conserva el momento lineal en este sistema? ¿Por qué? CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 9 DILATACIÓN DE LÍQUIDOS Y GASES

PROBLEMA DE ESTUDIO

¿Se podrá en el laboratorio observar los efectos de la dilatación de los cuerpos y la expansión y contracción de los gases?

Tema Referencial: El motor de las sociedades: trabajo, energía y calor

Referente Teórico Práctico: Dilatación lineal, superficial y volumétrica de los materiales debido a

cambios de temperatura.

MARCO TEÓRICO La Dilatación

Cuando se aumenta la temperatura de una sustancia, sea sólida, líquida o gas, aumenta también el movimiento de sus moléculas, lo que genera una cierta separación entre ellas. Esto provoca que la sustancia presente un incremento en relación a su tamaño, es decir que se dilate. En el caso que se disminuya la temperatura, las moléculas se juntan y se reduce el tamaño de la sustancia, lo que se denomina contracción. MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis Con la realización de experimentos sencillos se puede comprobar en el laboratorio la dilatación de líquidos y gases. Variables Dependiente: Comprobación de la dilatación de líquidos y gases. Independiente: Realización de experimentos sencillos en el laboratorio. Materiales 2 botellas plásticas de 600 mL con tapa, dos pitillos, clavo, silicona, colorante, globo, frasco pequeño, mechero, trípode, rejilla con centro de asbesto, vaso de precipitado de 250 mL. ACTIVIDAD Nº 1: Dilatación de líquido 1.- Abre un orificio a la tapa de la botella e introduce un pitillo sellándolo herméticamente a la tapa. De tal manera que llegue al fondo. 2.- Una de las botellas llénala con agua coloreada hasta el borde y enrosca fuertemente la tapa, para que no se presente fuga del líquido. 3.- A la segunda botella ponle un poco de agua coloreada y enrosca fuertemente la tapa. 4.- Sumerge ambas botellas hasta el cuello en agua caliente y observa. 5.- Toma nota de tus observaciones. ACTIVIDAD Nº 2: Dilatación de gases 1.- Coloca el globo en la boca del frasco. 2.- En un vaso de precipitado de 250 mL vierte agua hasta la mitad y coloca el frasco dentro de él. 3.- Prepara el aparato para calentar empleando el trípode, rejilla y mechero. 4.- Coloca el vaso de precipitado en el aparato para calentar y enciende el mechero. Observa.

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5.- Toma nota de tus observaciones. 6.- Retira el frasco del agua caliente y observa que ocurre. 7.- Toma nota de tus observaciones. ANÁLISIS DE RESULTADOS Da respuesta a las siguientes cuestiones: 1.- ¿En la actividad Nº 1 qué propiedad del cuerpo a variado por efecto de la temperatura? 2.- ¿Si se coloca la misma cantidad de agua en ambas botellas de la actividad Nº 1 serán diferente los resultados? Explica. 3.- Explica con tus propias palabras lo ocurrido en la actividad Nº 1. 4.- ¿Cuáles errores experimentales podrían haber ocurrido en la actividad Nº 1? 5.- Explica la razón de las observaciones obtenidas en la actividad Nº 2. 6.- Da ejemplo de casos donde ocurra dilatación de los gases. 7.- ¿Por qué los gases ocupan un espacio aunque no se ven? CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 10 CONSTANTE DE UN RESORTE Y ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD

PROBLEMA DE ESTUDIO

¿Realizando experimentos de laboratorio se podrá determinar la constante de un resorte?¿En el laboratorio se podrá comprobar la aceleración de la gravedad?

Tema Referencial: Las ondas en el mundo cotidiano.

Referente Teórico Práctico: Propiedades de las ondas. Análisis dimensional de la

frecuencia y periodo de una onda y su orden de magnitud comparado con otros fenómenos.

MARCO TEÓRICO Un movimiento armónico simple es el que describe una partícula sometida a una fuerza restauradora proporcional a su desplazamiento. Se genera entonces un movimiento periódico, es decir que se repite cada cierto intervalo de tiempo. No todos los movimientos periódicos son armónicos. Para que lo sean, la fuerza restauradora debe ser proporcional al desplazamiento.

A continuación se explica el movimiento que describe la masa bajo la acción de la fuerza recuperadora del resorte.

La masa sujeta al resorte describe un movimiento oscilatorio. Para calcular su aceleración

utilizamos la Segunda Ley de Newton:

F = -k . x y F = m . a Entonces: -k . x = m . a a = -k . x m

Energía Si no existe rozamiento entre el suelo y la masa, la energía mecánica de esta última se conserva. Ya se vio en el apartado de trabajo que la fuerza recuperadora del muelle es una fuerza conservativa y se calculó su energía potencial asociada, que es una parábola:

Siendo x la longitud de la deformación. La energía cinética está dada por la expresión:

A

- A

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Ec = 1/2 . m . v2

Como la energía mecánica se conserva, la energía de la partícula es:

Em = Ep + Ec

En los puntos x = A o x = - A la velocidad es cero, por lo tanto la energía cinética en ellos será

cero, entonces:

Em = 1/2 . k . x2

En el punto de equilibrio, x = 0, la fuerza de restitución ejercida por el resorte, y por

consiguiente la energía potencial elástica es igual a cero. Entonces:

Em = ½ . m . v2max

MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis 1.- La constante de un resorte se puede determinar en el laboratorio mediante un experimento sencillo. 2.- Realizando un experimento en el laboratorio se puede comprobar la aceleración de la gravedad. Variables Dependiente: 1.- Determinación de la constante del resorte. 2.- Comprobación de la aceleración de la gravedad. Independiente: Experimentos de laboratorio. Materiales Soporte universal, pinzas, nuez, pesas, cronómetro, regla, hilo, esfera. Actividad Nº 1: Constante de un resorte. 1.- Coloca el resorte verticalmente en el soporte universal, como lo indica la figura.

1.- 3.-

2.- En el extremo libre del resorte coloca una pesa de 20 g y deja el sistema en equilibrio. 3.- Estira el resorte 3 cm respecto a su posición de equilibrio y luego suéltalo.

4.- Utiliza el cronómetro para medir el tiempo empleado por el sistema en realizar 10 oscilaciones .

5.- Repite los pasos 1 al 4, utilizando pesas de 40 g, 60 g, 80 g y 100 g.

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6.- Copia y completa en tu cuaderno la siguiente tabla.

m (g) t (s) T (s) T2 (s2)

20

40

60

80 100

7.- Calcula el período de oscilación para cada caso y regístralo en la tabla. 8.- Gráfica T vs m. 9.- Eleva al cuadrado el valor del período y regístralo en la tabla. 10.- Gráfica T2 vs m y calcula su pendiente (p) 11.- Calcula la constante del resorte aplicando la fórmula siguiente:

K = 4π2/p ACTIVIDAD Nº 2: Determinación de la aceleración de la gravedad Aquí se usará un péndulo de 1 m de longitud (L) 1.- Se separa la esferita de su posición de equilibrio para que oscile y, cuando las

oscilaciones se vayan haciendo más pequeñas, se mide con el cronómetro el tiempo en realizar 50 oscilaciones.

2.- Se divide el tiempo que marque el cronómetro entre el número de oscilaciones para obtener el período de oscilación.

3.- Se repite el procedimiento 4 veces. 4.- Copia en tu cuaderno la siguiente tabla y complétala con los

resultados obtenidos.

Experiencia t (s) T (s)

1 2

3

4

5.- Determina el período producto del promedio de los registrados en la tabla. 6.- Determina la gravedad aplicando la siguiente fórmula: g = 4π2L T ANÁLISIS DE RESULTADOS Responde las siguientes cuestiones: 1.- A partir de la gráfica T vs m , determina el comportamiento del período en relación

con la masa. 2.- ¿La amplitud afecta el período de oscilación del resorte? 3.- ¿Qué es la fuerza recuperadora? 4.- ¿Qué es un movimiento periódico? Escribe un ejemplo 5.- Define lo que es péndulo simple.

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6.- Si se tiene un reloj de péndulo, usado en la Tierra, ¿qué le sucederá al llevarlo a la Luna, se adelantará o se atrasará? Explica

g) ¿Cuál es la fuerza opuesta a la fuerza deformadora?

CONCLUSIÓN Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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PRÁCTICA Nº 11 PRINCIPIO DE PASCAL

PROBLEMA DE ESTUDIO

¿Realizando experimentos de laboratorio se podrá comprobar el principio de Pascal? Tema Referencial: La materia en movimiento continuo: fluidos.

Referente Teórico Práctico: Propiedades de fluidos en reposo: presión en fluidos. Principio de Pascal. Análisis dimensional de la densidad y la presión. Aplicaciones del principio de Pascal

MARCO TEÓRICO

Un líquido produce una presión hidrostática debido a su peso, pero si el líquido se encierra herméticamente de un recipiente puede aplicársele otra presión utilizando un embolo; dicha presión se transmitirá íntegramente a todos los puntos del líquido, esto se debe a que los líquidos son prácticamente incompresibles, a diferencia de los gases.

Principio de Pascal: Este principio nos dice que “Toda presión que

se ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente que lo contiene”. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión.

La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del Principio de Pascal. Consta esencialmente de dos cilindros de diferentes diámetros, cada uno con un respectivo émbolo, unido por medio de un cilindro de comunicación.

Fórmula

Dónde: F = Fuerza obtenida en el embolo mayor. A = Área en el embolo mayor. F = Fuerza obtenida en el embolo menor. a = Área en el embolo menor.

MARCO EXPERIMENTAL Hipótesis Se realizaran experimentos en el laboratorio para comprobar el Principio de Pascal. Variables Dependiente: Comprobación del Principio de Pascal.

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Independiente: Realización de experimentos en el laboratorio. MATERIAL 2 jeringas de 10 mL y otra de 3 mL, un alfiler, un globo, manquera plática, 2 soportes universales, pinzas.

ACTIVIDAD Nº 1: Principio de Pascal

1.- Hazle unos orificios al globo con ayuda del alfiler 2.- Llena una jeringa con agua y agrega unas gotas de colorante. 3.- A continuación conecta el globo a la jeringa y oprime el embolo. 4.- Anota tus observaciones.

ACTIVIDAD Nº 2 1.- Coloca las jeringas cada una en un soporte universal. 2.- Conecta las jeringas utilizando una manguera plástica.

3.- Quita los émbolos de ambas jeringas y con cuidado, agrégales el agua coloreada, nuevamente coloca los émbolos, ahora aplica una fuerza en el embolo de la jeringa chica y observa lo que sucede en la jeringa grande

4.- Toma nota de tus observaciones. ANÁLISIS DE RESULTADOS Responde las siguientes cuestiones:

1.- Explica cuál es la aplicación del principio de Pascal en la actividad Nº 1. 2.- La presión con la que sale el agua por los orificios será la misma, explica. 3.- Explica qué relación tiene la prensa hidrostática que construiste con la que invento

Blas Pascal. 2.- ¿Qué quiso demostrar Blas Pascal con la prensa hidrostática? 3.- ¿Qué es la hidráulica y qué relación tiene con la prensa hidrostática? CONCLUSIÓN

Plantea tus conclusiones basadas en el problema planteado y en las hipótesis.

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B I B L I O G R A F I A

Eli Brett C. William A. Suarez. TEORÍA Y PRÁCTICA FÍSICA 4º AÑO. Distribuidora Escolar,

S. A. Caracas, Venezuela. 2009

Santillana. FÍSICA 1. Caracas, Venezuela. 2008.

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