1 1 1

r

CIENCIAS BASICAS

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CIENCIAS BASICAS III

CONTEN 1 DO

UNIDAD No . 7 : MAQUINAS SIMPLES

UNIDAD No.8 : TRABAJO Y POTENCIA MECANICA

UNIDAD No.9 : PRESIOtl

UNIDAD No. 10: NOCIONES BASICAS DE ELECTRICIDAD

Página

1

25

35

53

Objetivo Ter1ninal

1

UNIDAD No.7

MAQUINAS SIMPLES

Al terminar esta unidad usted estará en capacidad de:

- Distinguir las palancas. las poleas

Calcular la ventaja mecánica de una máquina simple

3

CIENCIAS BASICAS · Estudio R.EF. : HEA .4.11. 1/2

[C~_g MAQUINAS Sir-f>lfS

Genera 1 i dad es

En todos los momentos de nuestra vida las máquinas están presentes para fa ­ci litar el trabajo . Algunas son muy complejas o complicada s , otras , son más elementales , pero de cualquier manera fueron siendo perfeccionadas du­rante siglos, comenzando por las máquinas más simpl es posibles .

Sin embargo , aún hoy se utilizan máquinas tan simpl es que mucha gente no las llama máquinas.

Por ejemplo, en la figura 1, l a tabla , ll amada en f~sica PLANO INCLINADO, se considera una máquina que permite a un sólo hombre ejecutar un trabajo de cuatro personas .

@

Fig. 1

Cuando la fuerza muscular de un hombre es insuficien t e para levantar una pie­za, se puede recurrir a la ~a la nca (fig. 2) .

' Fig. 2

Con esa herramienta la fuerza de un hombre puede ejecutar un traba jo que sin el la no lo conseguiría .

Esa herramienta , por el hecho de ejecutar un trabajo , es ~ . una maqu1na .

Los engranajes (fig . 3) trasmiten movimiento y fuerza; por eso son tambié~ máquinas. F i g. 3

4

CIENCIAS BASICAS -Estudio REP. : HEA 4 .11. 2/2

~9 ~

MAQUINAS SIMPLES

los tornillos (fig. 4) son planos inclinados que comunican movimiento a otra pieza; son tambi~n máquinas.

Fig . 4

Estudiaremos enseguida algunas máquinas simples (fig. 5) ,

PLAHO INCLINADO, CURA O TORNILLO

""' /

TORNO

MAQUI NAS SIMPLES

PALANCAS

/ _ _ POLEAS , ROLDAHAS,

ENGIWtAJES

Fig. 5

En realidad, las máquinas son combinaciones de diversas máquinas simples. Es el caso de los tornos , las fresas , máquinas de lavar, m~quinas de coser. en fin , todas la s máquinas.

CIENCIAS BAS ICAS ·Experimentación

@ PALANCAS REF.: HEx 4.11211/3

Una palanca es una máquina simple constituida básicamente de una barra r1gi­da apoyada sobre un punto de a poyo en torno del cua 1 puede girar ( fig. 6 ) •

FUERZA

PESO

BAA20 I ----'P-"0-'-T.ENC 1 A

P~TO DE BRAZO DE APOYO RESISTENCIA

Fig. 6

Los componentes de una palanca son:

P (Potencia) - Fuerza motora aplicada en uno de los extremos. R (Resistencia) - Cuerpo sobre el cual la palanca va a actuar. F (Punto de apoyo) - Punto de apoyo sobre el cual la palanca gira. Bp (Brazo de potencia) - Distancia del punto de aplicaci6n de la "potencia"

hasta el punto de apoyo. Br (Brazo de resistencia) - Distancia del punto de apl icaci6n de la "resis­

tencia" hasta el punto de apoyo.

El punto de apoyo de una palanca puede colocarse en tres lugares diferentes en relación con los demás canponentes.

Asf tenemos tres tipos de palancas: a) primer género, b) segundo género, e) tercer género ( fig. 7 ) •

BRAZO BRAZO RE S 1 STENTE POTENTE

o) o R p

BRAZO POTENTE

R p o b)

1 BRAZO RE S 1 STENTr L ~F

p R

BRAZO

e) RESI STENTE BRAZO POTENTE

Fig. 7

6 CIEM:IAS BASICAS -Experimentación R.EF. :HEx.4.11.2 2/3

CC~CJ PAlAACAS

El pr1nc1p1o de la palanca se aplica en la vida pr!ctica a diversos utensi­lios como se muestra en las figuras 8, 9 y 10.

1 2

1er. GENERO

R p

t;A---t F1g . 8

OBJETO !EL EXPERIMEN'l'O:

A p

2do. GENERO

p

Fig.9 F 1g. 10

Identificar la condici6n de equilibrio de una palanca de primer género.

MATERIAL NECESARIO:

Soporte con fijador Palanca universal

Juego de pesas Regla milimetrada

Haga el montaje confonne a la figura 11.

lí fC:>091 p

Fig. 11

Coloque en uno de los brazos una pesa (resi stencia ) de 200 gf a una distancia de 10 cm (brazo de resistencia) .

Equil i bre la balanza con una pesa de 100 gf y mida la distancia al punto de apoyo (brazo de potenc ia.

Coloque los valores en el cuadro calculando l os momentos de fuer­za de la resistencia y de la po tencia.

Repita el experimento usando los valores R • 400 gf con una dis­tancia de 5 on hasta el apoyo.

7

CJEM;IAS BASICAS -Exptrimentaci6n REP. : tEx. 4. 11.4 3/3

@ PALANCAS

Equilibre con una pesa de 100 gf.

Anote en el cuadro esos valores y los momentos de 1 as fuerzas.

Haga otro experimento con los valores que usted quiera y an6te1os en el cuadro, as~ como los momentos de fuerza obtenidos.

Observe el cuadro y verifique lo que se necesita para que una pa-lanca quede en equilibrio. Discuta con los canpafteros y llene los espacios en blanco:

a) Para que una palanca quede en equilibrio es necesario que el momento de la sea al momento de la •

b) Una palanca de ler. ,

genero tiene el punto de apoyo entre la y la •

c) Un alicate es una palanca de •

M()!ENTO DE LA RESISTENCIA r-l>MENTO CE LA POTENCIA

Fuerza R Brazo de resisten F r X d Fuerza P Brazo de Potencia Fp X d -Fr cia d F d p

en gf en en en gf en cm

200 10 2000 100

8

CIEM:IAS BASICAS -Experimentación

LCªtJ RllP.: HEx.4.lL: 1/4

PL~O INCLINADO

Otra m6quina simple es el PLANO INCLINADO. Consta esencialmente de un plano rfgido. cano por ejemplo una tabla que pennite levantar cuerpos pesados em­puj(ndolos o tfr(ndolos a lo largo del plano. Con esto los cuerpos suben mucho más lentamente que si fuesen empujados o tirados verticalmente para arriba. En compensaci6n, la fuerza necesaria es nucho menor. Vemslo experimentalmente.

OBJE'l'O !EL EXPERIMENTO A:

Conocer las ventajas del plano inclinado.

Mkl'ERIAL NECESARIO:

3 soportes universales 3 varillas auxiliares 3 fijadores Polea Cord6n

EXPBRDIENTO "A":

Monte una roldana fija .

Pesas Ganchos de alambre de acero Tabla de SO cm Chapa de protecci6n

Procure levantar la carga R (400 gf) a una altura de 30 cm por me­dio de la fuerza motriz F

1 (fig.12).

Anote en el cuadro con qué fuerza F1 lo consigui6:

Al tura

30cm

Sin Plano Inclinado

Carga R Fuerza motriz F1

400gf

1 s

r '

F ig . 12

9

CIEM:IAS BASICAS -Experimentación

~9 PLANO INCLINAOO

Anne un plano inclinado con una tabla bien r tqida {fig . 13).

Procure l evantar l a carga R {400 gf) a la misma altura del experimento anterior, pero usan ­do el plano inclinado.

Anote en el cuadro con qué fuerza F2 lo puede consegui r.

Con Plano Inclinado

Al tura Carga R Fuerza Motriz F2

30cm 400gf

JlEF. :HEx .4.ll. 2/ 4

F ig . 13

Discuta con sus compañeros, llame al profesor y canparando las fuerzas motrices F1 y F2 de l os cuadros , responda cano conclusión:

la ventaja de un plano inclinado, ~uando se quiere levantar una carga a cierta al tura , es que para ello se precisa emplear MAS

fuerza (Tache la palabra err6nea) . />ENOS

OBJETO OEL E}(PBRIMENTO "B " :

Anal izar las ventajas del plano inclinado.

NATERIAL NECESARIO:

2 soportes universales 2 varillas auxiliares

Chapa de protección 2 fiJadores Polea Cordón Pesas Gancho de alambre de acero Tabla de 50 cm. Tabla de 25 an

10

CIENCIAS BASICAS -Experimentación REP. :tl'.x.4. 11. 3/4

@ PLJIHO INCLINADO

EXPERIMENTO "B":

Anne el plano inclinado de 50 cm ( fig . 14}.

Con ayuda del plano inclinado,

"

eleve la carga R (400 gf) a la altura de 20 cm.

Fig. 14

~note en el cuadro la fuerza motriz F1 que se necesit6.

1 2

Longitud Al tura Carga R Fuerza-Motriz

50 cm 20 cm 400gf Fi =

25 cm 20 an 400gf F2 =

•

,,

Cambie ahora el plano inclinado por otro nés corto (25 cm) (fig . 15

Repita el experimento.

Anote en el cuadro de arriba el valor de F2.

Repita los dos experimentos anteriores , pero con planos inclinados de la misma longitud (50 an) .

Eleve la carga R (400gf) a 30 cm de altura y anote en el cuadro de abajo el valor de F3 (fuerza mo ­triz) (fig .16) .

Luego eleve la misma carga a 15 cm y anote el valor de F4 (fig.17).

Fig . 16

Fig. 17

Fi g. 15

Longitud Al tura Carga R Fuerza-Motriz

50 cm 30 an 400gf F3 D

50 cm 15 cm 400gf F 4 r:;

11

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación REP.:HEx .4 .11.: 4/4

@ PLANO INCLINADO

Discuta con el grupo de compañeros, luego de analizar bfen el re­sultado de los experimentos.

Ccrnpare con atenci6n las fuerzas motrices F¡ , Fz , FJ y F4.

Responda ~OIOO conclusión:

Para transportar una carga a cierta altura con un mfn1mo esfuerzo, un buen plano inclinado debe ser: {tache las palabras erradas).

1) BIEN COFUO - BIEN LARGO;

2) BASTAN!E RUGOSO - BASTANTE LISO,;

3) POCO RÍGIDO - KúY RÍGIDO,

12 CIEN'.:IAS BASICAS · Experimentación

® IU!P. :HEx.4 .11. 1/4 POLEAS

Las poleas o roldanas son miquinas simples destinadas a elevar cargas, trasmitir movimiento, ejecutar trabajos, como es la func16n de cual quier mi­qu1na simple ya estudiada.

Generalmente la fuente de fuerza y de movimiento en una m&quina es el motor. A partir de él, por medio de la polea motora, el movimiento y la fuerza son trasmitidas a los otros órganos por correas y poleas (fig.18).

MAQUI NA

Fig. 18

De ahí en adelante la transmisión se hace generalmente por engranajes, tor­n11 los s1nf1n, palancas, etcétera.

Estudiaremos dos tipos de poleas. Polea fija y polea m6vil. Confonne al nombre, la polea fija o simple está constituida solamente por una pieza fija sobre un eje en torno del cual puede girar ( fig. 13) . Las poleas m6viles son combinaciones de poleas fijas con otras poleas que se pueden subir o

ba j ar confonne a las necesidades (fig . 20).

l ..

POLEA f 1 JA"

Fig. 19

POLEA llOVI L

2

Fig . 20

Confonne vimos , las poleas o roldanas pueden ser del tipo simple o fijas , o una combinación de fija con móviles . En este último caso son llamadas por llll ­

chos autores "aparejos" ( fig. 2 ~. l#AAE.JO

Fig. 21

13

CIENCIAS BASICAS · Experimentacl6n POLEAS

RU. :HEx.4.11.4 2/4

(E~

08.JE'rO DBL ler. EXPERIIENTO:

Establecer la ventaja de una polea fija . (Detenninar la relación entre la potencia y la resistencia).

MATERIAL .NECESARIO:

Soporte universal Varilla auxiliar Fijador Polea

ler . EXPERI/.ENTO:

Cordón Pesas Chapa de protección

Efectúe el montaje de la figura 2~

Procure equilibrar la fuerza R colocando una pesa en el extremo li ­bre del cordón . Anote el valor de la fuerza P que equi l ibró l a fuerza R ( fig . 23) .

1 j p

--'~""""--- F i g • 2 2 R

_......_ __ Fig. 23

Cambie la fuerza R y restablezca el equilibrio con otra fuerza P. Observe los valores de R y de P y anote en el cuadro:

Para una polea fija

ler . experimento 2do. exper imento

Fuerza R Fuerza P

Discuta los resultados de los experimentos , y como conclusión responda tachan

do 'la r-espuesta e~nea:

a) Empleando una polea fija , la potencia (fuerza motora) es siempre igual/

diferente a la resistencia (fuerza resistente) .

b) Aunque no se economice fuerza en este caso, es mucho más cómodo/inc6modo elevar un cuerpo con una polea fija .

-

14

CIEM:IAS BASICAS ·Experimentación

@ POLEAS

OBJETO CEL 2do. EXPERIMEN'l'O: Oetenninar la ventaja de una polea m6vil . (Establecer las relaciones entre potencia y resistencia).

MATERIAL NECESARIO: Soporte universal Va rilla auxiliar Fijador 2 ¡;oleas

ad.o. EXPERIMENTO:

Ganchos para polea Soporte para pesas Cord6n Chapa de protecci6n

REP.: HEx.4.11.• 3/4

Efectúe el montaje de una polea m6vil conforme a la figura 24.

/ " - .

, '

s == ' ,J

1 '

Fig . 24

Procure equilibrar el sistema con el soporte (S) y pesas. (Mis o menos Sgf) .

Pregunte al profesor porqué se hizo ese equilibrio.

Coloque una pesa de 200 gf (resistencia) en el gancho de la polea m6vil (fig . 29.

/ " - .

,

s 1 ~

u o 200gf

Fig. 25

15

CIENCIAS BASICAS · Experimentación REF. :HEx.4.114 4/4

Le'~ POLEAS

Equilibre el sistema colocando el peso (potencia) necesario en el soporte (S):

Anote el valor de ese peso en el cuadro de abajo.

Haga otros experimentos cambiando primero las RESISTENCIAS y procu­rando equilibrar con las POTENCIAS.

Anote todo en el cuadro:

Resistencia Potencia

Exp. A

Exp. B

Exp. e

Discuta los experimentos hechos con poleas m6viles y procure establecer sus ventajas; anote:

Exp. A R =

p -

Exp. B R =

p = Exp. e R =

p "'

Ahora llene los espacios en blanco de las siguientes afinnaciones:

a) Es más ___ levantar un cuerpo por medio de una polea rróv il que con una fija.

b) Existe una buena economfa de cuando se levanta la RE-----SISTENCIA con una polea móvil.

c) Levantando un peso con una polea móvil, la potencia (fuerza mo-tora es la de la resistencia (fuerza resistente).

R p = --"- (complete la fónrula) •••

16

CIENCIAS BASICAS · Estudio REF . . HEA.4. 11. 1/ 4

® t'.AQUINAS SI!f>LES

Cualquier máquina , por más compleja que sea , es el resultado oe combinacio­nes de varios tipos de máquinas simples (figs. 26, 27. 28 , 29 y 30).

GY RUEOA Y EJE

Fi g. 2b

p

ROLDANAS O POLEAS

Fig. 2&

PALANCAS:

-----

R

PALAHCA

Fig.29

w CUAA

~COMICO

TORNILLO

Fig 27

p

PLNIO 1NCL1 NADO

Fig. 3C

Tienen 1nnllllerables aplicaciones. zas para depilación, hasta las que gas empleando pequer.as fuerzas.

Desde las paletas de revolver dulce y piQ equilibran o dan movimiento a grandes car

Las tijeras , guillotinas. cuchillas . tenazas. son ejemplos de palancas usa­das en el taller .

-

La venta ja mecánica (Vm) de una palanca dP.pende del largo de sus brazos (Br) y (Bp) . (fig .31) y puede ser calculada dividiéndose Bp por Br.

Asf: R

R p Fig. 31 APOYO

PLANO INCLINAOO:

Usted sabe que es mucho más fácil elevar una carga por medio de un plano in ­clinado que verticalmente (fi~.32).

Por el experimento hecho en clase Ud . verificó que la (Vm) de un pla­no inc linado depende de la altura yde la longitud del plano (fig.33) .

T -,

1 -,

r -,

1

' r

' E T N

'

Fig . 32

12"' -I ' -. .

j • .: . . F 1 g . 33

17

CIENCIAS BASICAS · Estudio

•

LC"$"9 MAQUINAS SI f1> LES

La ventaja mecinica en ese caso serfa: V ., m

121n 2m

• 6

Quiere decir que es preciso una fuerza 6 veces menor para el evar la carga de 80 Kg. o sea = 13,3 kg .

= longitud del plano vm altura del plano

Muchas otras piezas de máquinas son aplicaciones prácticas del do. La cu~a (fig . 34) . en realidad , funciona como si estuviera por dos planos inclinados al mismo tiempo.

plano inclina -constituida

~ Fig.;34

El cono tiene también las mismas propiedades de dos planos inclinados. (fig.3

º----__.:(,_...) Fi g. 35

En las grandes grúas se utiliza mucho el sis tema de poleas y cables de acero para levantar grandes cargas (fig. 36).

Para que la reducci6n de la fuerza P sea bastante considerable con relación a la carga R. se usan aparejos o polipastos ( fig. 37 y 38 ) que en realidad es

una combinaci6n de varias poleas fijas con tantas otras poleas m6viles .

Fig. 36 Ftg.38

Fig .37

La relación matemática entre P y R es:

p = R

2m m es el número de poleas móviles.

18

CIENCIAS BASICAS · útudio - R.EP. :HEA.4.11. 3/4

@ MPQUINAS SIM>LES

APAREJO DIFERENCIAL:

El aparejo diferencial (fig . 39) está constituido por dos poleas fijas soli -darias al mismo eje, pero de diámetros diferentes.

Fig. 39

Otra polea m6vil es la que eleva la carga y est~ l igada a las otras por el cabo que no tiene extremidad libre.

p •

'l'ORNI LLO:

R ( a-b) 2a

Los tornillos son usados en casi todos los equipos, desde los más simples hasta los más canplejos . Examine el diseño de un tornillo (fig . 40).

Fig. 40

Observe que el tomillo no es más que un plano inclinado arrollado en un cilindro.

En este caso la altura del plano in -clinado es el paso del tomillo (fig. 41).

C---.....!L:.!!t\tf~c 1 TtJo

1 PASO T-r-11 ~ 1 DIAllETRO ll • .¡

1A11Eno Fig. 41

19 CIENCIAS BASICAS · Es1udio ll.Ef. :HEA.4.ll5 4/4

lt]og MAQUINAS Sllf'LES

Podemos calcular la ventaja mecánica del tornillo en la misma fonna que en el plano inctinado.

RUEDA 11 EJE:

V = m

longitud del plano altura de1 plano

Las primeras aplicaciones de la rueda y eje fueron: el mol inete . el torno y

la rueda oe agua ( fi gs. 42 , 43 y 44).

Fig . 42 Fig. 43 Fig. 44

21

PRUEBA No.1

l. Clasifique las palancas siguientes usando la numeraci6n: (I) las del primer género . (II) las del segundo género y (III) las del te rcer género:

( ) Alicates

( ) Carretilla

( ) Columpio

(

I \

(

(

(

(

) Pie

) Guillotina

) Cosedora

) Perforadora (de papel)

) Pedal de amolador de piezas

) Oestapador

2. Cuál de los esquemas representa una palanca de tercer género?

( ) ' '

( ) • .. .. ' ,

( ) ( ) 2i

( )

22

• PRUEBA No.l

Continuaci6n ..•.

3. Cu~les de las relaciones siguientes es falsa para el caso de las palancas:

( )

( )

( )

( )

R ,,.

p

lf

p lf

--

=

=

BP Sr

Br BP

BP Br

BR _ P 815' - lf

4. Una palanca de primer género tiene 2 m. de longitud . el pun­to de apoyo se encuentra a 1.20 m. de una de las extremida­des. Determine la fuerza que se aplica en la extremidad del brazo mayor para equilibrar una carga de 90 kgf. en la otra extremidad:

3 . Una palanca de segundo género tiene Siendo R = 60 kgf. y P = 40 kgf. del brazo de resistencia:

1.50 m. de longitud . Determine la longitud

23

PRUEBA No.l

Continuaci6n ....

6. Un plano inclinado sirve para elevar una carga con economfa de fuerza?

Cierto ( ) Falso ( )

7. Cuanto mayor es la longitud de un plano inclinado y menor es la altura, menor será la intensidad de la fuerza aplicada a una carga que deberá elevar por medio del mismo:

Cierto ( ) Falso ( )

8. Se~ale la alternativa correcta que se refiere al plano in­clinado:

( )

( )

{ )

c =

h =

R =

R.h rs

p R e

P.h e

9 . Cuál de las siguientes relaciones sirve para determinar la ventaja mecánica de un plano inclinado:

(

{

)

)

c li

h "C'

( > h - c

{ ) h. c

24

PRUEBA No.l

Conti nuaci6n •.•.

10 . Un plano inclinado tiene 8 m. de longitud y 2 m. de altura lQO~ fuerza es necesaria para empujar hacia arriba de una rampa un carro de 1600 kgf.?

11 . p - R es condici6n de equilibrio en las: -( ) M&quinas simples

( ) Poleas fijas

( ) Palancas

( ) Poleas m6viles

12. La ventaja mec&nica de ur.a polea fija es:

( ) 2 ( ) 1 ( ) ce ro ( ) 1/2

13. Un aparejo diferencial está constituido por:

( ) Dos poleas montes y una fija

( ) Una polea m6vil y una fija solidaria

( ) Tres poleas m6viles y tres poleas fijas solidarias

( ) Dos poleas fijas solidarias y una polea m6vil

UNIDAD No.8

TRABAJO Y POTENCIA MECANICA

Objetivo Terminal

Al terminar esta unidad usted estar6 en capacidad de reso l ver problemas relacionados con trabajo y potencia mec&nica.

27

CIENCIAS BASICAS -Experimentación REF. :HEx .4.14.1 1/3

@ T RABA.xl 11: CAN I CO Factores, unidades y cálculo

En la expresf6n común, trabajo tiene un sfgnfffcado m1zy amplio. Toda perso­na que tfene una ocupaci6n, trabaja. El ascensorista trabaja, el tornero trabaja , el obrero gr4fico trabaja, el picapedrero trabaja , el artista trab! ja; en fin, quien no es un desocupado, trabaja.

Sfn embargo, en ciencia , trabajo tiene un significado especial. Hay tl'aba­

jo ouando una f\t,e'l'aa c:ambia BU punto de apZicacwn a una cwJOta distancia

y sn un curto sentido. También podemos decir que se real iza trabajo toda vez que un cuerpo cambia de posición (fig , 1).

60 kQf

L

Fig. 1

60 kQf

E o

Hay tambf~n trabajo siempre que una fonna de energfa se transfonre en otra fonna de energfa.

lhiidadse ds msdida dsZ tl'abajo:

Para medir el trabajo se puede emplear la unidad usual llamada k11ogr§metro (Kgf.m).

"El kilográmetro (Kgf.m) es el trabajo realizado por una fuerza de un kilo ­gramo, fuerza que desplaza su punto de ap11cac16n a una distancia de un metro en su direcc16n y sentido . " Esa unidad es la m&s usual en la prictica.

Sin embargo , la unidad fundamental es eZ Jou'le: J, que corresponde al traba­jo realizado por una fuerza de 1 Newton que desplaza su punto de aplicaci6n a una distancia de 1 metro, en su dirección y sentido.

¿Cllmo s11 mide et tmbajo?

El trabajo realizado por una fuerza es medido por el producto de la componen -te de esa fuerza según la orientación del desplazamiento, multiplicado por la distancia que se trasladó el punto de aplicaci6n .

~ , '· - - -- , .. ,, 1 • d --Luego: T e F l x d - T • F cosa x d. pues F l = F cosa

As f: T "' F X d X COSa

28 CIENCIAS BASICAS · Experimentación A

8 .. REP. :HEx .4 .14. l 2/3

~ TRABAJO PEUVtlCXl ~ Factores, unidades y cilculo

Cuando la fuerza t1ene la m1sma or1entaci6n del desplazamiento. esto es a• 0°, entonces la expresi6n queda así: T = F x d, pues cos 0° • 1

CfJJETO IBL EXPERI>ENTO:

Identificar los factores que detenninan un trabajo mecinico.

MA!l'ERIAL NECESARIO:

Soporte universal Varilla auxiliar Pesas 3 fijadores

EXPERIMENTO:

Polea con eje Cord6n Regla milimetrada Chapa de protecc16n

Haga el montaje de acuerdo con la figura 2.

Suspenda un peso de 0,20 kgf (200 gf) y elévelo hasta una altura de 0,20 m (20 cm).

Anote en el cuadro el valor de la fuerza-peso (F) y de la distancia del des pl a zami en to (d) .

1 F

Fuerza-peso (F) Distancia (d) Trabajo

' E

I · - ~

e

Fig. 2

(T)

Repita el experimento elevando ahora un peso de 0,40 kgf (400 gf) hasta una altura de 0,20 m (20 cm) .

Anote los valores en el cuadro de arriba .

Calcule en ambos casos el trabajo mecinico realizado.

Discuta con los compañeros en cual de los casos usted realiz6 ma ­yor trabajo. l Por qué?

29 CIENCIAS BASICAS ·Experimentación

TRABAJO f'E CÁNICO Factores. unidades y cSl culo

REP. ;Hf:x.4.14 . l 3/3

@

Haga ahora el montaje de la figura 3.

Suspenda y eleve un peso de 0. 20 kgf (200 gf) hasta una altura de 0,40 m (40 cm} .

Anote en el cuadro los valores de fuerza-peso y

de las distancias del desplazamiento .

.o F

Fi g. 3

Fuerza-peso ( F) Distancia {d) Trabajo {T)

Suspenda ahora a la misma altura un peso de 0.40 kgf (400 gf} .

Anote los valores en el cuadro anterior .

Calcule en ambos casos el valor del trabajo mecánico realizado.

Discuta con los compañeros los resultados obtenidos y responda a las siguientes preguntas:

a) lCuáles son las dos magnitudes fundamentales (factores} para la existencia de trabajo mecánico?

Res pues ta:

b) En el 2do . experimento . lhubo el mismo trabajo que en el ler . experimento? lEn qué caso? lPor qué?

Respuesta:

e) Usted traslada un peso de 5 kgf de una distanci a de 2 m reali­zando un t~abajo. lCuál deber1a ser la d1stanc1a de trasl ado de un peso de 1 kgf para poder reali zar el mismo trabajo?

Res pues ta:

d) Investigue acerca de otras unidades usuales de trabajo.

30

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación REF. ~x.4.14.: 1/3

te~ POTENCIA ~cANICA Factores . unidades y c6:lculo

Cuando se realizó el experimento para verificar las magnitudes que detenn1-nan el trabajo mecánico no se tuvo en cuenta el factor tiempo.

Sin embargo. en la real1zaci6n de un trabajo mec6nico hecho por un hombre o una máquina. ei ti'1Mp0 es importante.

Cuando se dice que una máquina "A" tiene más potencia que otra "B" . se en­tiende que en igual tienpo la máquina "A" es capaz de realizar un trabajo mayor que el realizado por la máquina "B". La potencia mecánica puede ser calculada por la expresión:

Potencia mecánica 2 trabajo realizado tiempo empleado

Unidades de medida de la potencia mecdnica

o simbólicamente Pm a T t

Si en la ecuación anterior hacemos T = 1 Joule y t = 1 segundo. tenemos:

1 Joule = 1 Watt. o simbólicamente 1 J

1 s • 1 W. es to es:

1 segundo

"WATI (W) es la potencia constante de un dispositivo (motor por ejemplo) capaz de realizar el trabajo de 1 Joule en el tiempo de 1 segundo. "

Además de esa unidad fundamental existen otras unidades de potencia mecinfca bastante usuales . como:

cv = cabal l o-vapor ; lcv ;; 735. SW kgf .m/s = kilográmetro por segundo; 1 cv = 75kgf,m/s.

Aunque no pertenece al s i stema legal de medidas, se usa todavfa el HP (Horse· Power) para la medida de potencia de máquinas y motores. 1 HP = 746W.

OBJETO DeL EXPERIMENTO':

Identificar los elementos que caracterizan la potencia mecánica.

f.fATERIAL NECESARIO:

4 soportes universales 2 varillas auxiliares Pesas Chapa de protección

2 poleas con eje Cordón Soporte para pequeños pesos Cron6metro

31

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación REF. :HEx.4.142 2/3

@ -POTENCIA fof:CANICA Factores, unidades y cálculo

EXPERIMENTO:

Fuerza F

( kgf)

Distancia d

(m)

Trabajo T

(kgf.m)

Tiempo t

(s)

Potencia p

(kgf .m/s)

Haga el montaje de acuerdo con la figura. Una dos soportes univer-sales .

l '

•

~ cr: .... f z: ... ~ ~ .... -' <

r1 F (0,40 ~Qf)

1 , '\

•

et

' o

.. ...,.

Equi libre el peso F con contrapesos adecuados y anote el valor de F en el cuadro .

Coloque un contrapeso que suspenda, casi equilibrando. la pesa F.

Mida la distancia~ del desplazamiento y anote en el cuadro.

Calcule el trabajo realizado. anotando el valor en el cuadro.

32

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación - REF. :HEx .4 .14.2 3/3

lC"~9 •

POTENCIA M::CANICA Factores, unidades y cálculo

Haga nuevamente el experimento tomando ahora el ti6'1"0 t empleado en el desplazamiento y an6telo en el cuadro.

Calcule la potencia P y an6tela en el cuadro.

Vuelva a hacer el experimento elevando el peso F con un contrapeso un poco mayor .

Siendo el trabajo realizado el mismo que en el caso anterior, anote solamente el nuevo tiempo en el cuadro.

Calcule la nueva potencia y anote su valor en el cuadro.

Cambie ideas con los compa~eros, cia fue mayor y por qué:

en cuál de los dos casos la poten -'

Anote ejemplos prácticos de potencia mecánica asf como sus unida­des de medida:

A partir de los experimentos realizados defina la potencia mecáni­ca y cite los factores que intervienen en la misma.

•

33

PRUEBA No.l

l. El trabajo mecánico puede ser medido en:

Kgm. ( ) Kgm. ( s

) erg ( e;

2. Es unidad de potencia mecánica:

kgm. ( ) Kgm. ( · ) s

joule (

) watt ( )

) erg ( )

3. Dos j6venes cargan un balde de 18 kgf. a 4 m. de altura. Uno de ellos demora 8 segundos para cargar el balde y el otro demora 12 segundos. por consiguiente:

a. El trabajo mecánico desarrollado por ambos j6venes fue:

( ) El mismo

( ) El primer joven desarrolló más trabajo

( ) El segundo joven desarrolló más trabajo

b. El trabajo mecánico desarrollado por el segundo joven fue de:

48 kgm. ( ) 216 kgm. { ) 72 kgm. { )

22 kgm. ( )

34

PRUEBA No.l

Continuaci6n •••.

c . La potencia mecánica desarrollada por el primer • Joven fue de :

( ) 6 kgm/s

( ) 9 kgm/s

( ) 18 kgm/s

( ) 22 kgm/s

d. La potencia mecánica desarrollada por el segundo joven fue de:

( ) 6 kgm/s

( ) 9 kgm/s

( ) i8 kgm/s

( ) 22 kgm/s

35

UNIDAD No . 9

PRES ION

Objetivo Terminal

Al terminar esta unidad usted estará en capacidad de definir el concepto de presi6n y de resolver problemas de aplicaci6n .

37

CIENCIAS BASICAS · Estudio

@ REP. :HEA . 5 .1. 1 11/ 4

NOCION 11: PRESI~

Supongamos que la pieza de la figura 1 pesa 20 kgf.

E u ,,,

F1g. 1

Calculemos la superficie de cada una de las caras B, Ce O, en las que la pieza pueda ser apoyada sobre la mesa.

Cara de apoyo B: A1 • 20cm x 10 cm •

• • A1 = 200 cm2 Cara de apoyo C:

~ = 20 cm x 5 cm • • •

Cara de apoyo O:

A3 = 10 cm x 5 cm • • •

En l os tres casos la pieza se apoya con la misma fuerza de 20 kgf , que es su ftu¡raa-peso . La diferencia está siempre en el área de la cara de apoyo.

Apoyando ahora la pieza en la cara B, podemos calcular cuanto peso soportará cada cm2 de la mesa, recordando que tenemos que dividir el peso total de la pieza, que es de 20 kgf, por toda la cara B (fig . 2).

20kgf 200cm2

6 lkgf 10cm2

6 0,lOOkgf 1 cm2

Fig. 2

APOYO EH LA CAllA 1

1 •

'''°''' \ • A1•200t.-

Repitiendo el (figs. 3 y 4)

razonamiento p3ra las otras dos caras tendremos: APOYO EN LA CARA C

20kgf 6 lkgf 6 º · 200kgf lOOcm2 5cm2 lcm2 F: 20kQI

\ A2• 100c:m2

Fi g. 3

1'0YO EN LA CARA O

20kgf 6 lkgf 6 O.t400kgf s0cm2 2, scm2 1 cm2

Fig . 4 F•20 kql z A • 50cm •

38

CIENCIAS BASICAS · Estudio REF.:>fEA.S. 1. 1 2/4

@ - -NOCJ~ DE PRESION

Los valores hallados: O. lOOkgf/l cm2; 0.200kgf/l cm2 y 0,400kgf/l cm2 indi­can en cada caso la misma fuerza de 20kgf dividida por la medida de la supe~ f1c1e de apoyo. Representan fuerzas distribuidas (divididas} por una unidad de superficie.

Al cociente entre fuerza y superficie damos el nombre de PRESIÓN. #

PRESION es una fuerza distribuida por la unidad de superficie.

UNIDAD DE MEDIDA DE PRESIÓN

De acuerdo con lo que vimos sobre presión:

Unidad de medida de presión = unidad de medi~a de fuerza unidad de medida de superficie

p • F A

El Newton por metro cuadrado (N/m2} es la unidad de medida de presi6n, de acuerdo al Sistema Internacional de Unidades de Medida.

El kilogramo-fuerza por centfmetro cuadrado (kgf/cm2) es una unidad usada con mucha frecuencia, en la práctica .

• DIFERENCIA ENTRE FUERZA Y PRESION

Fuerza y presi6n son conceptos diferentes, pero que a veces se pueden confun­dir. Veamos dOs maneras de hacer disti nción entre FUERZA y PRESIÓN,

FUERZAS DE LA MISMA INTENSIDAD Pll8DEN PRODUCIR PRESIONES OIPERENTES Observamos la figura 5.

2 A : 15 cm

f : 30 kqf

Sabiendo que:

entonces

p = 30kgf / "" 15cm2

p = 2kgf /cm2

p = 30kgf 7 , Scm2

p = 4kgf/cm2

A : 75cm1

Fig . 5

Por lo tanto la misma fuerza (30 kgf) , di s tribui da en superfi cies diferentes produce presi ones di ferentes (2kgf/an2 y 4kgf/cnf) .

39 CIENCIAS BASICAS · Útudio

NOCI6N ~ PRESIÓN RBP. flEA.5.1.1 3/4

CC~9 FUERZAS De INTENSIDAD DIE'eREN'l'B PUEDBN PROWCIR PIESIONES IGUALES.

Observemos la figura 6.

•

, • !IOqf p :..f...

A Fi g . 6 Sabiendo que:

p = 15kgf 3 cm2

entonces

...__/ "... p • 30kgf 6 an2

p = 5kgf /cm2 p • 5kgf/c:m2

Fuerzas de inúnsiclades difBrent.es ( 15kgf y 30kgf) producen pz..siOPUJs igualas (Skgf/ on2) .

RELACIÓN ENTRE FUERZA J MlEA DE LA SUPERFICIE DE APOJO

Cuando se desea allTientar la presi6n basta con disminuir la superficie de apo­yo.

Cuando se desea disminuir la presi6n basta con aumentar la superficie de apo­yo.

Por Bjerrpto:

Cuando usted prende con chinches una hoja de papel en un tablero, ejerce una peque~a fuerza y una gran presi6n (fig. 7) .

Suponiendo que usted ejerce una fuerza de 1 kgf sobre una superficie de apoyo de 0,001 cm2 de área , producir~ entonces la siguiente presi6n:

p = lkgf 0,001cm2

CONCLUSIONES FINALES

p = 1000kgf/cm2

A= o,001em1 /

F : l kof

Presi6n es una fuerza-peso distribuida en una superficie de apoyo. Fig . 7

La unidad de medida de presi6n en el sistema inte rnacional es el N/m2. La unidad de medida de presi6n más usual es el kgf/an2.

Un s6l ido trasmite la fuerza ejercida sobre él.

40 CIENCIAS BASICAS ·Estudio REF. ;HEA.5 .1.1 4/4

lQtJ # #

NOCION ~ PRESION

La fuerza trasmitida por un s611do puede producir presiones diferentes. Disminuyendo la superficie de apoyo. aumenta la pres16n. Aumentando la superficie de apoyn. disminuye la presi6n.

41

CIOCIAS BASICAS · Experimentación INFLUENCIA DE LA Sl.P(RFICIE DE APOYO EN LA Pll:SIÓN

REF. ~x.5.1.2 1/2

lf@

Estudiamos que pres16n es la fuerza ejercida en cada unidad de área de la superficie de apoyo. Hagamos algunos experimentos con respecto a la presi6n ejercida por los cuerpos.

OBJETO DEL EXPERI/<ENTO:

Hedir la presi6n ejercida por un cuerpo sobre una superficie. Identificar la super fi cie de apoyo como factor que detennina la pnrai.mi.

MATERIAL 1VECESARIO:

Chapa de protecci6n Bloque de madera (paral elepfpedo rectangular) Caja con ta leo Ba lanza de Roverbal

EXPERIMENTO: Nivele el talco, agitando suavemente la caja.

Detennine el peso del bloque y la superficie. da. S-11s-..""'as.. (f~. 8- )'--;

8 AAOERA

Fig. 8

Apoye el bloque con un peso de • . •. kgf sobre la cara mayor A de •. •. cm2 .

Observe la depresi6n dejada en el talco luego de retirado el blo­que.

Conservando la depresión dejada por la cara A, apoye ahora el blo­que por la cara menor {C) sobre el talco. Anote: Peso . . . • . kgf Área . • . • . crrf.

Observe la nueva depresión dej ada en el talco. Proceda de la misma forne con la cara B (fig. 9 ) y anote:

Peso .•.• kgf Area • .•• crJ.

... • • • • . \.

Fig . 9

42

CIEM:IAS BASICAS -bperimentlclon REF.:tEx. s.1.1 2/2

lC~~ INFllENCIA rE LA SUPERFICIE rE APOYO EN LA PRESI6N

Observe las depresiones dejadas en el talco y responda:

lCu§l es la cara en que se ejerc16 m&s presi6n? Respuesta:

Calcule las presiones ejercidas por las caras y complete:

A: p .. . . .. .. .. • kgf o p • • • • ••••• kgf/ cm2 2 •• .• ••• • cm

8: p .. •••••.• . kgf

••. • .•.• cm2 o p • • • • • • • • • kgf / atJl.

C: p " • •• .•••• kgf o p .. •. •. • ••• Kgf ¡r,,¡J. 2 •• . • . •• • cm

Responda a las siguientes preguntas, como conclusi6n:

a) lCuál es la cara en que se ejerci6 mayor pres16n? Respuesta:

lCuál es el valor de esa presi6n? Respuesta:

b) lCuál es la cara en que se ejerc16 menor presión? Respuesta:

lCuál es el valor de esa presión? Respuesta:

c) lDe qué depende la pres16n ejercida en cada una de las tres pos1 -cf ones? Res pues ta:

43

CEJ«:IAS BASICAS · úperimentacibn REP. :tEx. s.1.3 112

LCªg INFllENCIA CE LA INTEHSIDAD 0€ LA FlERZA EN LA PRESI~

Los clavos tienen una superficie de apoyo muy pequena (punta) para fac111tar su penetrac16n en la 111ildera.

LDe qué fonaa podrfa usted hacer penetrar un clavo sin punta en la nadera?

0&/'ETO DEL EXPERINENTO:

Ident1fic,ar la intensidad de la j\terM cono factor que influye en la presi6n

ejercida.

NATERIAL NECESARIO:

Chapa de protecci6n 2 bloques con las mismas dimensiones

(madera y acero)

EXPERINENTO:

Nivele el talco agitando la caja.

Caja con ta 1 co Balanza de Roverbal

Detennine los pesos de los bloques y las superficies de sus caras (fig.10).

e e

Fi g. 1 O

Apoye los bloques de madera y de acero por las mismas caras (por ejemplo las caras B).

Retire con cuidado los dos bloques de la caja de talco.

Observe las depresiones producidas en el talco por los bloques (fig . 11). Canpare y responda: a) lCu6:1 de los bloques ejerció mayor presión? Respuesta:

- · - . . ~. ' 1

CIEN:IAS BASICAS · Experimentaci6n REF. ;l'Ex. 5.1.3 2/2

~ INFlLENCIA Cl: LA INTENSIDAD ~ Cl: LA FUERZA EN LA PRESI6N

Rellene el cuadro siguiente:

Bloques Peso en kgf Sup. cara B en cmi Presi6n en kgf/ cm2

Madera Acero

Anal ice el experimento y el cuadro anterior para completar la con­clus16n que sigue:

a:JNCLUSIÓN:

La pres16n ejercida por un s6lido depende de la superficie de la cara de apoyo y de la aplicada.

45

CIENCIAS BASICAS · Estudio REP. : tEA.5 .4. 1 1/3

l(ª9 PRESIOO ATt()SFfRICA

V1vi111>s en el fondo de un océano de aire. Este océano de aire que envuelve la ti erra se llama atm/Jsfera.. La a tm6sfera es lll.IY importante para no_:Sotrt>s y es uno de los factores responsables de la existencia de vida en nuestro planeta.

n:so !EL AIRE:

Anttguamente se crefa que los gases no tenfan peso. Galileo demostró que el aire (mezcla de gases) tiene .peso. Procediú inás o menos de la siguiente fonna:

a) Pes6 un recipiente conteniendo aire (fig .12).

Fig . 12

b) Pes6 el mismo recipiente conteniendo aire comprimido y verific6 •'

que pesaba más (fig.13) .

" . ' .. \ 1 . .. .. 1

Fig J.3 L Actualmente, luego de cuidadosas mediciones , se sabe que l Litro de aire pe­sa, apro:imadamente i . 3 gf.

PRESIÓN ATMOSFtRICA

Si el aire tiene peso, la atm6sfera debe ejercer una cierta presi6n. De la misma fonna que los peces están sujetos a la presi6n del agua donde viven, todas las cosas y personas que están irmersas en el océano de a ire están sujetas a la pres ión resultante del peso del aire. Esa presión se llama presi6n atmosférica .

La presión atmosférica se ejerce en todas direcciones y su valor depende del 1 uga r considerado .

46

CIENCIAS BASICAS ·Estudio JlEP.~EA.5.4.1 2/3

® PRESION ATKJSFERICA

.. . , VALOR a! LA P~SICR A.TMOSFERICA:

La un1dad prfct1ca de medida de la presi6n atmosférica es la ATHJsFERA. Una atm6sfera equivale, aproximadamente a 1 kgf/cm2.

1 atm ; lkgf/cm2. Esto significa que sobre cada cm2 se ejerce una fuerza de 1 kgf.

El valor de la pres16n atmosférica fue determinado por Torr1ce111, d1sc1pulo de Galileo. De acuerdo a tas experiencias que reat1z6, ta presi6n atmosférica equivale a ta presi6n ejercida por una columna de mercurio de aproximadamente 76 onde altura.

As1: 1 atm • 76cm Hg ; lkgf/cm2

Todav,a en muchos aparatos procedentes de tos Estados 1Al1dos e Inglaterra, las presiones son expresadas en libra-fuerza por pulgada cuadrada .

1 atm ; 14.70 lbf/pu12

LOS GASES 1 EL PRINCIPIO DE PASCALi

Si sobre una cierta masa de gas se aplica una pres16n detenninada. 6sta se trasmite en todas direcciones. Cuando se infla un globo, éste toma una for­ma m&s o menos esférica. Esta fonna esférica se consigue porque ta presi6n se ejerce en todas las direcciones (fig. 14).

AIRE

Fi g. 14

Hemos visto asf que los gases obedecen también al principio de Pascal. Los gases y tos 11quidos pertenecen a una misma familia: los FLUI/XJS; en conse­cuencia tienen propiedades canunes. El principio de Pascal se puede enunciar de forma m6s general .

Prinaipi.o th Pascal.:

Toda la presi6n ejercida sobre un fluido se trasmite íntegramente y en todas direcciones.

47

CIENCIAS 8ASICAS · b11idio REF.~EA.5.4.1 3/3

@ PRESI~ ATMOSFERICA

IIJS GASES 1 BL PRINCIPIO IE A.RQTJDEDES:

El Prt11trlpío d. ~B se apl 1ca tambi~n a los gases. Podemos pues ~11r el prtRCtpio de Arqu,medes en forma ~s general .

Prilllrip{.o dil ~B: Todo cuerpo SIJl!erg1do en un flu1do recibe un empuje de abajo a arriba igual

al peso del fluido desatoJadQ.

Una de las pr1nc1pales aplicaciones del Principio cü Arqu!m'1dlle en los gases es el caso de los globos (f1g. l~.

V

Fig. 15

48 CIENCIAS BASICAS ·Experimentación REF. *IEx.5.4.2 1/3 ® PRES!~ ATHOSFERICA

El aire pesa. La atm6sfera ejerce presi6n sobre todos los cuerpos en la su­perficie de la tierra. La presi6n atmosférica actOa en todas direcciones. Procure comprobar esas afirmaciones en las experiencias siguientes.

OBJETO OE LOS EXPERIMEN'rOS :

Constatar algunos efectos de la presi6n atmosférica y su origen.

MATERIAL NECESARI O:

Balanza 2 balones plásticos (vejigas) Soporte universal Chapa de protección

EXPERIMENTO A:

Tubo de ensayo Palangana de pl,stfco (crfstalf­zador) Pedazo de papel liso Cordel

Equilibre las dos vejigas canpletamente vacfas. conforme a la fi~ ra 16.

1 1 ' 1 • 1 Ff g. 16

Marque con precisi6n el punto de equilibrio en la escala .

Infle bien una de las vejigas con aire.

Co16quela. llena de aire, en el. miBmO lugar.

Observe lo que sucedió y responda: a) l Hubo desequi librio? Respuesta:

b) lQué prueba ese hecho?

Respuesta:-------------

49 CIENCIAS BASICAS ·Exi- 1rimentaci6n Bl!P. tEx.S.4.2 2/3

@ PRESIÓN ATMOSFÉRICA

ErPERIMENTO B:

Llene completamente un tubo de ensayo con agua.

Tape el tubo con el pulgar.

Inviértalo en la palangana que contiene agua. confonne a la figura 17.

\.____-~----J·1 Fig . 17

Retire el dedo cuando el tubo esté dentro del agua .

Observe lo que sucede con el agua del tubo de ensayo y responda:

a) lSal i6 el agua del tubo? Respuesta:

b) lQué es lo que sostiene al agua del tubo? Respuesta:

EXPERIMENTO C:

Tome un tubo de ensayo bi6n tteno de agua.

Coloque un pedazo de papel me a la figura 18.

liso sobre la superficie lfquida confor -

J Fig.18

50

CIENCIAS BASICAS · Experimentaci6n @ PRESI6N ATMOSF!RICA &.EP.HEx.S.4.2 3/3

Apoye el dedo sobre el papel e invierta el tubo con la boca para abajo.

Retire la mano que asegura el papel.

Observe y responda: a) lSali6 el agua del tubo?

Respuesta: -----------

b) lQué es lo que sostiene el agua dentro del tu.bo?

Respuesta:-----------

Discuta con sus compañeros sobre 1 os experimentos y recordando que

el aire tiene peso. complete las siguientes conc:lustones:

El aire ejerce una presi6n sobre todos los __ ,___ex1stentes en él.

La presión ejercida por el aire se llama presicSn ------

El del aire ejerce pres16n en todas las -----

51

PRUEBA No.l

l . Presi6n es

( ) S1n6n1mo de fuerza

( ) Fuerza y superficie

( ) Fuerza por unidad de área

( ) Fuerza por unidad de volumen

2. La unidad de pres16n en e l sistema internacional d~ un1aades de medida es :

N ) No ( • I si (

3. Fuer¡as iguales pueden producir presiones de diferentes:

Cierto ( ) Falso { ) err1do ( )

4. Fuerzas diferentes nunca puéden producir presiones iguales:

Cierto ( ) errado ( )

5. Una caja pesa 120 kgf. y mjde 1.20 m. de largo por 0. 5 mm. de ancho. Qu~ presi6n ejerce sobre el piso cuando la caja est! apoyada?

53

UNIDAD No.10

NOCIONES BASICAS DE ELECTRICIDAD

Objetivo Terminal

Al terminar esta unidad usted estará en capacidad de:

- Verificar los factores de los cuales de pende la resistencia el~ctrica

- Resolver problemas sencillos sobre electricidad

55

CIENCIAS BASICAS -E.xperimentacibn RBP.HExJ.1.l 1/2 ~ NOCION ~ CIRCUITO ELECTRICO ~ y DE CORRIENTE nÉCTRICA

Se 11•• aiJ<Ollito eUotrioo al ca1111no que la electricidad recorre. Un airi­

cllito t1Uotz-ioo sietnpre se c0111pone de varias piezas 11amdas OOl!pOMftt.e

del circuito. Verificarenos en este experimento 10 que sucede cuando ligams esos cOlftP()nentes entre s f.

0B.rE'1'0°DeL BXPBRINENTO: Verificar lo que se necesita para que la electricidad circule.

MA.TBRIAL NECXSARIO:

Soporte para l'l!lplra lfmpara de 12v Enchufe

EXPERIMENTO:

Monte el circuito de acuerdo con la figura 1.

4 terminales Interniptor (llave) Cables diversos

<D •

DllWO

Fig, 1

•

l.AWMA INTtMUPT~

Compare el dibujo con el esquana (figura 2).

Conecte el enchufe en el tomacorriente, confonne a la figura l.

--¿s---TOHAtORRI ENTE

ESQUEHA

Fig. 2

Con el interruptor abierto, observe 1a limpara y escriba lo que not6 en ella.

Ahora cierre el interruptor.

Vea lo que sucedió con la 14mpara y an6telo:

56

CIEM:IAS BASICAS · ExperimentaciOn REF. :HEx.7.1.l 2/2

r(~og NOCION DE CIRCUITQ ELECTRICO Y DE CORRIENTE ELECTRICA

Abra y cierre repetidas veces el interruptor, haciendo circular la electricidad o interr1111piendo su circulaci6n .

luego de discutir con los canpañeros, señale la frase que usted encuentra correcta:

( } la electricidad puede circular con el circuito interr1111pido.

( ) la electricidad siempre circulará si el circuito est& cerrado.

( } Basta que haya electricidad .en el toma corriente para que cic cule la corriente.

57

CIENCIAS BASICAS ·Estudio REP. HEA • 7 .1 . 2 l/ 1

~ CIRCUITO ELECTRICO Y CORRIENTE ELECTRICA

En el experimento realizado usted mont6 un circuito y cerró el interruptor . Cuando la lámpara se encendió, usted sacó en conclusi6n que la corriente eléctrica comenz6 a pasar a través del circuito.

EXANINEWJS C~ SUCEDe ES'l'O

Recuerde su estudio sobre ES'!RJCTURA oe LA MATERIA . Usted tiene una idea de c6mo son las redes cristalinas en un pedazo de cobre. cuyas menores part1-culas son kr<»IDS. .,,.- -----... . . .. ... , "'" .

; .,,. -- "''-- ' # .,,,. ... ..

/ ,,. ---... .. .. ..... " """ ....... "', ', ¿r;a.tO SON LOS ATOMOS? ,' / ,-- -, , • ' \ ,,, _.,,, , ~, ,

Hagarros una comparación: : , / l'l/f /Q'- \ \ ' •,

'•'' •''1 ,,, , ¿;> ,,,, 1 • \ 1 • ,, , \.. !IÍ.''i ' \ \ ' / " , ,

Muchos sat~lites giran en torno a la TIERRA. Ellos \, \,"'• '---- _,/,,' l/¡t

no salen de su órbita a causa de la atracción de la ', '·- ----· .. ,' ,,~ tierra.

Huchos satélites a t6micos 11 amados ELECTRONES

giran en torno al NUCLEO. Los electrones. nor -malmente, no salen de su órbita por causa de la atracción del núcleo sobre ellos (fig .4 ).

PERO, A VECES, •••

Un satélite sale de órbi ta y se desplaza libre por el espacio (fig. 5).

Un electrón sale de su posici6n habitual por una acc16n externa otros átomos (fig.

y se moviliza entre los .; ) - .

Imagine que millones de e Zect?'ones libres

entran en movimiento en una cierta dirección. Tenerros entonces un flujo de electrones . A UN FLUJO De ELECTRONES SE LE LLAMA CORRIEN'rE

ELECTRICA.

......... _,., __ ,,. - , .... _____ .,,

Fig . 3 :9 · -- ...

/ ............. ' .. /.. ·-- . I A ¡¡' ~-· .. '\ .. \ I ..., , 1'e-\ \ W '. a + HUCLEO

' "'"' , . ,.w ; l a \ JJ L \ t"" · ... , , .. , \ ...... ~ ¿__ I

' .._ - · " .. ' ELECTRONES ' ... ~ e e: ' -=-'--'--'----';;,,;;. ... ,

Fig.4

• •

' ' • •

' 1 1 \ \

• ' •

... ___ .,.

• ' ' •

1

' ' 1 • 1 \

' • ' ' ' ' ... -...... -.. --_,.

o Fig. 5 , , , ' ' --' -•

' ' ' ' • 1

G ' 1 I

I

' • , .... •

/ -- -- _,

Fi g. 6

• ,.

•

•

• • • • 1 1

• ' 1

' I , '

58

CB«:IAS BASICAS-Expllimenlltí6n R.BJI. :tEx.7.2.1 1/2

r@ EFECTOS !E LA CORRIENTE ELÉCTRICA

la corriente eléctrica, al circular a trav~s de un circuito, produce varios efectos, algunos útiles y otros perjod1c1ales. Cuando uno de esos efectos es Otil, lo aprovecha1110s en la fabricac16n de objetos o aparatos que nos hacen 11 vida inejor. Por ejemplo, el calentador el'=tr1co de agua es ut11fsilll0 para el confort diario suministrando agua caliente. Usted verificar& a con­tinuación algunos efectos de la corriente eléctrica.

<lJJB'10 DB LOS EXPERIMENTOS:

Verificar algunos efectos de la corriente eléctrica.

NATBRIAL NECBSARIO

Soporte de l&mpara Interruptor Cables y enchufe lámpara de 12V

EXPERINENTO A:

Resistencia de 12 n Tenninales Amperfmetro (O - lOA)

fb\te el circuito de la figura 7.

A

... ' ' •

Fig. 7

Conecte el enchufe en el toma corriente y cierre el circuito.

Anote lo que sucede con la lámpara cuando la corriente circula.

Abra el interruptor.

59

CIEM:IAS BASCAS· Experimentaci6n

@ , EFECTOS 11: LA CORRIENTE ELECTRlCA

EXPERIMBN'!O B:

Sustituya la l&npara por la res1stenc1a confonne a la figura 8.

F1g,8

C1erre el circuito.

LQué observ6 en la resistencia cuando pas6 por ella la corriente elictrica? Anote a continuaci6n:

Abra el interruptor.

Discuta los experimentos con sus companeros y describa los efectos observados cuando la corriente cfrcu16 a través de la 14mpara y 11 resfstencfa.

Efecto 1:

Efecto 2:

60

CIEM:IAS BASICAS ·Experimentación REF. ;>EX.7 .2.2 1/2

~ INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELECTRICA ~ Amper1'metro

, Observe en la figura 9. que la INTENSIDAD DEL TRAFICO depende de la cantidad de vehfculos que pasan frente a nosotros DURANrE CIER'!O TIEMPO •

. , t ]'

• 1 .. 1 • •

1 ' . • • • • 1 •• • • . • • 1 • • r 1 : . ' 1 1 •

1 •• 1 1 ' 1

• 1 ' ~ ' 1 •• ' ' 1 . •

·-~ ,

Fig. 9

En electricidad podemos pensar de modo semejante: si por un punto del cable conductor pasaran MUCHOS ELEC'l'RONES POR SEGUNOO, la I NTENSI DAD DE LA CORRIEN­

TE ES GRANDE, y si pasaran POCOS ELEC'l'RONES POR SEGUNOO, habr6 POCA. IN'rENSI­

OAD lE CORRIENTE ELÉCTRICA.

La unidad de med ida de la INTENSI DAD DE LA CORRIENTE LEC'I'RICA es el AHPtRE

(sfmbolo: A).

Los subnljltiplos del A.mp4r>e más usados en la pr6ctica son:

1 Hi'liamp4re = 01 001 (1 m A)

1 HiCl'Oamp61'6 = º· 000001 A. ( 1 IJ A.)

~r!metz.os son instrumentos destinados a medi r la intensidad de una corrien -te eléctrica. La graduación de la escala del amperfmetro depende de la capa­cidad del mismo.

Cuando efectuamos una medida. la dispos ición de la agu ja ind icar& cu61 es la intensidad de la corriente que pasa por el ci rcui to.

61

CIEM:IAS BAS ICAS · Experimen1ación REF. :HEx.7.2.2 2/2 ~ INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELECTRICA ~ Amperfmetro

OBJETO lBL BXPERIMENI'O:

Aprender a manipular el amperfmetro .

NATBRIAL NECESARIO: Amperfmetro (O - lA) Amperfmetro (O - 5A)

llPERIMENI'O:

Monte el circuito confonne a la figura 10.

DIBUJO " A"

(

Fi g. 10

DIB UJO " B"

ESQUEMA

Tenga las siguientes precauciones al usar el amperfmetro:

a) Conecte los dos polos del instrlJllento intercalado en el circui­to, como en el montaje que precede.

b) Procure no medir intensidades preslJll iblemente mayores a las de la escala del instrumento.

RECUBRDE:

Los amperfmetros siempre se conectan en serie con el circuito.

62

CIOCIAS BASICAS ·Experimentación ur.:HEx.7.3.1 112

@ CONOUCTOIES Y AISLMTES S<lIOOS

La electricidad se transporta de un lugar a otro por Md1o di COIWC'IOISB.

Pero no todos los 1111ter1ales sirven c<m> conductores dt electricidad. Al~­

nos no consiguen conducir los electrones, y se 11 ... n AISLAl'nS¡ otros ape­nas los conducen un poco. Estos se lla•n MALOS C08DlK:'IOIBB.

OBJETO ~ IJ)S EXPERIMENTOS: Verificar el comportamiento de algunas sustancias s611das en un circuito eléctrico.

MATERIAL NECESARIO:

L4mpara de 12V - 15W Soporte para 14mpara Amperfmetro (O - lA) Cable con pinzas y enchufe Pedazo de alambre de cobre

EXPERI1CNTOS:

Cable con ten1inal y p1nns Pedazo de •dera Pedazo de material plast1co Alalllbrt de hierro Lfpiz de carpintero

Haga el 1110ntaj1 del c1rcu1to confor -me a la figura de al lado.

Limpie bien las puntas del alambre de cobre y del l&piz.

Coloque el alalli>re de cobre entre las pinzas.

Cierre el circuito y anote. en el cuadro de la p4g1na siguiente el va -lor de la intensidad de la corriente para el cobre.

Abra el circuito.

Repita 11s operaciones con el alam­bre de h1erro, la inadera. el grafi­to y el plastico.

63

CIEM:IAS BASICAS ·Experimentación JlEI'. :ff[x.7.3.1 2/2

(C]tJ CONDUCTORES Y AISLANTES SOLIOOS

En cada caso anote la intensidad de la con-1ente.

Abra el c1rcu1to. discuta con los cOllpafteros y tnarque en el cuadro. con •x•. las sustancias que usted clas1fic6 COllO BUf/IAS carz>~ORAI¡

NALA8 CONDUCTORAS y AISLAHrES.

Sustancias Intensidad Naturaleza de los conductores

de la Buenos Malos Aislantes Corriente

Cobre A

Hierro A

Madera A

Grafito A

P14stfco A

Obsel"vando sus anotaciones. usted puede sacar en conclus16n que:

El cobre es un conductor de la electr1c1dld. El hierro es un conductor de la electr1c1dad. Algunos metales son conductores de la electricidad. Algunas sustancias. cmo el p14stico y la 1111dera. son

•

64

CIENCIAS BASICAS -Estudio REP. lEA.7 . 3.2 1/2

® CONOUCTO~S y AISLANTES SÓLI ros

lHarta usted una instalaci6n eléctrica con cordel ? Claro que no . El cordel no conducirla la corriente léctrica . Por eso uti l izamos un al.anbl"fJ de cobrs6

que 88 un bclm conductor.

Tocar con la mano un cable eléctrico es l'llJY peligroso. Pero si lo cubrinos con una capa de goma podemos hacerlo porque la goma es un busn aislante.

¿POR QuS CIERTOS CUERPOS SON CCliDUc:J'ORES Y rJrRCr5 SCN AISLANTES?

lUsted se acuerda de los el ectrones lib1es y

que millones de ellos juntos pueden fonnar la corriente eléctrica?

Entonces la explicaci6n es fácil • •.

,,,-~· ,,,~ ...... .. , .... ,' ..... ,' _............. '

,' , ~ ..... ', , " .,.., .... ~, ..... ' , , ... . '

I I • · · - "'11.. \ \ , 1"" - ~ --,

,' ; ' ,' '' \ ~ \ ' 1 ''~\··· : T e : HUCLEO 1 e + : • 1 \. J 1 ' 1 • l.. \ ......__,,,,. ' t ' . ... . , 1, ,,1. ,

\ \ ' ,' ~ . , \ \ .. ....... ,, ' ' \ \... ' , , \' ~ ...... • _./ A I ... ... - , , ' ...... , , ',, .. .... _.,......, ,'

' ,• ... _... .... ........ -----

Algunas sustancias están constituidas por átanos que liberan n2s f&cilmente los electrones. Esos electrones pasan libremente por esas sustancias.

Sustancias de ese tipo son conductoras de electricidad.

Cobre Plata

Ejemplos Níquel Hierro Zinc

' \ i I ... fl(CTROH LI 8RE -• -•

-

ATOl'IO

65

CIENCIAS BASICAS • Es1udio JlEP. :HEA.7 .3.2 2/2

@ CONDUCTORES Y AIStMTES S(lIOOS

Otras sustancias poseen átomos que sujetan f1nnemente sus electrones. que as1 no pueden verse libres.

Esas, entonces, son aislantes .

Mica Vidrio

Ejemplos Goma Madera Plástico

• ¿Y [J)S CONOJCTORES O AISLANTES LIQUIDOS?

Usted enseguida aprenderá sobre eso también .•.

" 'Ó' o" \ ElECTROH PP.E SO

I .,-.... / \

4 ~ ' '

~ J -AT0/10

1

66 CBCIAS BASCAS·Exper1mentaci6n REP. JfEx,7 .3.3 1/2

@ c:a.oocro~s y AISLANTES LfQUIOOS

Cont11rt .. 1nte a lo que sucede con los conductores s611dos, en los lfqu1dos no existen electrones libres. Por eso, cuando los lfquidos conducen la elec:tr1cfdld, esto no se hace por medio de un "ft.u,fo d8 st.8ct:Itotu1s" sino a travis de "WM•• que son 4tanos que perdieron o adqufr1eron electrones. An -tes de suceder esto, todos los itmos poseen una cantidad nonaal de electro -nes¡ los ftomos de las sustancias 1 fquidas que no se convierten en "imws"

no conducen la electricidad.

Ej111plo: el agua absolutamente pura tiene solamente !tollos de ox1geno e hidr6 -geno con su nGmero nomal de electrones y por eso no conduce la co­rriente e16ctrfca.

Usted· ver' a continuación como se comportan algunos 1 fCJJfdos cuando se inter­calan en un circuito elEctrico.

<A1B'1'0 t:B IIJS BCPERINENTOS:

Ytrff1car s1 los lfquidos conducen la corriente elEctrica.

llAf'8RIAL 8BCBSARIO:

Soporte de 14mpara L&mpara de 12V - 15W Alllperfmetro (O - lA)

5 tubos de ensayo Tap6n preparado con electrodos Diversos cables Aceite Nº 20

Soporte Pinza para ase~rar

Tubos de ensayo Pinzas dentadas Lija fina Acido sul fúr1co Soluc16n de soda cfustica Sal Agua destilada Soporte para tubos de ensayo Gancho

Esquema

Anle el circuito indicado en la fig.11.

Lirapfe con lija los electrodos del ta­p6n ya preparado.

.

.,, -. ~ :; --.

Fig.11

.

67

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación

~~"9 CONOUCTO~S Y AISLN4TES L[QUIOOS

Ponga agua en uno de los tubos hasta la al tura indicada en la figural2.

Coloque algunas gotas de ácido sulfú­rico (H2so4) en el agua. obteniendo asf una solucúm dcida.

Conecte las piezas dentadas a los ca­bles de salida del tap6n y coloque el tap6n en el tubo.

REF. :HEx..7.3.3 2/2

LI QUIDO A EXA111HAR

" 1 ... 1 • • • t J L 1 ~•'1 TAPOH r • • l ; ,. ,rl

ELECTRODO

Cierre el circuito. Observe la lámpara y el amperfmetro. Fig . 12

Anote en el cuadro siguiente sus observaciones , marcando con una "x" en la columna correspondiente si la soluci6n ácida es conducto­ra o aislante.

líquidos 1 Conductor Aislante

Soluc16n ácida •••••• • • A

Solución sal1ra ••• ••• •• A Soluci6n básica • • • ••• • • A

Agua pura ••••• •• • A Aceite mineral • 1 •• • • • • A

Repita las operaciones y los registros correspondientes con: un segundo tubo: solución satina (ponga un poco de sal - NaCl

un tercer tubo: solucúm básica

un cuarto tubo: agua pura

un quinto tubo: aceite mineral

en el agua); (llene el tubo con solución de soda caústica - Na()f);

(llene el tubo con agua des­tilada - H20);

(llene el tubo con aceite).

Discuta con los compai'leros las diferentes fases de los experimentos y sei'lale con "V" las proposiciones verdaderas y con "F" las que fueren falsas.

( ) Cualquier líquido es buen conductor de electricidad. ( ) El agua pura no es conductora de electricidad pero si le agreg!

mos sal se forman iones que la volverán conductora. ( ) El aceite es un aislante. ( ) La solución ácida nunca conduce la electricidad ,

68 CIEM:IAS BASICAS -Experlmtntatibn REP. :HEx.7.4.1 1/6

~ FACTORES 11: LOS QUE ll:PEHDE LA RESISTENCIA ~ EL~CTRICA DE LOS CONDUCTORES METAl.ICOS

Todos los conductores presentan cierta l'fUlisunoia cuando la corriente eléc­trica los atraviesa. Esta resistencia varfa de un conductor a otro y depen­de de cuatro factores diferentes:

lª Factor: Ratunzi.sa dst. nrzuriat.

Algunos materiales son mejores conductores que otros, Luego, unos resisten m&s al flujo de electrones y otros menos. Por ejemplo, cobre y plata resis­ten lll.IY poco; el hierro resiste aproximadamente siete veces m4s para que la misma corriente pase por él .

2a Factor: Longitud da t. conductor

A la corriente eléctrica le cuesta m&s pasar por un conductor largo que por uno m&s corto.

Jll Factor: Dld;meQto del. conductor

De la misma manera que el agua pasa con m4s dificultad por un callo fino, los conductores finos resisten más al pasaje de la corriente que los de gran diá­metro.

Casi todos los metales y la mayor1a de las aleaciones metálicas all!lentan su resistencia eléctrica cuando se calientan. Por eso, cuando se eligen conduc -tores para una instalaci6n eléctrica es necesario emplear conductores que se calienten lo menos posible; y por lo tanto no all!lenten su resistencia.

En los experimentos que siguen se debe considerar la temperatura como cons­tante, procurando verificar la influencia de los otros tres factores en la resistencia.

01J.IETO rE LOS EXPBRIHEN7'0S:

Verificar de quf factores depende la resistencia de los conductores metál i -cos.

69

CIENCIAS 8ASICAS·EJCperimentaci6n REP. HEx .7 .4.1 2/6 ~ FACTORES DE LOS QUE DEPENDE LA ~SISTENCIA ~ EL~CTRICA DE LOS CONDUCTORES r-ETALICOS

ftl.ATERIAL NECESARIO:

Panel con cables Cables con terminales

Pinzas dentadas Amper,metro

EXPERIMENTOS:

Lámpara de 12V - 15W Interruptor Soporte para lfmpara

Coloque el panel experimental sobre un soporte y arme el circuito indicado.

Examine atentamente la diferencia entre los cables l y 2 en el pa­nel y en la tabla.

©

-Ci)~----_\V .

(•]

©

1 ' '

'

EXPERI/!ENTO CON LOS CABIES 1 Y 2:

Hilo

1 2 3

4

Nº Material d c del

(mn) (m) cable

cromo 0,64 0 , 5 22

nfquel-cr_ - 0,64 0,5 22 nfquel-cromo0,64 1,5 22 nfquel-cromo 1,29 0,5 16

Coloque las pinzas en los extremos del cable l .

Cierre el circuito.

Anote en la tabla A el valor de serve el brillo de la lámpara.

la intensidad de la corriente y ob -

70

CIENCIAS 8ASICAS·Eqierlmentaci6n RBP. :HEx.7 .4.1 3/6 ~ FACTORES 11: LOS QUE ll:PENll: LA R(SIST~CIA ~ ELtCTRICA ~ LOS CONDUCTOIES IETAl..ICOS

Abra el circuito.

Repita las operaciones para el cable Nº 2.

Cable

1

Tabla A

Naturaleza del cable

cobre

I

••• A 2 nfquel ~romo ••• A

Anote en la tabla A el valor de la 1ntens1dad de la corriente y observe el brillo de la l'11p1ra.

Abra el circuito.

Sabiendo que: MMOR IN'l'ENSIDAD-MENOR RESIS'rBNCIA y

MENOR INTENSIDAD - MA10R RESIS'rENCIA

y observando los datos de la tabla A. discuta con su grupo y res­ponda:

a} lCu61 de los conductores tiene mls resistencia?

Respuesta : ~-------------------------------------------------------------

b} lEn quE difieren los conductores 1 y 2? Respuesta :

c) LQuE influy6 entonces en la reaietimoW oe los conductores: la naturaleza del material. la longitud del cable o su difmetro? Respuesta: __________________________________________ _

EXPERIMENTO CON LOS CABLES 2 y 3: Nº Ca- d Material c del

Observe la di ferencia entre los ble (nm) tn) cable cables 2 y 3 en el panel y en la tabla de al lado. 1 cobre o.64 o.5 22

2 nfquel<rano 0,64 0,5 22

Coloque las pinzas en los extre- 3 n, que 1-c romo 0,64 1,5 22

mos del cable 2. 4 nfquel<romo 1,29 0,5 16

Cierre el circuito y anote en la Tabla B tabla B el valor de la intensidad de la corriente . Cable Longitud (111) I

Abra el circuito y conecte las 2 0,5 • ••• •.A

pinzas en los extremos del cable 3. 3 1,5 • •.• •• A

•

71 CIEM::IAS BASICAS -Experimentaci6n REF. ;tEx.7 .4 .1 4/6 ~ FACTORES CE LOS QUE CEPENDE LA R(Sl STENCIA ~ ELECTRICA DE LOS CONDUCTORES l"ETÁLICOS

CierTe el circuito y anote en la tabla B de la págfna anterior el valor de la intensidad de la corriente.

ATENCIÓN: Manteniendo una de las pinzas en el m1smo lugar. vaya deslizando la otra pinza hasta que el amperfmetro registre el. ntismo ml.or obteni­do con el cable 2.

lQuE se advierte en este momento con relacf6n a los cables 2 y 3?

Vuelva a recorrer con la pinza el camino inverso observando siempre las variaciones indicadas por el amperfmetro.

Abra el circuito. discuta con los compal'leros y observando la tabla B responda:

a) lCuál de los cables tiene m&s resistencia: el m&s corto o el mas largo?

Respuesta:

b) lEn qué difieren los cables 2 y 3? Respuesta:

e) lQué influy6 esta vez en la resist41ncia de los conductores? Respuesta:------------------~~~~~~~~~~~~~~~---

E XPERIMEN'l'O CCN LOO CABLES 2 y 4:

Cable Material d c Nº (nm) (m) del

Exam ine con atenci6n los da- able tos de los cables 2 y 4 en la 1 cobre 0,64 o.s 22 tabla de al lado. 2 nfquel-cromo 0,64 0,5 22

3 nfquel-cromo 0,64 i.s 22 Coloque las pinzas en los ex- 4 nfquel-cromo 1,29 0,5 16 tremos del cable 2 y cierre el circuito.

CIENCIAS BASICAS ·Estudio

@

72

RESISTENCIA ELECT~ICA 11: LOS CONOOCTORES IUALICOS

REF.liEA.7.4.2 1/2

Revisaremos a continuaci6n un poco más los conocimientos adquiridos sobre la resistencia de l os conductores met41icos.

Resistencia es una magnitud fundamental en electricidad y su unidad <UI medida

es el Ohn¡ (sfmbolo n) . Esta denominaci6n fue dada en homenaje al cientffico alemán Jorge Si.m611 Ohm que formuló su famosa Ley de Ohm sobre los conductores eléctricos. Más adelante estudiaremos esa ley.

Ya sabemos que la intensidad de la corriente eléctrica se deter­mina por el nlinero de electrones que pasan por un conductor duran te cierto tiempo.

lDe qué dependerá esa cantidad de electrones que pasan por el conductor?

De rruchos factoresr Entre ellos, la resistencia.

Vea , por ejemplo, en la figura 13 como la calle estrecha resister.cia

al flujo del tráfico~ la intens! dad del tráfico disminuye. En electricidad ocurre lo mismo .

Un cable ofrece mucha resistencia y la in -tensidad disminuye. (fig. l~ . Por otra parte, un cable grueso tiene poca resiste~

cia y la intens idad a1471enta. (fig. l~

Pero, .cuidado:

Cables finos pueden calentarse con facili­dad . Para saber el diámetro conveniente en cada instalación, consulte siempre las ta­blas res pee ti vas.

.. ~ ~ w..:..¿¡I o : • .

l.

~ .

-- .

" . . . .

"' ··. \f,'~ , ' '

Fig. 13

• •

. -

Fig. 14

,'\ll/;/,,, ' ' \ / ' /_,. .......... , -~ -- --- . . -- - . -

J 1 1 1 , l 1 1 1 :

Fig. 15

73 CIENCIAS BASICAS -Estudio

[(~tJ REP. :HEA. 7.4 .2 2/2

RESISTENCIA ELECTRI~A DE LOS CONDUCTORES l"ETAlICOS

Ya tenemos una idea sobre lo que es la resistencia eléctrica. Vimos que el difmetro del cable influye en la res istencia.

Es bueno reoord:ir :

LA RESISTENCIA De UN CONDUCTOR NO lEPENDE SOLAJ.ENTE DE SU DIANE:rRO.

Vea la figura 16: Las dos carreteras t i enen l a mi sma longitud, pero una es asfaltada y la otra es de tierra con baches. Es bien claro que los automóviles pasan con rrucha más dificultad por la carretera en mal estado.

Fig. 16

• LA NATURALEZA DE LA CARRETERA INFLUYE EN EL PASAJE OC LOS VEHICUIIJS .

En electricidad sucede al go parecido. Por ej empl o: UN CABLE DE HIERRO KESI S­

TE MAS AL PASAJE re LA CORRIENTE QUE UN CABLE DE COB RE .

LA NATURALEZA DEL CONDUCTOR INFLUYE EN SU RESISTENCIA

Además: asf como un l argo recorri do dificulta una carrera de autos, lo mismo ocurre en electricidad.

CABLES LARGOS TIENEN MAS RESISTENCIA QUE CABLES COK1'0S (f ig.1 7)

C.A8LE CORTO • ~EHOS Fi g. 17 R(SISTENC IA

74 CIENCIAS BASICAS ·Estudio

re~ti NOCill' tE TENSIOH ELECTRICA O OIFERENCIA tE POTENCIAL

REP. :HEA. 7.5.1 1/1

Supongamos que se est! paseando en bicicleta . Si en el camino hay una bajada por la que queremos descender , se podrá dejar de pedalear.

Ponga atenci6n en las figuras 18,19 y2Cl cuanto mayor sea la pendiente, m5s rápidamente se llegará al pie de la bajada.

En electricidad, el dssnivel

elktrico entre los *=tremos de

WI ciJ<cuita se llama DIFERENCIA

DE: l'OTENCIAL O TENSIÓN.

De la tensión depende en gran

Fig. 18 --

parte la rapidez con que cier- r---------------------ta cantidad de electricidad pasa de un 1 ugar a otro.

! , ¿CONO AP~CE LA DI'PERENCJA

lB 'POTENCIAL?

Aparece cuando se coloca una pila , baterta u otro tipo de generador en el circuito.

Un pW1ta importante:

Si la diferencia de potencial fuera nula , (por ejemplo, si la pila se agota), la corrien­te no podrá pasar por el cir­cuito.

- -- Fig. 19

r------ ---- ---------o. -...... Fig . 20

r--A--... .............. ,...__ ........ ' ' -. .. _ ,, ...... ......... ........... ......... . ........... ...... ..

. " ...... :..---..

1-----------------

LA UNIDAD DE HEDIDA DE LA DIFERENCIA DE: PCYrENCIAL O TENSIÓN •

ELEC'fRICA ES EL VOLT (slmbolo: V).

75

CIENCIAS BASICAS ·Estudio REF. ;HEA.7 .6 . 2 1/2

@ LEY ll: OHM

Las experiencias hechas en el laboratorio conducirán a una importante 1 ey de la electricidad, llamada Ley de Ohm, establecida experimentalmente por el cientffico alenán George Simón Ohm y que puede ser enunciada as1:

La intensidad de la co1WJ•iente elktrica ( I) que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferenci.a. de potenci.a.l (V) entre sus extre­mos e inversamente proporcional a la rgsistenci.a. el4ctrica (R) del conductor.

Esto se puede escribir asf:

V 1 = R Donde: V

R = l y V = RI

Usted ya aprendi6 que el VOLT (V) es la unidad de DIFERENCIA DE POTENCIAL.

También ya sabe que el AMPERE (A) mide la INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRI­

CA.

¿Y CUAL ES LA UNIDAD QUE MIDe LA RESIS'TENCIA?

Es el OHH cuyo sfmbol o es la letra griega n (Omega)

Este nombre (OHM) es un homenaje al cientffico alemán George Ohm, que estudi6 las relaciones entre la intensidad de corriente, la tensión y la resistencia eléctrica , en un conductor. Apliquemos la ley de Ohm en algunos ej ercicios:

..

• }

""""

01 llUJO :s -

, OBSERVACION

-

Fi g. 21

.__ __ _.._ ··-----.ti .._+_...J ESQUEM V

1

La figura21 muestra un circuito simple de timbre ligado a una pi ­la . En el esquema , la resistencia del timbre se representa por R.

76 CIENCIAS BASICAS ·Estudio REP.~EA . 7 . 6.2 2/2

@ PROBLEMA:

LEY ~ OHM

lCu~l es la intensidad (!) de la corriente sabiendo que la pila es de 6 volts y que la resistencia (R) del timbre es de 3 otwns? Respuesta:

IESl.ELVA C~ EL AUXILIO ~ LA LEY ~ CllM:

a) lQué voltaje (V) será necesario para hacer pasar 3A de intensi­dad a través de una lámpara de 2 otms de resistencia?

Respuesta: --~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

b} lQué corriente (I) pasa por un calentador de 8 ohms, conectado a una fuente de 220 V?

Respuesta:

lUsted sabe por qué sentimos una conmoci6n muy fuerte al tocar una bujfa de \ll

automóvil? lY , por qué no se siente nada al tocar un borne de una baterfa? En ambos casos, la corriente pasa por su cuerpo al suelo. Pero en la bujfa hay alta tensi.6n y en el borne de la batería existe baja tensión. Examine las siguientes f6rm.ilas para verificar esto.

Por la Ley de O'Jvn se tiene:

En la buj~a (fig.2'l)

Fi g. 22

1 {grande) = V (grande) Resistencia del cuerpo

~

·: ATENCICJI: 1

I = _v_ R

En la batería (fig.23).

Fig. 23

1 (pequeña; - V tpegueña) Resistencia del cuer

.Nunca toque con La 1712no en un punto de un conductor eUct;rico en el I

que no haya aislante! Sin medir>, usted r.o sabe cuál es el voltaje

que tiane • • Esto puede ser pel.igroco para su vida: I

77 CIENCIAS BASICAS · Estudio R.EF.liEA.7.7.2 3/3

~:g POTENCIA Y ENERGlA EL!CTRICAS

• • ENERGIA ELECTRICA

Cuando la corriente eléctrica atraviesa las diversas partes de los circuitos , encendiendo l&mparas , calentando soldadores , moviendo motores eléctricos o cargando baterfas, realiza un trabajo. Oiremos, pues , que hubo un trabajo realizado por la electricidad.

• • • El TRABA.JO ELECTRICO o la ENERGIA EIECTRICA se mide en watt-hom

o en ki l.owatt-hora.

1 watt-hora es la cantidad de energfa eléctrica "oomnmúla" en una hora por un circuito por el cual pasa una corriente de un amp6re, bajo la tensión de un volt.

Ahora que usted ya tiene una idea de lo que es la energfa eléctrica, volve"' mos al medidor de kilowatt-hora de la página anterior.

Suponga que un empleado de la compañia de energfa eléctrica anot6 las dos lecturas (fig . 3) en un lapso de 30 dlas .

• •

•

• ' • • • • • • • • •

/ ' • -· • ' • ' ' ' • • ".· '\ ' • • • • • • • • • • •

Fig.24

la . lec tura: 1234 KWh

Si el KWh cuesta $ 0.20

Diferencia de lecturas: 100 KWh A pagar: $ 20.00

• • • • • ' • • • • • ' • / • • • • • • • ' • ' "· '

,. ' " • • • • • • • • • • • •

2a. lectura: 1334 KWh