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COLEGIO FRANCISCANO AGUSTÍN GEMELLI

AREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL

“LOADO SEAS MI SEÑOR POR LA HERMANA MADRE TIERRA Y POR TODOS LOS SERES QUE EN ELLA HABITAN. ASÍ SE LOGRARA UN FELIZ

Y BELLO HABITAR EN EL MUNDO”.

“SAN FRÁNCISCO DE ASÍS”

FISICAGRADO UNDECIMO

2012

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INTRODUCCIÓN

La física es la ciencia que se ocupa de los componentes del Universo, de las fuerzas que estos ejercen entre sí y de los efectos de dichas fuerzas.

Esta ciencia está estrechamente relacionada con las demás ramas de las Ciencias Naturales, y en cierto modo las engloba a todas. La química, por ejemplo, se ocupa de la interacción de los átomos para formar moléculas; gran parte de la geología moderna es en esencia un estudio de la Física de la Tierra y se conoce como geofísica, la astronomía trata del estudio de las estrellas y del espacio exterior. Incluso los sistemas vivos están constituidos por partículas fundamentales que siguen el mismo tipo de leyes que las partículas más sencillas estudiadas tradicionalmente por los físicos.

Hasta principios del siglo XIX, era frecuente que los físicos fueran al mismo tiempo matemáticos, filósofos, químicos, biólogos o ingenieros. Los físicos modernos tienen que limitar su atención a una o dos ramas de su ciencia.

El hombre, para facilitar el estudio de la ciencia ha creído conveniente dividirlas en varias ramas, y esto es enteramente convencional. La palabra Física proviene del término griego “physis” que significa “Naturaleza”, por lo tanto, la Física podría ser la ciencia que se dedica a estudiar los fenómenos naturales; este fue el enfoque de la Física hasta principios del siglo XIX con el nombre de ese entonces “Filosofía Natural”. A partir del siglo XIX se redujo al campo de la Física, limitándola al estudio de los llamados “Fenómenos Físicos”, los demás se separaron de ella y pasaron a formar parte de otras ciencias naturales.

Es innegable que el estudio de la Física involucra la experimentación del fenómeno y la cuantificación del mismo, por eso es importante combinar la teoría, con ayuda de las clases dictadas por los profesores o la bibliografía de los diversos libros del curso y la práctica o experimento del fenómeno en estudio; pues así lo hicieron los grandes científicos como Arquímedes, Galileo, Newton, Einstein entre otros.

CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL - Física 112

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TABLA DE CONTENIDO

UNIDAD UNO: MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE...............................................................6

LECTURA AFECTIVA...............................................................................................................7

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE........................................................................................9

CONCEPTOS IMPORTANTES...........................................................................................10

EXPRESIONES MATEMÁTICAS IMPORTANTES..............................................................11

ASOCIACIÓN DE RESORTES............................................................................................12

PÉNDULO SIMPLE:.............................................................................................................13

LEYES DEL PÉNDULO SIMPLE.........................................................................................14

FENÓMENO ONDULATORIO................................................................................................17

REFLEXIÓN.........................................................................................................................18

REFRACCIÓN.....................................................................................................................19

DIFRACCIÓN.......................................................................................................................19

INTERFERENCIA................................................................................................................20

POLARIZACIÓN..................................................................................................................20

PRACTICA DE LABORATORIO.............................................................................................23

UNIDAD DOS: ÓPTICA..........................................................................................................27

LECTURA AFECTIVA.............................................................................................................28

ÓPTICA...................................................................................................................................31

NATURALEZA DE LA LUZ..................................................................................................32

FUENTES LUMINOSAS......................................................................................................32

PROPAGACIÓN DE LA LUZ..................................................................................................33

REFLEXION DE LA LUZ......................................................................................................34

REFRACCION DE LA LUZ..................................................................................................35

DISPERSION DE LA LUZ....................................................................................................37

ESPEJOS................................................................................................................................41

ELEMENTOS DE UN ESPEJO ESFÉRICO........................................................................41


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RAYOS NOTABLES EN UN ESPEJO CONCAVO..............................................................43

CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES: MÉTODO GRÁFICO...................................................43

EN UN ESPEJO CÓNCAVO................................................................................................44

EN UN ESPEJO CÓNVEXO................................................................................................45

FORMULAS DE LOS ESPEJOS ESFERICO.....................................................................46

LENTES.................................................................................................................................. 48

CLASES DE LENTES..........................................................................................................48

ELEMENTOS DE UNA LENTE............................................................................................49


UNIDAD TRES: ELECTROSTÁSTICA...................................................................................53


PRINCIPIO DE CONSERVACION DE CARGA ELECTRICA.................................................57

CONDUCTORES.................................................................................................................57

AISLADORES O DIELECTRICOS.....................................................................................58

SEMICONDUCTORES........................................................................................................58

CLASES DE ELECTRIZACION...........................................................................................58

LEY DE COULOMB.............................................................................................................58

LA FUERZA ELECTRICA EN OTROS MATERIALES.........................................................59

CAMPO ELECTRICO..............................................................................................................63

DIRECCION Y SENTIDO DE UNA CAMPO ELECTRICO..................................................63

INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO............................................................................63

CAMPO ELECTRICO GENERADO POR VARIAS CARGAS..............................................64

POTENCIAL ELECTRICO...................................................................................................64

CORRIENTE ELECTRICA......................................................................................................68

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE......................................................................................68

UNIDADES DE INTENSIDAD DE CORRIENTE..................................................................68

FUERZA ELECTROMOTRIZ (f.e.m).......................................................................................69

RESISTENCIA ELECTRICA...................................................................................................70

REPRESENTACION GRAFICA DE UN RESISTOR (RESISTENCIA)................................70

LEY DE OHM..........................................................................................................................72


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CIRCUITOS ELECTRICOS.....................................................................................................72

ASOCIACION DE RESISTENCIAS.........................................................................................74

COMBINACION DE RESISTENCIAS EN SERIE................................................................74

COMBINACION DE RERSISTENCIAS EN PARALELO......................................................75

POTENCIA EN UNA RESISTENCIA.......................................................................................76

EFECTO JOULE.....................................................................................................................76

TALLER TIPO ICFES..............................................................................................................82


UNIDAD CUATRO: ELECTROMAGNETISMO......................................................................86


ELECTROMAGNETISMO.......................................................................................................91

EL MAGNETISMO..................................................................................................................91

MAGNETISMO NATURAL: LOS IMANES...........................................................................91

MAGNETISMO ARTIFICIAL: LA IMITACION......................................................................92

CAMPO MAGNÉTICO............................................................................................................93

FUERZA MAGNETICA SOBRE UNA CARGA ELECTRICA...............................................94

DIRRECION DEL CAMPO MAGNETICO............................................................................94

SENTIDO DEL CAMPO MAGNETICO................................................................................95

MAGNITUD DE B................................................................................................................ 96

FUERZAS SOBRO CORRIENTE............................................................................................98

INDUCCION MAGNETICA..................................................................................................99

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA.............................................................................99

LEY DE FARADAY............................................................................................................100

PRACTICA DE LABORATORIO...........................................................................................103

ACTIVIDAD DE PROFUNDIZACIÓN....................................................................................104

TALLER TIPO ICFES............................................................................................................106

BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................................................108

WEB GRAFÍA........................................................................................................................108


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UNIDAD UNO: MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE

.

PROPÓSITOReconoce el concepto de Movimiento Armónico Simple, define sus términos y deduce sus ecuaciones. Además, obtiene la ecuación del periodo de una masa suspendida de un resorte y del periodo del péndulo a partir del análisis de la ecuación de la energía en un movimiento armónico simple.


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LECTURA AFECTIVAEl movimiento vibratorio o de oscilación es uno de los más frecuentes en la naturaleza. Encontramos muchos objetos que lo realizan: La bolita de un péndulo soltada desde una cierta altura, el extremo de un muelle después de haberlo separado de su posición de equilibrio, los puntos de una cuerda de guitarra recién punteada, la superficie de un tambor recién percutido,.. A escala atómica también se produce de forma masiva este movimiento, puesto que los átomos, los iones y las moléculas habitualmente vibran en torno a posiciones centrales o de equilibrio. Los campos (entidades no materiales portadoras de energía) también realizan oscilaciones. Lo que oscila en este caso es la amplitud del campo.

Las partículas que realizan un movimiento de oscilación lo pueden hacer individualmente o como parte de un proceso ondulatorio, que se genera con la vibración de una fuente o foco y se propaga mediante la transmisión de dicha vibración a lo largo de un medio. Hablamos entonces de ondas (o de pulsos de onda), como las que se pueden producir en un lago cuando chapoteamos y se propagan por su superficie; como las ondas sísmicas, que se pueden generar en un lugar de la Tierra (epicentro) y se propagan a lo largo del suelo; como las ondas sonoras, que pueden emitir nuestras las cuerdas vocales y se propagan por el aire; o como las ondas electromagnéticas (en este caso se propaga la vibración de sendos campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí), que se pueden emitir, por ejemplo, desde una emisora de radio o TV. En estos procesos ondulatorios, son muchas las partículas que realizan movimientos vibratorios o de oscilación y lo van haciendo con un cierto retraso o desfase temporal unas respecto de otras (el foco es la primera partícula que vibra)

Tiene, por todo ello, mucho interés el estudio físico de los movimientos de oscilación: la invención de magnitudes adecuadas para describirlos y el establecimiento de unas ecuaciones que rijan su evolución.


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ANALIZO COMPRENDIENDO EN CONTEXTO

Realizar las siguientes actividades en tu cuaderno

1. Investigar que se quiere decir cuando se habla sobre pulsos de onda.

2. Crear un mentefacto conceptual.

3. Escribir en 4 renglones la importancia del estudio del movimiento vibratorio o de oscilación y cuál es su aplicabilidad en la vida cotidiana.


A Trabajar!

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MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLEENUNCIACIÓN

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE (M.A.S.): Es aquel movimiento oscilatorio que se repite en intervalos iguales de tiempo y además se realiza en una trayectoria con tendencia a la línea recta.


MOVIMIENTO OSCILATORIOEs aquel movimiento en el cual el cuerpo se mueve hacía uno y otro lado respecto a una posición de equilibrio, o decir efectúa un movimiento de vaivén.

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CONCEPTOS IMPORTANTES

Oscilación Simple: Es el movimiento que realiza un cuerpo al ir de una posición extrema hasta la otra (ABCD).


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Oscilación Doble o Completa: Es el movimiento que realiza un cuerpo en ir de una posición extrema a la otra y luego regresar a la primera (ABCDCBA).

Período (T): Es el tiempo que emplea un cuerpo en realizar una oscilación completa.

Frecuencia (f): Es el número de oscilaciones completas que realiza un cuerpo en cada unidad de tiempo (f = 1/T).

Elongación (X): Es la distancia existente entre la posición de equilibrio y el cuerpo en un instante cualquiera.

Amplitud (A): Es la distancia existente entre la posición de equilibrio y cualquiera de las posiciones extremas.

EXPRESIONES MATEMÁTICAS IMPORTANTES

Ley de Hooke: “La fuerza deformadora es directamente proporcional a la deformación”

FD=K . X

FD: Fuerza deformadoraK: Constante propio del resorte (N/m)X: Elongación (deformación)


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Período de Oscilación: (T = t1 + t2)

T=2 π √ mK

T: Períodom: Masa del bloqueK: Constante del resorte

Velocidad (v):

V=2πT √ A2−X2

Aceleración (a):

a=± 4 π2

T 2 ( X )

ASOCIACIÓN DE RESORTES

Resortes en Serie: Un sistema de resortes está en serie cuando la deformación del resorte equivalente es igual a la suma de las deformaciones de cada resorte. En este caso, la fuerza en cada resorte será la misma.


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1KE

= 1K1

+ 1K2

+ 1K 3

Resortes en Paralelo: Un sistema de resortes está en paralelo cuando ellos tienen la misma deformación.

K E=K1+K2+K3

PÉNDULO SIMPLE: El péndulo simple es aquel dispositivo que está constituido por una masa de pequeñas dimensiones, suspendida de un hilo inextensible y de peso despreciable. Cuando la masa se desvía hacia un lado de su posición de equilibrio y se abandona, oscila alrededor de esa posición con un movimiento oscilatorio y periódico, cuya trayectoria es casi una línea recta si el ángulo q entre la posición extrema y la posición de equilibrio no sobrepasa los 15 grados.


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LEYES DEL PÉNDULO SIMPLE

El período no depende de la masa que oscila. El período es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la longitud del péndulo. El período es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la aceleración de la

gravedad.

T=2π √ Lg

T: PeríodoL: Longitud de la cuerdag: Aceleración de la gravedad


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SIMULACIÓN

1. Realizar un mentefacto de la temática vista hasta el momento.

EJERCITACIÓN

2. Toma una cuerda y con ella produce una configuración ondulatoria como se ilustra en la figura.

3. Cuenta un número determinado de oscilaciones y el tiempo empleado en realizarlas y con estos datos calcula la frecuencia de onda utilizando la formula vista en clase.

4. Calcula el periodo para hallar el tiempo que tarda en hacer una oscilación.

5. Una cuerda de 99 cm de longitud se le producen 30 vibraciones o oscilaciones en 10 segundos, Calcula:

a. La frecuencia de la onda generada.b. El periodo de Vibraciónc. La longitud de la ondad. ¿Qué pasa con la longitud de la onda si la frecuencia aumenta?


A Trabajar!

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FENÓMENO ONDULATORIOENUN CIACIÓN

El estudio de los fenómenos ondulatorios supone la utilización de conceptos tales como periodo, frecuencia, longitud de onda y amplitud, y junto a ellos el de frente de onda, el cual es característico de las ondas bi y tridimensionales.

Se denomina frente de ondas al lugar geométrico de los puntos del medio que son alcanzados en un mismo instante por la perturbación.

Las ondas que se producen en la superficie de un lago, como consecuencia de una vibración producida en uno de sus puntos, poseen frentes de onda circulares. Cada uno de esos frentes se corresponden con un conjunto de puntos del medio que están en el mismo estado de vibración, es decir a igual altura. Debido a que las propiedades del medio, tales como densidad o elasticidad, son las mismas en todas las direcciones, la perturbación avanza desde el foco a igual velocidad a lo largo de cada una de ellas, lo que explica la forma circular y, por tanto, equidistante del foco, de esa línea que contiene a los puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración.


Las propiedades de las ondas se manifiestan a través de una serie de fenómenos que constituyen lo esencial del comportamiento ondulatorio. Así, las ondas rebotan ante una barrera, cambian de dirección cuando pasan de un medio a otro, suman sus efectos de una forma muy especial y pueden salvar obstáculos o bordear las esquinas.

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Las ondas tridimensionales, como las producidas por un globo esférico que se infla y desinfla alternativamente, poseen frentes de ondas esféricos si el foco es puntual y si el medio, como en el caso anterior, es homogéneo.

En Función De Su Propagación O Frente De Onda

Ondas Unidimensionales: Las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.

Ondas Bidimensionales o Superficiales: Son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él.

Ondas Tridimensionales o Esféricas: Son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.

REFLEXIÓNEs el cambio de dirección que experimenta la onda cuando choca con un obstáculo.Cuando las ondas se producen en el plano, se puede observar que las ondas se reflejan teniendo en cuenta que la medida del ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.


http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_esf%C3%A9rica

http://es.wikipedia.org/wiki/Frente_de_onda

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REFRACCIÓN En este caso las ondas cambian de un medio a otro, lo que trae como consecuencia que la velocidad varíe y su frecuencia permanezca igual. Consideremos el hecho que una onda producida en el aire pasa al agua, en este caso la onda pasa de un medio menos denso a otro más denso trayendo como consecuencia que la longitud de onda disminuya; para encontrar una expresión para la refracción, se considera que una onda incide sobre una superficie de tal manera que parte de la onda se refleja y otra parte se refracta como se indica en la gráfica.

DIFRACCIÓN Cuando una onda pasa cerca de un obstáculo o a través de un orificio, se produce un cambio en la curvatura de la onda. Este fenómeno se conoce con el nombre de difracción.


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INTERFERENCIACon frecuencia habrás observado que los sonidos emitidos por varias fuentes, como es el caso de una orquesta, son percibidos como un solo sonido. A partir de las figuras puedes ver que dos pulsos se propagan a lo largo de la cuerda y, para determinados instantes, se obtienen las configuraciones mostradas.

Cuando dos o más ondas de la misma naturaleza, por ejemplo, las ondas en una cuerda, se encuentran, en determinado instante, en un punto del espacio, decimos que hay interferencia. Observa que si en el mismo instante, en determinado punto se encuentran descrestas (fíg. 16c) o dos valles, la amplitud del pulso resultante es la suma de las amplitudes, en este caso se dice que ocurre interferencia constructiva. Si como en la figura lie se encuentran un valle y una cresta con igual amplitud, parece que la cuerda no vibrara, se dice que ha ocurrido interferencia destructiva.En los casos b y d de las figuras 16 y 11 hay interferencia, aunque no es ni constructiva ni destructiva. La forma del pulso se obtiene aplicando el principio de superposición.

POLARIZACIÓNEste fenómeno ocurre únicamente en ondas transversales y consiste en hacer vibrar una onda que inicialmente se propaga en varios planos para vibrar en un solo plano, como se observa en la figura.


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SIMULACIÓN

Realizar en el cuaderno:

1. Realizar un mentefacto conceptual sobre onda y un mentefacto conceptual sobre cada uno de los fenómenos ondulatorios.

EJERCITACIÓN

2. ¿Qué es la longitud de onda?

3. ¿Qué fenómenos físicos se cumplen en una onda longitudinal?

4. ¿Qué nombre recibe el cambio de la curvatura de la onda que se produce cuando esta pasa a través de un orificio?

5. ¿Cuándo se produce el fenómeno de refracción?


A Trabajar!

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6. En una cubeta con agua, las ondas viajan de un medio profundo, 1, a uno más profundo, 2. Si la configuración es la mostrada en la figura determina en cuál de los dos medios es mayor:

a. La velocidad de las ondasb. La longitud de las ondasc. La frecuencia

7. Escribe algunos ejemplos donde se evidencie los fenómenos ondulatorios (diferentes a los expuestos en clase).


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PRACTICA DE LABORATORIOSIMULACIÓN

1. Mida el período del péndulo simple y obtenga un valor para g. (Ponga a oscilar el péndulo con una pequeña amplitud, obsérvelo hasta que se estabilice la oscilación y mida el tiempo que tarda en hacer 10 oscilaciones completas. Repita el procedimiento 10 veces. Recuerde que el período es el tiempo que tarda un cuerpo en realizar una oscilación completa).

2. Mida el período del sistema masa resorte y obtenga un valor para K. (Ponga a oscilar el sistema con un extremo del resorte fijo, obsérvelo hasta que se estabilice la oscilación y mida el tiempo que tarda en hacer 10 oscilaciones completas. Repita el procedimiento 10 veces. Recuerde que el período es el tiempo que tarda un cuerpo en realizar una oscilación completa).

3. Demuestre que en un movimiento armónico simple, la energía mecánica permanece constante.


Vamos a Jugar Con el Péndulo!

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EJERCITACIÓN

Resolver los siguientes ejercicios en su cuaderno:

1. Un objeto en movimiento armónico simple con frecuencia de 10Hz tiene una velocidad máxima de 3 m/s. ¿Cuál es la amplitud del movimiento?

2. La frecuencia de una partícula que oscila en los extremos de un resorte es de 5Hz. ¿Cuál es la aceleración de la partícula cuando el desplazamiento es 0,15m?

3. Un resorte se estira 0,05 m cuando se le cuelga una partícula de 0,3 kg. a) ¿Cuál es la constante del resorte?b) ¿Cuál es la frecuencia de vibración de la partícula en el extremo del resorte?

4. El periodo de una partícula de 0,75 kg que oscila unida a un resorte es de 1,5 s ¿Cuál es la constante del resorte?

5. Un objeto unido a un resorte describe un m.a.s. Su velocidad máxima es 3 m/s y su amplitud 0,4 m. ¿Cuál es su desplazamiento cuando v=1,5 m/s?

6. Una partícula de 0,5 kg en el extremo de un resorte tiene un periodo de 0,3 s. La amplitud del movimiento es 0,1 m.

a) ¿Cuál es la constante del resorte?b) ¿Cuál es la velocidad máxima de la masa?

7. Un bloque de 4 kg estira un resorte 16 cm a partir de su posición de equilibrio. Se quita el bloque y del mismo resorte se cuelga otro de 0,50 kg. Si entonces se estira el resorte y después se le suelta, ¿cuál es su período de oscilación?

8. Un objeto en movimiento armónico simple con una amplitud de 0,5 m y un periodo de 2 s tiene una velocidad de 1,11 m/s. ¿Cuál es la elongación?


A Trabajar!

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9. Una rueda de 30 cm de radio provista de un manubrio en su borde gira con su eje horizontal a razón de 0.5 rev/seg. Suponiendo que los rayos del sol caen verticalmente sobre la tierra, la sombra del manubrio está animada de M.A.S. Hallar (a) el período del movimiento de dicha sombra, (b) su frecuencia, (c) su amplitud.

10.Una partícula de masa 10 gramos animada de M.A.S con una amplitud igual a 1.5 cm vibra 100 veces por segundo. Calcular (a) su elongación, (b) su velocidad, (c) su aceleración.

11.Una partícula situada en el extremo de un diapasón Pasa por la posición de equilibrio con una velocidad de 188.4 cm/seg. Si la amplitud es de 1mm, ¿cuál es la frecuencia y el período del diapasón?

12.Una partícula de una cuerda vibrante vibra con un M.A.S. de 2 mm de amplitud. Su aceleración en los extremos de la trayectoria es de 78.96E2 cm/seg2. Calcular la frecuencia de su movimiento y su velocidad cuando atraviesa la posición de equilibrio y cuando su elongación es de 1.2 mm.

13.Un cuerpo vibra con una frecuencia de 100 vibraciones/seg y una amplitud de 3mm. Calcular su velocidad y su aceleración en el centro y en los extremos de su trayectoria.

14.La amplitud de una partícula que ejecuta un M.A.S es de 20 cm; el período es de 0.5 seg. Calcular (a) la aceleración máxima de la partícula y (b) su velocidad máxima.

15.Un péndulo tiene una longitud de 50 cm. Encontrar el período y la frecuencia.

16.Un péndulo simple tiene un período de 1/10 seg. ¿Qué longitud debe tener si g=9.80 mt/seg2.

17.Cuando una pesa de 2.5 Kg estás atada al extremo inferior de un resorte, éste se estira una distancia de 7.5 cm. S entonces se pone a vibrar el peso suspendido, ¿cuál será su frecuencia?

18.Una masa de 400 gramos está suspendida de un resorte. Si la masa se pone a vibrar y la frecuencia es de 12 vib/seg, ¿cuál es el valor de la constante K del resorte?

19.Cuando una masa de 100gramos está suspendida de un resorte, éste se estira una distancia de 5 cm. Si la masa de 100 gramos se reemplaza ahora por una de 30 gramos y luego se pone a vibrar arriba y abajo, ¿cuál será la frecuencia?

20.Un péndulo diminuto de 4 mm de largo está hecho de una fibra y una cuenta de cuarzo. Calcular (a) su período y (b) su frecuencia.


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21.Un péndulo de reloj oscila con un período de 1 seg, donde g es igual a 9.81 mt/seg2. ¿Cuántos segundos perderá en 24 horas si se lleva a una alta montaña donde g=9.78 mt/seg2.

22.Un péndulo simple, generalmente llamado péndulo de Foucault, tiene 30 cm de largo y cuelga de la cúpula de una catedral. Con tal dispositivo, se puede observar el efecto de rotación de la tierra. Encontrar el período del péndulo.


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UNIDAD DOS: ÓPTICA.

PROPÓSITOConoce el proceso histórico de las teorías de la luz, por medio de una consulta en internet, Interpreta los fenómenos ópticos a partir de las propagaciones de la luz, encuentra grafica y analíticamente la imagen de un objeto situado frente a un espejo o una lente.


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LECTURA AFECTIVA

El estudio de las imágenes, producidas por refracción o por reflexión de la luz se llama óptica geométrica. La óptica geométrica se ocupa de la trayectoria de los rayos luminosos, despreciando los efectos de la luz como movimiento ondulatorio, como las interferencias. Estos efectos se pueden despreciar cuando el tamaño la longitud de onda es muy pequeña en comparación de los objetos que la luz encuentra a su paso y otros componentes de instrumentos ópticos.

Una ilusión óptica es cualquier ilusión del sentido de la vista, que nos lleva a percibir la realidad erróneamente. Éstas pueden ser de carácter fisiológico (como el encandilamiento tras ver una luz potente) o cognitivo (como la variación en el tamaño aparente de la luna, que parece ser más chica cuando está sobre nosotros y más grande cuando la vemos cerca del horizonte).

A partir de ellas, basta hacer geometría con los rayos luminosos para la obtención de fórmulas que corresponden a los espejos, dioptrio y lentes (o sus combinaciones) construyendo así las leyes que gobiernan los instrumentos ópticos a los que estamos acostumbrados. El trazado de rayos en sistemas de lentes y espejos es particularmente importante para el diseño de los siguientes instrumentos ópticos:

El microscopio es un sistema de lentes que produce una imagen virtual aumentada de un pequeño objeto. El microscopio más simple es una lente convergente, la lupa. El objeto se coloca entre la lente y el foco, de modo que la imagen es virtual y está a una distancia que es la distancia mínima de visón nítida, alrededor de 25 cm.


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La lupa es un instrumento óptico que fue inventado haciendo uso de los principios de la física en referencia a la óptica, la lente de la lupa desvía la luz que incide sobre ella y forma una imagen ampliada y virtual del objeto que tenemos debajo de ella.

El microscopio compuesto consiste en dos lentes convergentes de pequeña distancia focal, llamadas objetivo y ocular .Se puede observar la imagen a través de una lente convexa.

VIENDO LAS REVELACIONES DEL CIELOEn 1609 el italiano Galileo Galilei, al experimentar con lentes que ponía en los extremos de un tubo, invento el telescopio, y por primera vez el cielo nocturno comenzó a estudiarse con algo mejor que la simple vista. Con su telescopio vio en la luna montañas, cráteres y zonas llanas, en el sol vio manchas y alrededor de Júpiter cuatro satélites.

Durante casi cuatro siglos se mejoraron las características ópticas de los telescopios. Sin embargo muchos astrónomos coincidían en que estudiar el universo desde la tierra, aun con los telescopios más modernos, resultaba como intentar reconocer una persona desde el fondo de una piscina. Lo anterior motivo a los científicos de la NASA y la Agencia Espacial Europea, a emprender un proyecto para desarrollar un telescopio que pudiera ser puesto en órbita y que evitara el impacto de la atmosfera terrestre. De esta manera se podrían estudiar, con imágenes de alta resolución, las galaxias lejanas y poco conocidas. La realización del proyecto demoro dos décadas, y finalmente el 25 de abril de 1990 se inicio la etapa de acople del primer telescopio espacial con un peso de 12 toneladas y una altura superior a la de un edificio de cuatro pisos.


http://www.filatelissimo.com/wp-content/uploads/2007/09/efecto_lupa.jpg

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Actualmente, los telescopios espaciales son ensamblados directamente en el espacio, y en ellos se destacan los equipos de registro de imágenes en formato electrónico, y los segundos son útiles para analizar la composición, la temperatura, la radiación y los campos magnéticos de los diferentes cuerpos celestes.

Estos telescopios, por el solo hecho de encontrarse en órbita, tienen una resolución 10 veces superior a la de cualquier telescopio terrestre. Gracias a ellos el mundo ha podido observar imágenes del espacio que nunca creyó que fueran posibles, y fenómenos que aun hoy desafían los conocimientos de la física y la astronomía.


Resolver las siguientes actividades en su cuaderno:

1. Realizar un listado de los términos desconocidos y buscar el significado indicando la proposición donde se encuentran.

2. ¿Qué importancia tienen los aparatos fotográficos, mencionen todos los posibles estilos de aparatos fotográficos?

3. ¿Por qué crees que aun con los telescopios espaciales más potentes es imposible observar el interior de los agujeros negros?

4. Investiga que otros métodos, además de los ópticos, son utilizados para producir imágenes tanto en los microscopios electrónicos como los telescopios espaciales. ¿aun así crees que se les pueda seguir considerando como instrumentos ópticos?

5. Realizar un mentefacto conceptual6. Realiza con material reciclado un instrumento óptico fuera de los expuestos en clase.


A Trabajar!

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ÓPTICAENUNCIACIÓN

La reflexión y la refracción por un lado, y las interferencias y la difracción por otro, son algunos, de los fenómenos ópticos fundamentales. Los primeros pueden estudiarse siguiendo la marcha de los rayos luminosos. Los segundos se interpretan recurriendo a la descripción en forma de onda. El conocimiento de las leyes de la óptica permite comprender cómo y por qué se forman esas imágenes, que constituyen para el hombre la representación más valiosa de su mundo exterior.

NATURALEZA DE LA LUZ Generalmente las ondas mecánicas pueden ser observadas directamente, pero no podemos hacer lo mismo para la luz que también es una transferencia de energía: de la fuente hacia los objetos y de estos hacia el ojo. Actualmente, es imposible observar directamente la forma de un rayo o una onda luminosa a un momento dado, o el movimiento de un punto del rayo o de la onda luminosa en función del tiempo. Por esto, sobre la naturaleza de esta transferencia, se ha desarrollado varias teorías.


La óptica se ocupa del estudio de la luz, de sus características y de sus manifestaciones.

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Teoría Corpuscular: Newton enuncio el siguiente postulado: “Todas las fuentes luminosas emiten pequeñas partículas materiales en línea recta con gran velocidad”. Esto explica satisfactoriamente las leyes de la reflexión y refracción, la energía de la luz (por medio de la energía cinética de las partículas) y que la luz no necesitaba soporte material para propagarse, y por tanto puede viajar en el vacío, pero no puede explicar los fenómenos de interferencia, difracción y polarización.

FUENTES LUMINOSASEl átomo está formado de un núcleo rodeado de elec-trones que giran en diferentes órbitas. Si se le comuni-ca energía, uno o varios electrones pueden subir de órbitas, se dice que el átomo está excitado. Pero muy pronto, el electrón regresa a su órbita original restituyendo la energía en forma de luz; así la luz proviene del regreso de un electrón a su órbita original (figura.1).

Figura.1

Este hecho es general para todas las fuentes de luz que sea el Sol, la llama de un fósforo, una bombilla o un cocuyo.

Pero, ¿cómo puede excitarse un átomo?

(a) Por medio del calor; es el principio de las lámparas incandescentes, de las llamas.(b) Por medio de otras radiaciones (o de partículas). En este caso, la luz emitida puede tener:

La misma frecuencia que la de la luz incidente. Esto se presenta cuando un electrón regresa directamente a su órbita original: es un fenómeno de resonancia (figura 5.1).

Una frecuencia diferente pero más pequeña que la de la luz incidente. Esto se presenta cuando el electrón regresa a su órbita original pero pasando por órbitas intermedias (figura 2); en el fenómeno de fluorescencia esta emisión desaparece con la luz excitadora. Por ejemplo, una luz azul incidente puede producir una fluorescencia roja, y una luz ultravioleta (invisible) emitir una luz visible (principio de las lámparas fluorescentes).


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Figura .2

La fosforescencia consiste en la emisión de radiaciones que subsisten después de la desaparición de la luz incidente; es el caso de las pinturas luminosas que puede durar horas.

PROPAGACIÓN DE LA LUZ

La luz se propaga en el vacio con una velocidad de c = 300000 Km/seg. Una luz que incide sobre un cuerpo es parcialmente (cuerpo transparente) o absolutamente absorbida (cuerpo opaco). Pero todos los cuerpos reflejan parte de la luz que incide. Cuando todas las frecuencias son igualmente reflejadas, diremos que el cuerpo es blanco, gris o negro, si la cantidad de luz reflejada es grande, mediana o nula.

Cuando algunas frecuencias se reflejan mejor que otras tendremos una sensación de color; un libro nos parecerá roja cuando está iluminado con luz blanca, porque refleja el rojo y absorbe todas las otras frecuencias.La absorción de la luz por el medio presenta características muy interesantes:

a. Absorción sin emisión de radiación. En ciertos casos la energía luminosa se convierte en energía cinética de los átomos y por tanto hay producción de calor. Frecuentemente la absorción es selectiva, o sea que la energía correspondiente a ciertas frecuencias es absorbida y no las otras; una capa de algunos metros de agua aparece azul porque las otras frecuencias fueron absorbidas (figura 3).

Absorción con emisión de radiación. En otros casos, la energía luminosa se convierte en energía luminosa con ciertas características como hemos visto en la sección anterior con los fenómenos de resonancia, fluorescencia y fosforescencia.

REFLEXION DE LA LUZ


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La experiencia muestra que cuando un rayo de luz se refleja sobre una superficie plana, la naturaleza de |a4uz reflejada se puede describir en función de leyes sencillas y bien definidas.

La más simple de ellas se conoce como la ley de la reflexión. De acuerdo con esta ley, el ángulo de incidencia del rayo de luz sobre la superficie reflectora es exactamente igual al ángulo que forma el rayo reflejado con la misma superficie. Sin embargo, en vez de considerar el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión desde la superficie especular, se acostumbra medirlos desde una línea perpendicular al plano del espejo. Esta línea, como se muestra en la Fig.4 se llama normal.

A medida que el ángulo i crece, el ángulo γaumenta exactamente la misma cantidad, así que, para todos los ángulos de incidencia

ángulo i = ánguloγ

En otras palabras el ángulo de incidencia (i) es igual al ángulo de reflexión (γ), Además, el rayo incidente, el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano.

Este fenómeno obedece a las siguientes leyes enunciadas por Snell:

1. Los rayos incidente, reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia , están en un mínimo plano

2. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión como se menciona anteriormente.

3. La razón o el cociente del seno del ángulo de incidencia al seno del ángulo de refracciones una constante es decir:

Senisenr

=ndondenesunaconstante

n se denomina índice de refracción del segundo medio con respecto al primero.

Al hablar de una superficie especular, no necesariamente se trata de una placa plateada de vidrio, un espejo es cualquier superficie lo suficientemente lisa para producir una reflexión regular como se acaba de describir.


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a. Reflexión especular: Cuando todos los rayos reflejados son paralelos: es el caso de los metales pulidos, las superficies de los líquidos y los espejos.

b. Reflexión difusa: Cuando los rayos son reflejados en todas las direcciones, eso es debido a las irregularidades de la superficie es el caso de las superficies rugosas o mates.

REFRACCION DE LA LUZ

Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie de separación de dos medios trasparentes de diferente densidad, generalmente experimenta un cambio de dirección, como lo esquematiza la figura 5. A este fenómeno se le da el nombre de refracción. Si en el punto de incidencia levantamos la normal (N) a la superficie, el ángulo entre ésta y el rayo incidente se llama ángulo de incidencia (í), y el formado por la normal y el rayo refractado, ángulo de refracción (f).

Todos hemos observado cómo un lápiz introducido dentro de un vaso con agua pura parece estar quebrado; lleve a cabo esta experiencia y explique lo observado. Realice igualmente esta otra experiencia: deposite una moneda en el fondo de una taza y aléjese hasta que deje de observar la moneda. Pídale a un amigo que vierta agua en la taza. ¿Qué observa? Trace el camino seguido por los rayos de luz desde la moneda hasta su ojo. Finalmente, ilumine con una linterna la superficie de una alberca de agua en una noche oscura. ¿Observa el haz refractado?

Este fenómeno recibe el nombre de refracción de luz y tiene lugar siempre que los rayos luminosos cambian de medio de propagación. La luz al pasar del agua al aire cambia la dirección de propagación. Por eso desde el aire vemos los objetos sumergidos en una posición distinta a la que en realidad ocupan.


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ELEMENTOS DE LA REFRACCION

El rayo refractado es aquel que se propaga después de producirse la refracción. El ángulo de refracción es el ángulo formado por la normal y el rayo refractado.

INDICE DE REFRACCION Y VELOCIDAD DE LA LUZEl índice de refracción n, de un medio se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad v, con la que se propaga en dicho medio, al índice de refracción de una sustancia respecto al vacio se llama índice de refracción absoluto. En la siguiente tabla muestran el índice de refracción de algunas sustancias.

El índice de refracción se expresa como:

n= cv

Ejemplos

1. En un líquido, la velocidad de la luz es de 214000 Km/seg. ¿Cuál es el índice de refracción de este líquido?

Solución:

n= cv=300000 Km /seg

214000 Km /seg=1.4


Sustancia N Sustancia n

Agua 1,33 Vidrio Flint 1,66

Alcohol 1,36 Cloruro

Bisulfuro de sodio 1,53de carbono 1,63 Diamante 2,41Aire 1,0003 Rubí 1,76 1

Helio 1,00004 Hielo 1,30 j

Cuarzo 1,46 PlásticoVidrio crotón 1,52 (promedio) 1,5

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2. ¿Hallar la velocidad de la luz en el agua?Solución: Según la tabla el índice de refracción del agua es 1.33Se debe despejar la fórmula del índice de refracción para hallar la velocidad.

v= cn

v= cn=300000 Km /seg

1.33=230000 Km /seg

DISPERSION DE LA LUZ

Es sabido desde la antigüedad que la luz solar, al pasar por cristales transparentes o joyas de varias clases, produce brillantes colores. Los primitivos filósofos, intentando explicar el fenómeno, atribuyeron el origen de los colores al propio cristal. Fue Newton el primero en demostrar con prismas que los colores estaban ya presentes en la luz blanca del sol y que la función del prisma era separar los colores, refractándolos en diferentes direcciones.

Si la luz blanca incide sobre un prisma, la experiencia muestra que se observa un espectro continuo de todos los colores del arcoíris: es el fenómeno de la dispersión (Fig. 6). Esto nos muestra que la luz está formada por una serie infinita de colores.El arco iris es la exhibición más espectacular del espectro de la luz blanca en la naturaleza.Las condiciones requeridas para la aparición de este fenómeno, son que el sol esté brillando en algún lugar del cielo y la lluvia esté cayendo en la parte opuesta. Dando uno la espalda al sol, se pueden ver como arcos de círculos, el arco iris primario brillante y, a veces, el arco iris secundario, más débil, con los colores invertidos.Vistos desde alguna altura conveniente o desde un avión, estos arcos pueden formar círculos completos, cuyo centro común está situado en la dirección de la sombra del observador.La teoría elemental del arco iris fue dada primero por Demini en 1611 y, posteriormente, desarrollada con mayor exactitud por Descartes. Las características generales de los arcos primarios y secundarios son explicadas satisfactoriamente al considerar sólo la reflexión y la refracción de la luz por una gota esférica de lluvia.


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Para comprender como se produce el fenómeno, concentremos nuestra atención en una sola gota esférica de lluvia, como se muestra en la figura 7.

Se muestra un rayo de luz entrando en una gota por el punto M, cerca de su parte superior. En este punto, algo de la luz se refleja (no se indica) y el resto se refracta dentro de la esfera líquida. En esta primera refracción la luz se dispersa en sus colores espectrales, el violeta es el que se desvía más y el rojo el que se desvía menos.Llegando al lado opuesto de la gota, cada color es parcialmente refractado hacia afuera dentro del aire (no se indica) y en parte reflejado hacia atrás dentro del líquido. Alcanzando la superficie en el límite inferior, cada uno de los colores es otra vez reflejado (no se indica) y refractado.De todos los rayos del sol que caen sobre un lado de cada gota individual, sólo una pequeña parte de ellos es responsable de las características del arco iris prima rio y secundario.

REFLEXION TOTALCuando la luz penetra de un medio menos denso ópticamente a uno más denso, por ejemplo de aire a vidrio, resulta la ecuación:

sin i=n sin r

r es siempre más pequeño que i, por tanto el rayo se acerca a la normal (salvo cuando i=0, porque en este caso r=0, no hay desviación del rayo incidente). En el caso de que i=90º el ángulo de refracción critico es:

sin 90=n sin rc como sin 90=1 tenemos :sin rc=1n


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Ejemplo:1. ¿Cuál es el ángulo critico del vidrio de índice de refracción n= 1.5?

Solución:

a. Remplazando en la formula tenemos

sin rc=¿ 1n= 1

1.5=0.66¿

b. A hora despejamos a rc para hallar el ángulo de refracción critico

rc=sin−1 0.66=42

2. Un rayo luminoso pasa del agua (n= 4/3) al aire con un ángulo de incidencia de 37º. Hallar el ángulo de refracción.

Solución:

1. Aquí el ángulo de incidencia es el ángulo r de la relación:

sin i=n sin r

2. Y el ángulo de refracción es el ángulo i, luego tenemos:

sin i=n sin r=sin i=43

sin 37

sin i=43∗0.6=0.8

i=sin−10.8=53

3. En el ejercicio anterior ¿Cuál es el ángulo crítico en el agua?

Solución:

sin rc=¿ 1n= 1

1.333=0.75¿

rc=sin−1 0.75=49


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EJERCITACIÓN

Resolver las siguientes problemas en su cuaderno:

1. Un rayo luminoso incide con un ángulo de 53º sobre agua de índice 4/3. ¿Cuál es el ángulo de refracción?

2. Un rayo luminoso incide con un ángulo de 90º sobre un vidrio y se refracta con un ángulo de 37º.

a. ¿Cuál es el ángulo de refracción crítico?b. ¿Cuál es el índice de refracción de este vidrio?

3. ¿Cuál es el ángulo de refracción crítico para un cuerpo de índice de refracción 2?4. Plantea un ejemplo de una situación que permita justificar la naturaleza ondulatoria de

la luz.5. Encontrar la velocidad de la luz en la gasolina, si el índice de refracción es de 1.425.6. Encontrar la velocidad de la luz en el bisulfuro de carbono, si el índice de refracción es

de 1.67.7. ¿En qué medio se mueve la luz a mayor velocidad en el alcohol o en el aire?8. En una sustancia M la velocidad de la luz es mayor que en otra N. ¿Cuál tiene un

índice de refracción mayor?9. ¿Por qué un diamante expide tanta luz?10.Realizar un mentefacto sobre el tema anterior.


A Trabajar!

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ESPEJOSENUNCIACIÓN

ClasificaciónLos espejos son superficies capaces de reflejar la luz. Puede hacerse con metales pulimentados o con cristales.Planos Angulares

Clases Cóncavos , Convexos Curvos o Esféricos

Conceptos básicos

En las imágenes de espejos planos se utilizan términos como:

a. Campo del espejo: Conjunto de puntos del espacio por los cuales puede pasar los rayos luminosos que inciden en el espejo.

b. Imagen real: Imagen que se obtiene en el campo del espacio.c. Imagen virtual: Imagen que se obtiene en puntos diferentes al campo del espejo.

do: Distancia del objeto al espejo. di: Distancia de la imagen al espejo. Ho: Tamaño del objeto. Hi: Tamaño de la imagen. f: Distancia Focal

Características de la imagen en los espejos planos

a. Imagen virtual: es decir, por detrás del espejo.b. do = di (Distancia entre la imagen de un objeto y espejo plano que la produce, es igual a la

distancia entre el objeto y el espejo.)c. tamaño de la imagen = tamaño del objeto. d. Parece invertir los lados derecho e izquierdo.e. Vemos la imagen al derecho nunca invertida.

ELEMENTOS DE UN ESPEJO ESFÉRICOSon aquellos en donde la superficie reflectora es un casquete esférico. Los espejos que no son planos proporcionan imágenes distorsionadas, en cuanto a la forma, y el tamaño real de los objetos reflejados en ellos. Esta distorsión se debe, precisamente, a que la superficie


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reflectante de dichos espejos no es plana, sino semiesférica. Dentro de este tipos de espejos podemos distinguir dos clases: los espejos cóncavos y los convexos.

En los espejos cóncavos, los rayos que inciden paralelos al eje al reflectarse pasan por el foco. En los espejos convexos, los rayos que inciden paralelos al eje parecen venir del foco.

a. Campo del espejo: Puntos del espacio por los cuales pueden pasar los rayos luminosos que inciden en la superficie.

b. Centro de curvatura (c): Punto del espacio equidistante de todos los puntos del espejo.c. Radio de curvatura (r): Distancia del centro de curvatura al espejo.d. Vértice del espejo (v): Punto medio del espejo.e. Eje principal: Recta que pasa por el centro de curvatura y de vértice.f. Eje Focal: Plano perpendicular al eje principal situado a mitad del espejo.g. Foco (f): Punto medio entre el eje de curvatura y el vértice.h. Distancia Focal: Distancia que hay desde el foco hasta el vértice del espejo.


Interior convexo

Exterior cóncavo

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RAYOS NOTABLES EN UN ESPEJO CONCAVO

Todo rayo que incide pasando por el centro de curvatura se refleja en la misma dirección.

Todo rayo que incide pasando por el foco se refleja para lelo al eje principal

Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refleja pasando por el foco

Si dos rayos inciden paralelos se interceptan en el plano focal

CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES: MÉTODO GRÁFICO

Para la obtención de la imagen de un objeto situado frente a un espejo esférico se emplean básicamente tres rayos, de los cuales, resultan indispensables sólo dos de ellos; para esto se traza:

1. Un rayo paralelo al eje principal que incide en el espejo, se refleja pasando por el foco principal.

2. Un rayo luminoso que pasa por el foco principal que incide y se refleja paralelamente al eje principal.


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3. Un rayo luminoso que pasa por el centro de curvatura el cual incide y se refleja siguiendo la misma trayectoria.

EN UN ESPEJO CÓNCAVO


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EN UN ESPEJO CÓNVEXO


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FORMULAS DE LOS ESPEJOS ESFERICO

dodi

= HoHi

Las distancias son directamente proporcionales a los tamaños.

1do

+ 1di

=1f

Formula de Descartes (figura 10), f =R2

donde R es el radio


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EJERCITACIÓN

Resolver las siguientes problemas en su cuaderno:

1. Un objeto de 0.5 cm de altura se coloca a una distancia de 8 cm frente a un espejo esférico de radio 6 cm. Determina el tamaño y posición de la imagen en los siguientes casos. Indica si la imagen es real, virtual, derecha o invertida. Calcular la imagen gráficamente y analíticamente.

a. El espejo cóncavo.b. El espejo convexo.

2. El radio de curvatura de un espejo esférico cóncavo es de 180 cm. ¿A qué distancia de dicho espejo se debe colocar un objeto para que proyecte una imagen real e igual a la mitad del tamaño del objeto?


A Trabajar!

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LENTESENUNCIACIÓN

Una lente es toda sustancia transparente limitada por dos superficies de las cuales por lo menos una de ellas debe ser esférica.

CLASES DE LENTES

Convergentes. Cuando la parte central es más ancha que los bordes; se caracteriza por hacer que los rayos paralelos al eje principal que llegan a la lente se refracten de manera que todos concurran en un solo punto.

Divergentes. Cuando los bordes son más anchos que la parte central, se caracteriza por hacer que los rayos paralelos al eje principal que llegan a la lente se separen de manera que sus prolongaciones se corten en un solo punto.


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ELEMENTOS DE UNA LENTE

Centro Óptico (Co). Es el centro geométrico de la lente.Centros de Curvaturas (C1, C2). Son los centros de las esferas que originan la lente.Radios de Curvatura (R1, R2). Son los radios de las esferas que originan la lente.Eje Principal. Es la recta que pasa por los centros de curvatura y el centro óptico.Foco (F).- Es aquel punto ubicado en el eje principal en el cual concurren los rayos incidentes paralelos al eje principal. Toda lente tiene 2 focos, puesto que la luz puede venir por uno u otro lado de la lente.

Distancia focal (f). Es la distancia del foco principal a la lente, este valor se determina con la ecuación del fabricante que posteriormente estudiaremos.Foco objeto (Fo). Es el foco ubicado en el espacio que contiene al objeto.Foco imagen (Fi). Es el foco ubicado en el espacio que no contiene al objeto.Foco principal (F). Es el punto en el cual concurren los rayos refractados o las prolongaciones de los refractados que provienen de los rayos incidentes paralelos al eje principal y que provienen del objeto, el foco principal puede estar ubicado en el foco imagen o en el foco objeto.


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OBSERVACIONES- En las lentes, a diferencia de los espejos, la zona en que está el objeto se llama zona virtual, en donde cualquier distancia tiene signo negativo; la zona detrás de la lente se llama zona real y allí cualquier distancia tiene signo positivo; la distancia objeto, es la distancia del objeto a la lente y a pesar que se encuentra en la zona virtual, siempre se mide con signo positivo.- En los espejos, la distancia focal es la mitad del radio de curvatura, en las lentes, esto casiNunca sucede.

EJERCITACIÓN


1. Investigar en qué condiciones una lente convergente puede producir una imagen virtual

2. Diga de que se distinguen, con respecto a su forma, las lentes convergentes de las divergentes.

3. Escriba algunos instrumentos ópticos y su aplicabilidad en la vida cotidiana.4. Investigar cual es la diferencia entre imágenes reales y virtuales formadas por los

espejos. 5. Escoja 20 palabras entre los temas de espejos y lentes y realiza una sopa de letras.


A Trabajar!

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MATERIALES:

Fuente de luz Trozo de cartulina negra de 8 cm x j cm f Vidrio opaco o papel mantequilla, pantalla) Regla Espejo cóncavo cuchilla


Vamos a Jugar Con la Óptica!

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PROCEDIMIENTO

1. Recorta en la cartulina una flecha como se muestra en la figura. Mide el tamaño de la flecha. Este es el tamaño Ho del objeto a partir del cual determinaremos la imagen producida por el espejo cóncavo, pues la luz que la atraviesa incide en el espejo.

2. Arma el montaje

3. Podemos proyectar la imagen en una pantalla traslucida (vidrio esmerilado o papel mantequilla). Para alguna posición del objeto se mide su distancia al espejo do, y después de ubicar sobre la pantalla la imagen invertida (en el sitio en el que la observes con mayor nitidez). mide su distancia al espejo di. Mide la altura de la imagen Hi. Registra los datos en una tabla como la del ala lado.

4. Varía sucesivamente la posición del objeto con respecto al espejo y registra en cada caso los datos obtenidos.

5. Calcula, para cada par de datos de do y di, la distancia focal del espejo a partir de la expresión: registra los valores en la tabla

1do

+ 1di

=1f

6. Determina el valor promedio de la distancia del focal del espejo.

7. En cada coso, calcula la razón entre el tamaño de la imagen y el tamaño del objeto (Hi/Ho). También calcula la razón entre la distancia de la imagen al espejo y la distancia del objeto al espejo (di/do). Registra los valores en la tabla.

8. Busca una posición del objeto con respecto al espejo para la cual no se produce imagen real. Es decir, que la imagen no se puede proyectar sobre la pantalla. Indica la distancia del objeto al espejo.

9. De tres conclusiones sobre la actividad experimental.


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UNIDAD TRES: ELECTROSTÁSTICA.

PROPÓSITOComprende con claridad el comportamiento de las cargas eléctricas en reposo, reconoce cómo estas ejercen fuerzas a distancia sobre otras cargas que estén en su entorno y calcula el valor de dicha fuerza mediante la aplicación del modelo matemático pertinente.

Precisa el voltaje como la energía que se debe invertir para desplazar una carga, y a partir de este concepto abstrae el de corriente eléctrica, es decir las cargas en movimiento.


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LECTURA AFECTIVALA ELECTRICIDAD EN NUESTRO CUERPO

El funcionamiento de todas las células del organismo depende del flujo de iones, cargados eléctricamente, a través de su membrana celular. De esta manera, la percepción de los diferentes estímulos y la emisión de respuestas que nos permiten reaccionar frente a las condiciones cambiantes de nuestro medio ambiente, dependen de la producción de corrientes eléctricas de cargas muy pequeñas, que permiten que los músculos se contraigan y que las señales nerviosas viajen hasta el cerebro donde son procesadas. Con el desarrollo de electrodos cada vez más precisos y pequeños, se ha estudiado con éxito el comportamiento de varios órganos de los sentidos como los ojos y la nariz, la actividad cerebral y las contracciones musculares como la del corazón. Gracias a sus formidables resultados ha sido posible detectar y tratar a tiempo muchas enfermedades.

Durante mucho tiempo se consideró al encéfalo como una caja Pandora, donde era posible observar los resultados de su funcionamiento, por ejemplo huir frente a los peligros o enfadarse ante una agresión, pero no su funcionamiento en sí. Sin embargo, gracias al desarrollo de técnicas como los electroencefalogramas, que permiten medirla actividad cerebral, se están logrando grandes adelantos en el conocimiento de lo hasta hace poco desconocido.

Un electroencefalograma (EEG) es el registro de las ondas eléctricas producidas por el cerebro, que refleja las corrientes eléctricas emitidas los miles de millones de pequeñas células nerviosas que lo componen. Para obtener un EEG se deben colocar varios electrodos en lugares diferentes del cuero cabelludo, a través de los cuales se captan los cambios temporales del potencial eléctrico. El electrodo detecta la actividad de la parte del cerebro que se encuentra bajo él, principalmente de la corteza cerebral, que es donde se producen la mayoría de procesos complejos relacionados con el aprendizaje y el lenguaje.

Esta información la envía al electroencefalógrafo donde es registrada por medio de una imagen. El procedimiento es muy sencillo y sólo toma una hora en la que el paciente debe permanecer lo más quieto y tranquilo posible. Los EEC se utilizan para estudiar la actividad del cerebro, y para diagnosticar algunas de sus enfermedades. Se ha encontrado por ejem-plo, que la actividad del cerebro cambia a lo largo de te noche durante las diferentes etapas del sueño. Sólo en una de ellas se producen los sueños y las pesadillas, que van acompañadas de señales inhibitorias del cerebro hacia los músculos esqueléticos. En el diagnóstico médico se ha utilizado con éxito para los trastornos de ataques convulsivos, las lesiones y los dolores de cabeza, los desórdenes de aprendizaje, los tumores cerebrales, la amnesia y los disturbios del dormir.


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ELECTROCARDIOGRAMAS

Los eventos eléctricos que ocurren en el musculo cardiaco durante los latidos del corazón, y que son responsables de su contracción pueden ser registrados mediante electrodos colocados sobre la superficie del cuerpo, usualmente las «muñecas o los tobillos. La actividad eléctrica' responsable de la contracción de cada una de las células del corazón, se inicia en una región conocida como marcapasos y se transmite eléctricamente al resto de las células del miocardio- produciendo su contracción. La transmisión del impulso eléctrico es tan fuerte que fluye fuera del corazón hacia todo el cuerpo, de tal manera que puede ser registrada por un electrocardiograma (ECG).

Los electrocardiogramas son analizados por un cardiólogo que de acuerdo con la frecuencia, el ritmo y la morfología de las ondas eléctricas producidas por el corazón, diagnostica algunas enfermedades y anomalías cardiacas para quesean tratadas eficaz y oportunamente. Algunas de estas anomalías detectadas mediante electrocardiogramas por producir patrones anormales en las ondas, son los ataques al corazón, en los que incluso se puede conocer la región que ha sido afectada, los soplos y las arritmias.

ELECTRORRETINOGRAMAS

Algunas veces es de gran utilidad registrar la actividad eléctrica del ojo, para estudiar su funcionamiento e inspeccionar su salud. Este procedimiento se realiza mediante un electrodo de registro colocado en la córnea, mientras que otro electrodo se ubica en otra parte del cuerpo. Cuando se aplica un estímulo luminoso al ojo, la actividad eléctrica que este experimenta queda registrada en un retinograma que detecta la actividad de las células foto receptoras y de otras neuronas en la retina. Tomó varios años entender la actividad eléctrica de la retina, pero actualmente se sabe que es debido a las células receptoras visuales, a los receptores retínales de segundo orden que reciben información de las células receptoras y a las células del epitelio pigmentario que evitan la pérdida de luz.


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1. Lee el texto y subraya los términos desconocidos mínimo 8 y búscalos en el diccionario.

2. Algunas sustancias como el alcohol o el café, afectan las propiedades de las membranas celulares, alterando el funcionamiento de los impulsos eléctricos transmitidos. ¿Qué opinas sobre su uso? ¿Cuáles pueden ser las consecuencias de su utilización?

3. Consulta acerca de los marcapasos artificiales: ¿Cuáles son sus principios?, ¿Los puede utilizar cualquier persona? ¿Cómo se ven afectados por otros dispositivos eléctricos?

4. Averigua de otras técnicas utilizadas para registrar la actividad cerebral, como la tomografía axial computarizada (TAC) basada en la inyección de glucosa radiactiva.

5. Realizar un mentefacto conceptual sobre la lectura.


A Trabajar!

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PRINCIPIO DE CONSERVACION DE CARGA ELECTRICA.

ENUNCIACIÓN

Las cargas con igual signo se repelen Las cargas con distinto signo se atraen.

CONDUCTORES

En donde los iones pueden moverse libremente. En los conductores líquidos o gaseosos, lo iones de dos signos pueden moverse. En los metales solamente pueden moverse los electrones. Esto se debe a que los electrones de las orbitas mas externas son poco unidos al núcleo. Algunos ejemplos de conductores son el aluminio, el cobre, el hierro, el mercurio, el níquel, el oro, la plata, el platino.


Las cargas no se crean ni se destruyen; solamente se trasladan de un cuerpo a otro o de un lugar a otro en el interior del cuerpo.

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AISLADORES O DIELECTRICOS

En donde los iones no pueden moverse, esto se debe a que todos los electrones están fuertemente adheridos al núcleo. Se pueden citar como aislantes: el caucho, la madera, el vidrio, y los plásticos en general.

SEMICONDUCTORES

Son aquellos que poseen muy pocos electrones libres y por tanto, son cuerpos intermedios entre los conductores y los aislantes. El cristal de germanio es un ejemplo.

CLASES DE ELECTRIZACIONConsiste en el reordenamiento de las cargas en un conductor debido a la presencia de otro cuerpo cargado.

Considere una barra de caucho cargada negativamente y una esfera metálica neutra (si carga). Al acercar la barra de caucho a la esfera metálica la fuerza de repulsión entre los electrones de la barra y los de la esfera originan una distribución de carga, de modo que algunos electrones se desplazan a lado de la esfera más lejano de la barra. Al conectar la esfera a la tierra por medio de un dispositivo, algunos de los electrones salen de la esfera por el alambre de conexión hacia la tierra. Al retirar la conexión a la tierra la esfera conserva un exceso de carga positiva, y finalmente cuando se retira la barra de caucho, la esfera adquiere una carga uniforme. A este método se le conoce método se le conoce como inducción.

LEY DE COULOMB

El físico francés Charles Coulomb (1736 -1806), mediante una balanza de torsión, estudio las fuerzas con la que se atraían o se repelían los cuerpos cargadas y llego a las siguientes conclusiones:

Las fuerzas eléctricas dependen de los valores de las cargas. Cuanto mayor son estos valores, mayor es la fuerza con que se atraen o se repelen.

Las fuerzas eléctricas dependen de la distancia que separa las cargas. Cuando la distancia aumenta la fuerza entre ellas disminuye. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.


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Las fuerzas de atracción o de repulsión que ejercen dos cargas puntuales q1 y q2 son directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Es decir la fuerza entre dos cargas q1 y q2 que se encuentran separadas por una distancia r se expresa como:

F=K q1∗q2r2

En esta expresión K es la constante electrostática, se expresa como K=9∗109 N m2

C2 esto

depende del medio en el que se encuentren las cargas. En este caso es el vacio.

El valor de la carga del electrón es qe = K=1.6∗10−19C. Una carga eléctrica de un culombio es muy grande luego suele utilizarse el microculombio: 1μC=10−6C .

Ejemplo:

Calcula el valor de las fuerzas que ejercen dos cargas cuyos valores son 2∗10−4 C y 0.8∗10−4C , si se encuentran a una distancia de 2 cm.

Solución:

Siempre se debe pasar la distancia metros

2cm 1m100 cm

=0.02 m

Usamos la fórmula para hallar la fuerza.

F=9∗109 N m2/C 2 2∗10−4 C∗0.8∗10−4 C(0.02 m)2

=360000 N

LA FUERZA ELECTRICA EN OTROS MATERIALES

Tabla de valores de la constante dieléctrica, Kd

Vacio 1Aire 1

Vidrio 4.5Aceite 4.6Mica 5.4Agua 81

Para expresar la influencia del medio, la constante dieléctrica K se puede expresar como.


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K=9∗109 N m2/C2

Kd

En esta expresión, Kd es la llamada constante dieléctrica del medio material y es un número que carece de unidades. En la tabla aparecen las contratantes dieléctricas de algunas sustancias.

Ejemplo

Calcula la fuerza entre dos cargas cuyos valores son 3 μC y−4 μC que se encuentran separadas a una distancia de 1 cm dentro de agua.

Solución

Mediante la expresión

K=9∗109 N m2/C2

KdCalculemos el valor de la constante en el agua:

K=9∗109 N m2/C2

81=1.1∗10−8 N m2 /C2

Hallamos la fuerza electrostática con este nuevo valor:

F=1.1∗10−8 N m2/C2 3∗10−6C∗4∗10−6 C(0.01 m )2

=13.2 N

El valor de las fuerzas de atracción entre las cargas cuando se encuentran en agua es 13.2 N.

SIMULACIÓN


- -

PGF03-R03


1. Realizar 2 mentefacto conceptual de la temática trabajada hasta el momento.

EJERCITACIÓN

2. ¿Cuántos tipos de energía eléctrica existen en la naturaleza?, ¿Cómo se denominan?

3. ¿En qué condiciones existen atracción de cargas eléctricas? ¿Y en qué condiciones se repelen?

4. ¿Qué partícula se transfiere de un cuerpo a otro en el proceso de electrización por frotamiento?

5. ¿Cuál de los dos cuerpos quedara electrizado positivamente?, ¿Y cuál quedara electrizado negativamente?

6. Escriba la expresión matemática de la Ley de Coulomb explicando el significado de cada símbolo que aparece en ella.

7. Dos cargas puntuales negativas, cuyos módulos son Q1=4.3µC y Q2=2.0 µC, están situadas en el aire y separadas a una distancia r= 30cm.

a. Trace en la figura la fuerza Q1 ejerce sobre Q2. ¿Cuál es el valor de esta fuerza?


A Trabajar!

PGF03-R03

8. Considere el ejercicio anterior y suponga que el valor de las cargas Q 1 y Q2 se mantienen constantes.

a. Si la distancia entre estas cargas se vuelve 5 veces mayor, ¿la fuerza entre ellas aumentara o disminuirá? ¿Cuántas veces?

b. Si la distancia entre las cargas se vuelve dos veces menor, ¿la fuerza entre ellas aumentara o disminuirá? ¿Cuántas veces?

9. Suponga ahora las cargas eléctricas del ejercicio 7 se sumergen en glicerina conservando los valores de Q1 y Q2 y r mencionados en dicho ejercicio.

a. En este caso el valor de la fuerza ¿aumentara o disminuirá?, ¿Cuántas veces? (Considere la constante dieléctrica de la glicerina es 43)

b. Entonces, ¿Cuál será el valor de la fuerza entre Q1 y Q2 cundo están sumergidas en la glicerina?


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CAMPO ELECTRICOENUNCIACIÓN

Cuando un cuerpo está situado en el campo de gravitación terrestre se halla sometido a una fuerza (peso del cuerpo) ejercida por la tierra.De la misma forma el campo eléctrico es una región del espacio perturbada por cargas eléctricas. Dicha región ejerce fuerza carga que en ella este.Un campo eléctrico por ser una magnitud vectorial, tiene como características importantes la dirección, el sentido y la intensidad

DIRECCION Y SENTIDO DE UNA CAMPO ELECTRICO

La dirección y el sentido de un campo eléctrico se definen como la dirección y sentido de la fuerza que se ejercería sobre una carga puntual positiva situada en dicho punto.

INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICOPara comprobar si en una región del espacio existe un campo eléctrico, utilizamos una carga Q de prueba. Si en dicha región esta carga experimenta una fuerza F, se define el campo eléctrico E en tal punto como:

E=FQ

F = Fuerza del campo eléctricoQ = Carga eléctrica que origina el campoE = Intensidad del campo eléctrico

Si no se conoce la fuerza se puede halla la intensidad del campo eléctrico de la siguiente forma.

E=K∗Qr2


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Ejemplo:

Una carga eléctrica puntual Q=5.4 μC se encuentra en el aire considera un punto P situado a 20 cm de Q. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico generado por Q en P?

Solución: Expresamos la distancia en metros.

20cm 1m100 cm

=0.2m

Usamos la formula de intensidad del campo eléctrico.

E=9∗109 N m2/c2∗5∗10−6C(0.2m)2 =1125000 N

C

CAMPO ELECTRICO GENERADO POR VARIAS CARGAS

Cuando el campo en un punto P es generado por varias cargas puntuales Q1, Q2, Q3….Qn se determinaran los vectores E1, E2, E3,…..En en dicho punto y luego se suman vectorialmente.

POTENCIAL ELECTRICOEl trabajo realizado sobre una carga transportada es el voltaje o diferencia de potencial. Un voltaje también llamado diferencia de potencial, de 1.5 voltios en una pila, significa que pase 1C de un borne al otro lado de la pila, debe efectuarse un trabajo de 1.5 Julios.Cada unidad de carga representa un trabajo. Una carga eléctrica Q+ que se coloca en un campo eléctrico experimenta una fuerza F ejercida por el campo que hará que se desplace, dicha fuerza realizara un trabajo sobre la carga Q para transportar la carga desde el punto A al punto B.


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V= KQr

Ejemplo: Determinar el potencial eléctrico en el punto P debido a la configuración de cargas puntuales mostradas en la figura q1 = 2 x10−6 C ;−1.5 x10−6C , r1=0.08m y r2= 0.05m

Solución:Se debe hallar un diferencial de potencial por cada distancia.

V=(9∗10¿¿9)∗(2∗10−6)

0.08 m=225000 Nm

C¿

V=(9∗10¿¿9)∗(−1.5∗10−6)

0.05 m=−270000 Nm

C¿

Luego de hallar cada uno de los potenciales se suman para hallar el potencial originado en el punto P.

225000 v+(−270000 v )=−45000 v

Hay que tener en cuenta que NmC equivale a voltios.


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EJERCITACIÓN


1. Explica que es un sistema conservativo.

2. Entre dos cargas eléctricas. ¿Qué tipo de fuerzas se puede presentar?

3. Para duplicar la fuerza que ejercen dos cargas se debe

a) Duplicar la magnitud de las cargasb) Duplicar la distancia entre las cargasc) Duplicar la magnitud de una de las cargasd) Reducir a la mitad la distancia entre las cargas

4. Determina los valores del campo eléctrico y el potencial para un punto situado a 25 cm de una carga q=−2 x10−5C.

5. Determina el campo y el potencial eléctrico en el punto P. si q1=2.5x 10−6 C ,q2=−5 x10−6 , r=0.4cm.


A Trabajar!

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6. Hallar la distancia de un potencial eléctrico de 95V que posee una carga de 3 μC.

7. Hallar el potencial eléctrico con respecto al punto P. Si q1=5μC ,q2=−2 μC ,q3=6μC .

8. Hallar la fuerza y el campo eléctrico de la siguiente figura teniendo en cuenta: q1=−3μC ,q2=−6 μC ,q3=4 μC


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CORRIENTE ELECTRICAENUNCIACIÓN

Es el movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor.

En un conductor, los electrones se encuentran en movimiento desordenado debido a la agitación térmica. No tiene una dirección de movimiento definida a lo largo del alambre, pues el número de electrones que se desplazan en un sentido en promedio es igual número de los que se desplazan en sentido contrario.

Cuando se produce una diferencia de potencial entre los extremos del conductor las cargas negativas tienden a moverse en sentido contrario al campo y las positivas en el mismo sentido.

Si se aplica un campo eléctrico en el interior del conductor, este campo actuara sobre las cargas libres, poniéndolas en movimiento, estableciendo una “Corriente eléctrica”

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE

Se define intensidad de corriente como la cantidad de carga que pasa por una sección del conductor en la unidad de tiempo.

i=Qt

Q= valor de la carga eléctrica t= tiempo

UNIDADES DE INTENSIDAD DE CORRIENTE

En el sistema internacional, la unidad de intensidad de corriente se denomina amperio en el honor al físico Andrés Ampere y se define como la carga de un Coulomb que pasa a través de una sección de un conductor cada segundo:

[ i ]=1 C1 s

=amperio=1 A


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Ejemplo:

Si por un punto de alambre pasan 40 C en 12s ¿Cuál es la intensidad de la corriente?

Solución: i=40C

12 s=3.33 A

FUERZA ELECTROMOTRIZ (f.e.m)

Al unir el alambre de la pila se establece una diferencia de potencial que hace que circule una corriente eléctrica cuyo sentido convencional se muestra en la figura.

En el conductor la corriente se dirige del polo positivo al polo negativo, pues la cargas positivas se desplazan desde donde el potencial es más alto hacia donde es más bajo.

Al llegar al polo negativo de la pila, las cargas continúan su movimiento, pasando del polo negativo al polo positivo de la pila.

La intensidad de corriente en cualquier sección del conductor es la misma ya que las cargas no se acumulan dentro de este.

De acuerdo con lo anterior, la corriente que entra al bombillo es igual a la que sale, por eso es un error decir que el bombillo consume corriente. Lo que sucede es que las cargas al pasar por el bombillo le suministran energía.

Por esta razón al producir una corriente eléctrica, la fuente realiza un trabajo sobre las cargas eléctricas. Este trabajo se relaciona con lo que llamamos Fuerza Electromotriz.

La fuerza electromotriz se expresa como:

ε=WQ

W es el trabajo realizado sobre una carga de valor Q.


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RESISTENCIA ELECTRICA

Para que en un circuito eléctrico exista una corriente, además de un generador que proporcione energía, es necesaria la presencia de un conductor. La corriente que circula dependerá de varios factores relacionados con el conductor, como la longitud, el área de la sección transversal y del material del cual está constituido.La resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición de los conductores al movimiento de los electrones.La resistencia eléctrica de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a la sección.Su expresión matemática es:

R=ρ IA

R= Resistencia eléctrica, se mide en OHMIOS. I = Longitud del conductor: se mide en cm, m… A = Sección del conductor y se mide en cm2

ρ = RESISTIVIDAD: se mide en Ωm

La resistividad es una propiedad particular de cada material conductor y nos indica la mayor o menor dificultad que tiene en dejar pasar la corriente eléctrica.

Resistividades de algunos valores a temperatura ambiente

MATERIAL RESISTIVIDADCobre 1.7 x 10-8

Hierro 10 x 10-7

Plata 1.6 x 10-8

Aluminio 2.8 x 10-8

Mercurio 94 x 10-8

Acero 1.0 x 10-6

Estaño 1.2 x 10-7

REPRESENTACION GRAFICA DE UN RESISTOR (RESISTENCIA)

Si el conductor tiene resistencia casi despreciable, se representa por líneas rectas. Por ejemplo en la figura las secciones AB y CD tienen resistencias muy pequeñas. Si la resistencia es grande, se representa por una línea quebrada. Por ejemplo en la figura de la sección BC.

Ejemplo:


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Por un conductor de acero de 2 mm de diámetro circula una corriente de 2A durante un minuto Calcula:

a. La resistencia del conductor.

Solución:

1. La resistencia del conductor se calcula a partir de.

R=p IA

2. Como no se conoce el área de la sección debemos hallarla.3.

a. Como el diámetro del conductor es de 2mm entonces el radio es de 1mm, luego pasamos este valor a metros :

1mm 1m1000 mm

=0.001 m

b. Como la formula de área es π r2 tenemos:

A=π (0.001 m )2=0.00000314 m2

c. Ahora si podemos hallar la resistencia del conductor

R=1x10−6 Ω m 10m0.00000314 m2=3.2Ω


PGF03-R03

LEY DE OHM

La intensidad que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial o voltaje, e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Si se aplica diferentes valores de voltaje a una resistencia se originan corrientes eléctricas diferentes. Si se construye una grafica de intensidad en función del voltaje se obtiene una línea recta la cual indica que la intensidad de corriente es directamente proporcional al voltaje.

De lo anterior se obtiene i=KxV donde K es la constante de proporcionalidad y representa la pendiente de la recta obtenida. Si K se hace igual 1 /R la ecuación anterior se convierte:

i= 1R

xV =VR

CIRCUITOS ELECTRICOS

La corriente eléctrica que fluye a través de un aparato no se consume: la corriente es la misma de entrar al aparato que después de salir de él. En realidad en estas situaciones nos referimos al consumo de energía eléctrica porque esta se transforma en otros tipos de energía: en calor, energía luminosa, energía cinética.

En los circuitos eléctricos es posible distinguir varios elementos, algunos de ellos se simboliza como aparece en el circuito de la figura, en el cual también se han representado un amperímetro y un voltímetro.


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Los interruptores, son elementos que permiten suspender o reanudar el paso de la corriente.

Las fuentes son los dispositivos mediante los cuales se establece diferencia de potencial para que la corriente fluya.

Los conectores, son cables conductores que unen entre si los elementos del circuito y por lo general los consideramos de resistencia despreciable.

Los aparatos eléctricos son los dispositivos que se ponen en funcionamiento al paso de la corriente


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ASOCIACION DE RESISTENCIAS

Los cables conductores que se utilizan en los circuitos para unir los elementos tienen resistencias despreciables y solo la resistencia de los otros elementos tiene el valor estimable. La resistencia se representa por el símbolo representado en la figura.

COMBINACION DE RESISTENCIAS EN SERIE

Dos o más resistencias están asociadas en serie cuando está colocada una a continuación de otra de tal forma que por todas ellas circula la misma corriente. Encontramos una expresión para la resistencia equivalente (Req) de un conjunto de tres resistencias asociadas en serie.

Si llamamos V1, V2, V3 respectivamente, a las diferencias de potencial de las resistencias R1,

R2, R3 tenemos que la diferencia de potencial total entre las tres resistencias es.

V=V1 + V2 + V3 De igual forma tenemos:

Req = R1 + R2 + R3

Ejemplo:

Considera que en la combinación de resistencias de la figura, R1=2Ω, R2 =6Ω, R3=3Ω. Determina:

a. La resistencia equivalente.b. La corriente que circula por cada una de

ellas si el voltaje al que está sometida la combinación es 6 V.


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Solución:

1. Mediante la expresiónReq = R1 + R2 + R3

Obtenemos que la resistencia Req = R1 + R2 + R3 asociadas en serie, se puede remplazar por una resistencia de 11Ω.

2. Como la resistencia equivalente es 11Ω y la diferencia de potencial es 6V, a partir de V = i x R tenemos que:

6V=i x11 Ωentonces despejamos i

i= 6V11Ω

=0.54 A

La corriente que circula por cada una de las resistencias es 0.54 Amperios

COMBINACION DE RERSISTENCIAS EN PARALELO

Cada uno de los extremos de una de ellas está unido a los correspondientes de las otras. Todas ellas tienen la misma diferencia de potencial.

Ejemplo:

Para la combinación de resistencias de la figura R1 = 2Ω, R2 = 6Ω y R3 = 3Ω. Calcula:

a. La resistencia equivalente

b. La corriente que circula por la combinación si el voltaje al que está sometido es 6V.


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Solución:

1. Mediante la expresión 1R

= 1R 1

+ 1R 2

+ 1R 3

obtenemos :

1R

= 12Ω

+ 16 Ω

+ 13Ω

=1Ω

Las tres resistencias en paralelo se pueden remplazar por un solo valor 1Ω.

2. Como la resistencia equivalente es 1Ω y la diferencia de potencial es 6V, a partir de V=ixR tenemos que 6V=ix 1Ω. Despejamos tenemos.

i=6V1Ω

=6 A

La corriente que circula por la combinación de resistencia es 6 A

POTENCIA EN UNA RESISTENCIA

Supongamos que por una resistencia R circula una corriente i y que el potencial en uno de sus extremos es cero y en el otro extremo es V, por tanto al voltaje al que está sometida es V.La potencia que consume la resistencia es P=i xV .Como el voltaje y la corriente se relacionan mediante la expresión V=i x R por tanto,

podemos expresar la potencia como P=i x (i x R ) es decir P=i2 x Rtambién I=VR de donde

P=V 2

R

EFECTO JOULE

Como habrás podido comprobar, los aparatos eléctricos se calientan después de que la corriente circula a través de ellos durante algún tiempo. Este fenómeno, que recibe el nombre de efecto joule, es el fundamento de muchos aparatos, como los calentadores eléctricos y las estufas.


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La energía E consumida por la resistencia R cuando por ella circula una corriente i y está sometida a un voltaje V, es E=i xV x t.Si toda esta energía se manifiesta en forma de calor, tenemos que el calor Q es:

Q=i xV x t

Cuando expresamos las cantidades en unidades del SI, es decir el voltaje en voltios, la corriente en amperios, y el tiempo en segundos, el calor se expresa en julios.

Ejemplo:

En las especificaciones de una plancha, aparece una potencia de 800 W y un voltaje de 120 V. Calcula:

a. La corriente que circula por la planchab. La energía consumida por la plancha en 2 horasc. La energía consumida por la plancha en 2 horas expresada en Kwh

Solución:

1. Puesto que P=i xV tenemos:

i= PV

=800W120 V

=6.7 A

2. Puesto que la energía se expresa como E=i xV x t tenemos que.

E=6.7 Ax 120V x7200 s= 5788800J

3. Para expresar la energía en Kilovatios-hora tenemos E=P x t como 800W=0.8Kw entonces E=0.8 KW x 2h=1.6 KWh


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EJERCITACIÓN

Resolver las siguientes actividades:

1. Escribe al frente de la frase una V si es verdadera y una F si es falso. Justifica t respuesta.

a. La resistencia de un conductor aumenta al aumentar su diámetro. ( )

b. La resistencia equivalente de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo es menor que cada una de las resistencias dadas. ( )

c. La resistencia eléctrica de un conductor disminuye al aumentar la temperatura del mismo. ( )

d. La fuerza electrostática entre dos cargas es proporcional a la distancia que la separa ( )

2. Dos cargas puntuales negativas, cuyos módulos son Q1=4.3µC y Q2=2.0 µC, están situadas en el aire y separadas a una distancia r= 30cm.Calcular la Fuerza.

3. Suponga ahora las cargas eléctricas del ejercicio 2 se sumergen en glicerina conservando los valores de Q1 y Q2 y r mencionados en dicho ejercicio.c. En este caso el valor de la fuerza ¿aumentara o disminuirá?, ¿Cuántas veces?

(Considere la constante dieléctrica de la glicerina es 43)d. Entonces, ¿Cuál será el valor de la fuerza entre Q1 y Q2 cundo están sumergidas

en la glicerina?


A Trabajar!

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4. Se observa que una carga positiva q= 1.5 µC, se encuentra a una distancia de 20cm de un punto P. ¿Calcular la intensidad del campo eléctrico?

5. Determinar el potencial eléctrico en el punto P debido a la configuración de cargas puntuales mostradas en la figura q1 = 2 x10−6 C ;−1.5 x10−6C , r1=0.08m y r2= 0.05m

6. Hallar el potencial eléctrico con respecto al punto P. Si q1=5μC ,q2=−2 μC ,q3=6μC .

7. Una carga eléctrica puntual positiva Q= 4.5μC , se encuentra en el aire. Considere un punto P situado a una distancia r=30cm de Q.a. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico creado por Q en P?b. Si el valor de Q se duplicara. ¿Cuántas veces mayor se volverá la intensidad del

campo en P?

8. En el ejercicio anterior, después de duplicar el valor de Q. Considere un punto P 1

situado a 90 cm de Q.a. La distancia de P1 a Q, ¿Cuántas veces es mayor que la distancia de P a Q?b. Entonces la intensidad del campo en P1 ¿Cuántas veces es menor que en P?c. ¿Cuál es la intensidad del campo en P1?

9. Explica cómo afecta la resistencia de un conductor cuando se aumenta su temperatura.

10.Responde:


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a. Si se remplaza un cable de conexión de un circuito por otro del mismo material y del mismo grosor, pero dos veces más largo, ¿Cómo varia la corriente que circula por el circuito? Explica tu respuesta.

b. Si se remplaza un cable de conexión de un circuito por otro del mismo material y de la misma longitud, pero con el doble de área de la sección, ¿Cómo varia la corriente que circula por el circuito? Explica tu respuesta.

11. Soluciona los siguientes circuitos.

a. El voltaje de cada resistenciab. La intensidad de corriente de cada resistencia

12.A parirtir del circuito mostrado, determina:

a. La resistencia equivalenteb. La diferencia de potencial totalc. Las corrientes i1,i2,i3.


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TALLER TIPO ICFESDEMOSTRACIÓN

Contesta las siguientes preguntas de acuerdo a la lectura.

TORMENTA ELECTRICA

La atmosfera terrestre está cargada eléctricamente con cargas positivas y negativas. A grandes alturas predominan las cargas positivas constituidas fundamentalmente por protones. Se ha comprobado que al condensarse un vapor las góticas tienden a formarse alrededor de granos de polvo y de partículas cargadas eléctricamente, por consiguiente las nubes están en general cargadas eléctricamente. El rozamiento de las nubes con las masas de aire puede también contribuir a la formación de sus cargas eléctricas. Cuando dos nubes y cuyos potenciales son diferentes, se encuentran próximas; pueden ocurrir una descarga eléctrica entre ellas constituyendo un rayo.

1. El rayo puede ocurrir entre una nube y la superficie terrestre. En este caso el rayo se presenta cuando una nube pasa sobre un objeto terminado en punta. Este hecho se debe:

a. El fenómeno de inducción electromagnéticab. El fenómeno de inducción electrostática, ya que la electricidad se acumula en las

puntas, por donde escapa más fácilmente.c. El fenómeno de conducción eléctrica, ya que los electrones se acumulan en las

puntas, por donde escapan fácilmente.d. Al exceso de carga que tiene la nube.

2. La figura muestra un circuito sencillo formado por 4 bombillos iguales conectados a una toma que sirve como fuente. Dos de los bombillos se pueden conectar por medio de interruptores

Si después de haber cerrado el interruptor 1 se cierra el interruptor 2 entonces la corriente fluye por el circuito:

a. Permanece constanteb. Se reduce a la mitad


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c. Se triplicad. Se duplica

3. Después de agregar cierta cantidad de sal al agua, el bombillo alumbra. De lo anterior es válido afirmar que la sal produjo que en el nuevo circuito la

a. Diferencia de potencial fuera mayor que en el inicial

b. Diferencia de potencial fuera menor que en el inicial

c. Resistencia fuera mayor que en el inicial

d. Resistencia fuera menor que en el inicial.

4. La corriente que circula por el circuito cuando el bombillo esta alumbrando es 0.5 amperios. Recordando que un circuito eléctrico el voltaje, la resistencia y la corriente cumplen la relación V=I X Ry que dos resistencias ( R1 y R2) conectadas en serie se comportan como una sola resistencia de valor R1 + R2 es posible determinar que la resistencia en ohmios del agua con sal es:

a. 0b. 30c. 10d. 200

5. Si entre los bornes A Y B se coloca un alambre de cobre a. El bombillo permanece encendido pero ilumina con mayor intensidad porque fluye

más corriente por el circuito.b. El bombillo se apaga porque la resistencia del alambre es mucho menor que la del

bombillo y casi toda la corriente fluye por el alambre.c. El bombillo permanece encendido pero ilumina con menor intensidad porque el

voltaje entre sus bornes ha disminuido.


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d. El bombillo se apaga por que la corriente aumenta mucho y el filamento se funde.

6. Si entre los bornes A Y B se coloca otro bombillo idéntico al primero.a. Los dos bombillos se encienden pero la intensidad de cada uno de ellos baja a la

mitad porque la corriente tiene ahora que repartirse entre los dos.b. Los dos bombillo se encienden pero la intensidad de cada uno de ellos baja a la

mitad porque la potencia liberada por la batería debe alimentar dos bombillosc. Los dos bombillos se encienden y la intensidad de cada uno de ellos permanece

igual al valor inicial I porque la batería libera ahora el doble de potencia.d. Los dos bombillos se encienden pero la intensidad de cada uno de ellos baja a la

mitad porque el voltaje de la batería debe dividirse ahora entre los dos bombillos.


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MATERIALES

Bombillas de 6´3 V, 0´1 A y sus correspondientes casquillos Pila de 9 voltios con su porta pilas Conectores...

PROCEDIMIENTO

1. Se trata de hacer los montajes vistos en teoría.

2. Es conveniente hacerlo progresivamente, de la situación más sencilla a la más complicada.

3. Partiendo de una bombilla y la pila, añadir una bombilla en serie, añadir una bombilla en paralelo con ésta última.

4. Es importante haber visto el cambio de brillo que experimentan las bombillas.

5. Todo el mundo espera que las que están en paralelo luzcan menos que antes, pero suele sorprender que la que queda sola, en serie con el conjunto de las dos en paralelo, luzca más que antes.


Vamos a Jugar Con la Electrostática!

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6. Resolver la guía de trabajo que les entrega el docente con respecto a la practica

UNIDAD CUATRO: ELECTROMAGNETISMO

PROPÓSITODetermina de manera práctica y teórica el campo magnético y sus líneas de inducción Determina y aplica las diferentes fuerzas entre conductores, fuerzas magnéticas e inducción magnética. Analiza e interpreta los diseños experimentales y plantea nuevas soluciones para la aplicabilidad de la vida cotidiana.


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LECTURA AFECTIVAEFECTOS DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Los seres vivos hemos estado expuestos a lo largo de la evolución a diversas radiaciones electromagnéticas como las terrestres, las solares y las cósmicas. Sin embargo, a partir del descubrimiento del electromagnetismo, los niveles de intensidad de determinadas frecuencias se han visto multiplicados por cientos, miles o millones de veces. Hoy en día, la atmósfera está llena de ondas electromagnéticas de origen artificial, de baja y alta frecuencia.Las de alta frecuencia incluyen líneas de alta tensión, pantallas del televisor, electrodomésticos y equipos informáticos; y las de baja frecuencia incluyen a las emisoras de radio y canales de televisión, las redes de telefonía móvil, los sistemas de telecomunicaciones y de control de aéreo, los radares, los satélites y los hornos microondas.

Debido a la naturaleza electromagnética de los organismos vivos, somos sensibles a las señales electromagnéticas Lo que distingue a los campos electromagnéticos producidos tecnológicamente de la mayoría de los naturales, es que sus frecuencias estás especialmente bien definidas y, por lo tanto, pueden interferir con la comunicación celular de los seres vivos.


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De esta manera, los campos electromagnéticos de origen tecnológico, cuya acción escapa a la percepción de los sentidos y por eso es más peligrosa, han llegado a constituirse en algunas ciudades, en un factor de contaminación y preocupación por parte de la comunidad.

LAS DOS CARAS DE LA TELEFONIA CELULAR

• Comunicación instantánea...

Los teléfonos inalámbricos, especialmente los celulares, son actualmente el medio de comunicaban más utilizado en el planeta. Fueron concebidos para la transmisión de voz, pero hoy son capaces de transmitir datos, audio y video. La telefonía celular ha evolucionado en tres generaciones.

La primera se caracterizo por ser analógica y estrictamente para voz, con baja calidad y velocidad de los enlaces La segunda generación, que llegó en 1990, fue digital. Era capaz de soportar velocidades y capacidades de información tres veces mayores a la de un sistema analógico, pero su capacidad de transferencia de datos era limitada. La tercera generación opera bajo un sistema de transmisión de banda ancha, que le permite sobreponer y comprimir varias femadas para que ocupen el mismo espacio que una llamada en el sistema analógico. Se caracteriza por su alta capacidad de transferir voz y datos, por permitir acceso rápido a internet pues adapta sus servicios (noticias, correo electrónico, buscadores, etc.) al teléfono, evitando los gráficos y las animaciones normales de la página web. Es apta para aplicaciones multimedia como la transmisión de audio (mp3), la video-telefonía, la descarga de videos y las videoconferencias.

¿A CAMBIO DE PROBLEMAS DE SALUD?

Los teléfonos celulares se han convertido en una herramienta cotidiana, y cada día son más las personas que los utilizan. Para suplir la demanda de los clientes y garantizar la cobertura de un área determinada, la tecnología celular requiere un número de bases; o estaciones, y pueden llegar a ser cientos en una ciudad grande. Muchos investigadores sostienen que la exposición a las emisiones causadas por teléfonos o las estaciones, no tiene efectos adversos sobre la salud. Otros, por el contrarío, dicen que son perjudiciales para la salud de la población en general pues sus efectos son acumulativos a lo largo del tiempo de exposición.

Actualmente se han podido relacionar varías enfermedades y dolencias, que afectan. A prácticamente todos los sistemas corporales, con la exposición a campos electromagnéticos emitidos por los teléfonos celulares. Se ha descubierto que afecta al sistema nervioso, produciendo insomnio, depresión, dolores de cabeza, irritabilidad, trastornos de atención y de memoria. Sus efectos sobre d sistema vascular incluyen la hipertensión arterial, las alteraciones del ritmo cardiaco y el aumento del riesgo de leucemia infantil. En el sistema inmunitario altera los linfocitos y la secreción de inmunoglobulinas, disminuye la resistencia a las infecciones y aumenta el riesgo a las alergias. Afecta a los sistemas óseos y cutáneos,


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produciendo dolo-res, calambres, piel seca y picazón, y a algunos órganos de los sentidos, como los ojos en los que produce visión borrosa.

El principal problema de la contaminación electromagnética son las interferencias entre dispositivos electrónicos.


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Niveles de corriente alterna en el cuerpo humano (si hay un perfecto apoyo de los pies)ANALIZO COMPRENDIENDO EN CONTEXTO


1. Realizar un listado de los términos desconocidos y buscar el significado de 8 e indicar la proposición donde se encuentran.

2. A pesar de la creciente preocupación sobre los efectos de la electro contaminación sobre la salud humana, muchas políticas de salud pública se hacen de acuerdo con argumentos e intereses comerciales. ¿Crees que exista suficientes motivos para la preocupación por la contaminación electromagnética? ¿crees que los niveles de contaminación son tan altos como argumentan los detectores o los impulsores de la tecnología electromagnética? ¿Por qué?

3. ¿Qué tipo de trabajadores crees que se ven más expuestos a la contaminación por ondas electromagnéticas? ¿Por qué?

4. Consulta cual es la entidad cargada de monitorear y controlar los niveles de emisiones electromagnéticas en Colombia. ¿Cuál es la regulación frente a la construcción de viviendas cerca de las líneas de transmisión eléctrica las antenas y otros sistemas altamente productores de ondas electromagnéticas

5. Averigua acerca de otros aparatos productores de ondas electromagnéticas fuera de los hornos microondas. Y ¿Cuáles son su efectos en la salud humana

6. Escoge 15 términos de la lectura y realiza un crucigrama


A Trabajar!

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ELECTROMAGNETISMOENUNCIACIÓN

EL MAGNETISMO

MAGNETISMO NATURAL: LOS IMANES

Como ya sabes ciertos cuerpos tienen la propiedad de atraer objetos de hierro, de acero. Esta propiedad se denomina magnetismo y es propia en forma natural de unos cuerpos denominados imanes.

Las zonas de los imanes en las que la fuerza magnética que ejerce es más intensa se denominan respectivamente, polo norte y polo sur, y en un imán recto coinciden con los extremos del imán.


Electromagnetismo, es una rama de la física que estudia las interacciones entre los campos eléctricos y magnéticos.

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Cuando dos imanes se aproximan por sus extremos, surgen fuerzas de repulsión si los polos son del mismo tipo (norte-norte, sur-sur), mientras que entre dos polos diferentes se atraen (norte-sur) surgen fuerzas de atracción.

En este comportamiento encontramos una similitud con los fenómenos eléctricos y cuantitativamente la fuerza de atracción o de repulsión entre dos polos magnéticos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa lo cual muestra una similitud con la Ley de Coulomb que estudiamos para cargas eléctricas.

Hasta el momento y a diferencia de lo que ocurre con las cargas eléctricas no se han podido separar los polos de un imán: siempre que se rompe un imán en dos partes, aparecen dos nuevos imanes cada uno con sus polos. Se dice que no existe mono polos magnéticos.

MAGNETISMO ARTIFICIAL: LA IMITACION

No todos los materiales son atraídos por un imán, ni siquiera todos los metales, puedes probar con algunos como el aluminio, el plomo y el cobre. Los materiales como el níquel y el hierro, que son atraídos por el imán con más fuerza se llaman ferromagnéticos.

Las propiedades magnéticas de un material dependen de su estructura atómica. Estas propiedades se deben al movimiento de los electrones que hacen que cada átomo se comporte como un imán. Los átomos están dispuestos por grupos en cada uno de los cuales hay millones de ellos con la misma orientación. A dichos grupos se les llama dominios magnéticos.

En un imán o en un objeto de material ferromagnético que se encuentre cerca de un imán los dominios están alineados. Si el objeto no es un imán permanente, al separarlo del imán los dominios se distribuyen al azar.

Bajo ciertas condiciones, los objetos de material ferromagnético pueden transformarse en imanes. Este fenómeno, se denomina imantación. Por ejemplo, si frotas repetidamente, y en el mismo sentido, un clavo de acero contra un imán y posteriormente lo acercas a unos alfileres, comprobarás que éstos son atraídos por el clavo. También al dejar un clavo sobre un imán un día completo, al acercar el clavo a unos alfileres se puede observar que el clavo los atrae.


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CAMPO MAGNÉTICO

Como lo hemos dicho, la fuerza con la que se atraen o se repelen dos imanes disminuye al aumentar la distancia entre ellos, lo mismo sucede con la fuerza que un imán ejerce sobre un objeto de material ferromagnético. También habrás notado que si el imán y el objeto se encuentran a una distancia relativamente grande, el objeto no experimenta ningún tipo de atracción. En este caso, se dice que el objeto está fuera del campo magnético generado por el imán.

El campo magnético generado por un imán es la región del espacio en la cual se manifiestan las fuerzas magnéticas producidas por el imán.En la figura 1 puedes observar que las limaduras de hierro se disponen en líneas imaginarias. Estas líneas imaginarias descritas por las limaduras de hierro se llaman líneas de campo. El la figura 2 se muestran las líneas de campo para un imán recto, las cuales por convenio se supone que salen del polo norte del imán y entran en el polo sur.Al igual que en el caso del campo eléctrico, en las regiones donde hay mayor concentración de líneas de campo, el campo magnético es más intenso. En la figura 4 se muestran las líneas de campo para un imán en forma de U.

De la misma manera que para el campo eléctrico E se mide la intensidad, el campo magnético se describe en cada punto mediante el vector campo magnético B. Este vector es tangente a las líneas de campo magnético (fig. 3). La unidad de medida del campo magnético en el Sistema Internacional de Unidades se denomina tesla (T).Las Líneas de fuerza fueron definidas por Faraday con el fin de conseguir una "visualización" del campo eléctrico. De la misma manera representamos el campo magnético por medio de líneas de campo definidas de modo análogo

a las líneas de fuerza. En tanto que las líneas de fuerza comienzan con cargas positivas y ter-minan en cargas negativas, las líneas de campo son siempre líneas cerradas.


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FUERZA MAGNETICA SOBRE UNA CARGA ELECTRICA

Cuando una carga eléctrica penetra en el interior de un campo magnético y se desplaza dentro de él, la carga experimenta una fuerza debido a la acción de dicho campo. La fuerza magnética depende de cuatro factores.

Del valor de q, de la carga. Cuanto mayor es el valor de la carga. Mayor es la fuerza magnética que esta experimenta.

De la velocidad v, de la carga. Cuanto mayor es la velocidad de la carga, mayor es la fuerza magnética que esta experimenta. Si la carga esta en reposo, no actúan fuerzas magnéticas sobre ella.

De la intensidad del campo magnético en la cual se encuentra la carga. Cuanto mayor es la intensidad del campo magnético, mayor es la fuerza que experimenta la carga.

Del ángulo α, que forma el vector campo magnético y el vector velocidad de la carga.

La siguiente expresión nos permite calcular el valor de la fuerza.

F=q∗v∗B∗sin α ,eneste caso B es campomagnetico

DIRRECION DEL CAMPO MAGNETICO

La dirección del campo magnético es la orientación que toma la brújula colocada en dicho campo. La dirección de la brújula indica la dirección del campo magnético.Otra forma de conocer la dirección de un campo magnético consiste en determinar la dirección en la cual ha de moverse una carga para que el campo no ejerza fuerza sobre ella.Experimentalmente se observa que cuando unas cargas se lanzan paralelas al campo magnético, dichas cargas no experimentan fuerza.

Si las partículas cargadas se lanzan en cualquier dirección, experimentan la acción del campo magnético y se desvían debido a la fuerza magnética que actúan sobre ellas.Luego B tiene la dirección en que la fuerza magnética que actúa sobre las cargas en movimiento es cero.


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SENTIDO DEL CAMPO MAGNETICO

La velocidad de la partícula es perpendicular al campo B, la fuerza F, que experimenta es perpendicular al plano que contiene tanto a la velocidad v como al campo B.

De acuerdo con lo anterior se puede determinar el sentido de la fuerza que actúan sobre una carga eléctrica positiva que se mueve en un campo magnético, utilizando una regla que se denomina “La regla de la mano derecha”

Se coloca el dedo índice en el sentido de la velocidad, el dedo del corazón en el sentido del campo magnético, el dedo pulgar apunta en el sentido que actúa la fuerza.

La velocidad es perpendicular al campo B. la fuerza es perpendicular al plano que contiene tanto a v como a B.

Nota que los dedos de encuentran perpendiculares entre sí. Observa que si se conoce la dirección y sentido de B y de la Velocidad v, se podrá determinar la dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre una carga.

En caso de que la carga sea negativa, la fuerza será de sentido contrario al de la fuerza que actúa sobre la carga positiva.


http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Campo_magnetico.png

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MAGNITUD DE B

Cuando una carga q es disparada, con una velocidad v, formando un ángulo α, con el campo B se observa que esta experimenta una fuerza proporcional al valor de q y a la componente de la velocidad perpendicular al campo magnético. Con lo cual se obtiene:

F=q∗v∗B∗sin α

B= Fq∗v∗sin α

Observamos que si la carga se mueve en la misma dirección De B se tiene que α= 0º o α= 180º. Para ambos casos sin α=0 y entonces F= 0. Cuando la velocidad v es perpendicular al campo α= 90º; el valor de la fuerza está dado por F=q∗v∗B

Unidades de B o Campo Magnético

En el Sistema Internacional tenemos:

Como B= Fq∗v∗sin α entonces [B ]=1 N /C

s x m luego [B ]=1 N /CA xm que se le conoce con el nombre

de: 1weber

m2 o tesla.

Ejemplo:

Considera un campo magnético entre los polos de un imán en U, es 0,0005 T. si una carga positiva de 3.2 * 10 -19 C se mueve con velocidad de 10-6 m/s en dirección perpendicular al campo. Calcula la fuerza que experimenta dicha carga.

Solución:

1. La fuerza que experimenta la carga se calcula a partir de:

F=q∗v∗B∗sin α


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Por tantoF=3.2 x10−19 C x10−6m / s x0.0005 Tx sin 90=1.6 x1016 N

SIMULACIÓN


1. Realizar 2 mentefactos conceptuales sobre la temática vista hasta el momento.

EJERCITACIÓN

2. Una carga q= 3* 10-8 entra en un campo magnético constante B= 0.2 Wb/m2 Con una velocidad de 4x105 m/s.

3. Calcula la fuerza magnética que actúa sobre la carga, si el ángulo entre v y B es de: 0º, 60º, 90º y 180º. ¿En qué dirección debe entrar la carga para que la fuerza magnética que actúa sobre esta sea máxima?

4. Una carga negativa eléctrica se mueve con una velocidad de 1.3x106 m/s dentro de un campo magnético uniforme cuya intensidad es de 0.78 Wb/m2. si la velocidad es perpendicular al campo, calcula. La fuerza magnética que experimenta el electrón.

5. Investigar sobre el experimento de Oersted.


A Trabajar!

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FUERZAS SOBRE CORRIENTEENUNCIACIÓN

Considera que en la región comprendida entre los polos de un imán en forma de U en el cual el campo magnético es B, se coloca un alambre conductor por el cual circula una corriente i, el alambre experimenta fuerza magnética. Dicha fuerza es perpendicular al campo magnético y el alambre por el cual fluye la carga eléctrica. Aunque dentro de un conductor se mueven electrones, el sentido convencional de la corriente es el de las cargas positivas.

La fuerza magnética que actúa sobre una carga de valor q en movimiento dentro del alambre es

Fm ¿q x v x B sin α

Consideremos que el conductor por donde circula la corriente tiene longitud l. En el tiempo t. en el cual las cargas recorren el conductor, la distancia es l, y su velocidad, suponiendo que es constante es:

v= lt

Por tanto la fuerza magnética que actúa sobre las cargas es:

Fm ¿q x l x B sin α

t

Como la corriente que circula por el conductor es:

i=qt

Tenemos que la fuerza que experimente un conductor que se encuentra en un campo magnético B, y forma con el mismo un ángulo α se expresa como:

F=i∗l∗B∗sin α

Ejemplo:

Por un alambre conductor de longitud 5 cm, colocado horizontalmente dentro de un campo magnético de 0.0004 T en dirección horizontal, circula una corriente de 0.5 A. Calcula el valor de la fuerza que experimenta el conductor si este es perpendicular al campo y si el conductor forma con el campo magnético un ángulo de 60º.


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Solución.

1. La fuerza magnética sobre el conductor se expresa como:


Como el campo es perpendicular a la dirección de la corriente el ángulo que forma es de 90º. Por tanto

F=i∗l∗BLuego

F=0.5 A∗0.05m∗0.0004 T=1 x10−5 N

2. Si el conductor forma con el campo magnético un ángulo de 60º, la fuerza magnética es.


Luego:

F=0.5 A∗0.05 m∗0.0004 T∗sin 60=8.6 x10−6 N

INDUCCION MAGNETICA

Veremos que una variación de campo magnético produce una fuerza electromotriz y este fenómeno llamado inducción electromagnética y descubierto por Faraday, es la base de la generación de corriente a escala industrial.

En términos más generales, una variación de campo magnético produce un campo eléctrico como también una variación de campo eléctrico produce un campo magnético. Estos hechos desarrollados matemáticamente por Maxwell permitieron comprender lo que llamamos las ondas electromagnéticas.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

Considérese una barra metálica de longitud L que se desliza con velocidad v dentro de un campo magnético B perpendicular y uniforme.


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Las cargas móviles q dentro de la barra experimentan una fuerza magnética F = qvB perpendicular a B y v, y por tanto en la dirección de la barra. Mientras se mantenga el movimiento de la barra habrá un desplazamiento continuo de cargas en el sentido que se indica en la figura. Estas cargas forman por tanto una corriente. La barra se comporta como un generador de corriente; se dice que se ha inducido dentro de la barra una fuerza electromotriz inducida que vamos a calcular.

Cuando la carga q recorre la distancia L, el trabajo de la fuerza magnética es:

W =F∗L=q∗v∗B∗L

En la sección anterior se definió f.e.m (fuerza electromotriz) como la energía no eléctrica trasformada en energía eléctrica por unidad de carga. Aquí, el trabajo W que proviene de la energía mecánica suministrada por un agente externo para mantener el movimiento se trasforma en energía eléctrica; por tanto la f.e.m inducida es

ε=Wq

=v x B x L

Esta f.e.m se da en voltios si B está en Wb/m2, L en metros y v en m/seg.

Si v forma un ángulo α con B se remplaza entonces v por su componente perpendicular a B o sea v⊥=v sin α y se tendrá.

ε=v⊥B L=B Lv sin α

LEY DE FARADAY

Esta ley nos dice: La f.e.m (fuerza electromotriz) inducida en un circuito es igual a la variación de flujo magnético sobre la variación del tiempo correspondiente.

La variación del flujo magnético pude ser el movimiento de un conductor dentro de un campo magnético o también una variación de campo magnético en un circuito fijo.


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ε= ΔϕΔt

Ejemplo: a. Si un conductor de 20 cm se desplaza a 5 m/s dentro de un campo magnético

de 3 Wb/m2 ¿Cuál será la f.e.m máxima inducida y la corriente inducida si el circuito tiene en este momento una resistencia de 1.5 ohmios?

Solución: i. La f.e.m máxima es cuando B y v son perpendiculares.

ε=v x B x L=3 Wbm2 x0.2m x 5 m

s=3voltios

ii. La intensidad de la corriente inducida es:

i= εR

= 3 v1.5Ω

=2amperios

b. Un campo magnético de 4Wb/m2 perpendicular a una espira de área de 5 cm2

se reduce a cero en 0.01 segundos. ¿Cuál es el f.e.m y la corriente inducida si la resistencia de la espira es 0.1 ohmio? Sabiendo que el flujo inicial es ϕi=2x 10−3 y el flujo final ϕf =0

Solución: i. La f.e.m inducida es.

ε= ΔϕΔt

=2x10−3

0 .01=0 .2voltios

ii. La intensidad de la corriente es

i= εR

=0.20.1

=2amperios


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EJERCITACIÓN


1. Investigar sobre la Ley de Lenz

2. Realizar un mentefacto sobre la temática vista hasta el momento

3. Un conductor de 0.8 m se desplaza perpendicularmente a un campo magnético uniforme de 5 x 10-2 Wb/m2 con una velocidad de 8 m/s.

iii. ¿Qué f.e.m existe entre los extremos de la varilla?iv. ¿Cuál es la resistencia de la corriente inducida si el conductor se

conecta a un circuito donde se encuentra una resistencia de 2 ohmios?


A Trabajar!

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COMO HACER UN ELECTROIMAN

MATERIALES Tornillo de hierro de 6mm de 8cm de longitud Tuerca de ¼ de pulgada y dos rondanas Pila Pequeño aislante de cobre con aislante de unos 90 cm de longitud.

PROCEDIMIENTO1. Coloca una de las rondanas en el tornillo.

2. Enrolla el alambre 50 veces alrededor del tornillo dejando en cada extremo algunos centímetros de alambre como conductor.

3. Desliza la otra rondana en el tornillo, y coloca la tuerca en el tornillo.

4. Luego conecta los extremos que dejaste como conductores a la pila y experimenta.

5. Explica cual es la relación que tiene la pila en este experimento.

6. Dibuja el experimento. Con sus respectivos pasos.


Vamos a Jugar Con los Imanes!

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7. Escribe dos conclusiones sobre el experimento.

ACTIVIDAD DE PROFUNDIZACIÓNEJERCITACIÓN

1. Escribe al frente de la frase una V si es verdadera, o una F si es falsa, justifica tu respuesta.

a. El polo sur magnético señala hacia el polo sur geográfico de la tierra. ( )b. Las líneas de fuerza de un campo magnético se dirigen desde el polo norte de un

imán hacia el polo sur. ( )c. Entre cargas eléctricas actúan siempre fuerzas magnéticas. ( ) d. Una carga eléctrica que penetra en un campo magnético cuya dirección es

perpendicular a la trayectoria de la carga describe trayectorias circulares. ( )

2. Una carga q = 5 x 10-6 C se mueve con velocidad v= 8 x 105 m/s dentro de un campo magnético B = 7 x 10-4 T. ¿Cuál es la fuerza que actúa sobe la carga si v y B son perpendiculares?

3. Un protón con una velocidad de 3x 106 m/s entra en un campo magnético. Si la velocidad es perpendicular a la dirección del campo B y la fuerza que actúa sobre él es de 2.4x10 -16

N, ¿Cuál es el valor de dicho campo?

4. Un electrón se dirige perpendicularmente a un campo magnético B=0.009 T. ¿Cuál es la velocidad del electrón si sobre el actúa una fuerza de 3x10-15N?

5. Una carga de 6.4x10-8C penetra perpendicularmente, con velocidad de 105 m/s en un campo magnético de valor de 3x10-3T generado por los polos de un imán en forma de U. ¿Cuál es la fuerza que experimenta dicha carga?

6. Un electrón penetra en un campo magnético uniforme de 10 -3 T con velocidad de 3.2x106

m/s. ¿Qué fuerza experimenta el electrón al entrar al campo magnético si lo hace formando un ángulo de 30º con la dirección al campo?

7. Un electrón penetra en un campo magnético de 0.01T con velocidad de 105 m/s. Calcula la fuerza que ejerce el campo sobre el electrón en cada uno de estos casos:

a. El electrón penetra perpendicularmente al campo.b. El electrón penetra formando un ángulo de 60º con el campo.c. El electrón penetra paralelamente al campo.


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8. Por un alambre conductor de 10cm de longitud circula una corriente eléctrica de 2ª. ¿Cuál es la fuerza que experimenta el conductor si el alambre está colocado perpendicularmente a la dirección de un campo magnético de 0.02T?

9. El flujo magnético que atraviesa una espira de alambre varía uniformemente de 0.60 a 0 Wb en un tiempo de 0.2 segundos. ¿Cuál es el valor de la fuerza electromotriz?

10.Se construye una bobina de 300 vueltas de alambre alrededor de un tubo plástico, de tal manera que el área de las espiras es aproximadamente 30cm2. Se aplica un campo magnético en dirección perpendicular al plano de las espiras. Si el campo magnético aumenta uniformemente de 0T a 0.02 T en 0.003 segundos, ¿Cuál es la corriente inducida si su resistencia es de 20Ω?


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TALLER TIPO ICFESDEMOSTRACIÓN

1. Dos esferas 1 y 2 de masas m y cargas q y 4q respectivamente están dispuestas en un eje vertical. la esfera 1 pende de un hilo no conductor sostenida por la mano y la esfera 2 esta fija sobre una superficie no conductora como ilustra la figura.

La distancia d para la cual la tensión del hilo vale cero es (K=Constante de Coulomb)

a. 2K q2

mg

b. 2√ K q2

mg

c. 2√ 2 K q2

mg

d. K q2

mg

2. Dos cargas puntuales Q1 y Q2 se atraen en el aire con cierta fuerza F. suponga que el valor de Q1 se duplica y el valor de Q2 se vuelve 8 veces mayor. para que el valor de la fuerza permanezca invariable, la distancia r entre Q1 y Q2 deber:

a. 32 veces mayorb. 4 veces mayorc. 16 veces mayord. 4 veces menor.

3. Dos partículas cargadas se atraen entre sí con una fuerza F, si la carga de una de las partículas se aumenta el doble y también se aumenta el doble la distancia entre ellas, entonces la fuerza será:

a. Fb. 2Fc. F/2d. F/4


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4. Un electrón liberado desde el reposo cerca de la placa A sigue la trayectoria que se muestra en la figura, pasando a través de pequeños orificios existentes en B y C. de las siguientes afirmaciones diga cual No es la correcta.

a. Entre B y C la energía cinética del electrón no variab. Entre C y D el movimiento del electrón es uniformemente retardado.c. Al llegar a la placa D la velocidad del electrón es nulad. Entre A y B el movimiento del electrón es rectilíneo uniforme


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BIBLIOGRAFÍA

Física II, Prof. René Alexander Castillo, P 369-370. Módulo de Física Grado Undécimo Colegio Franciscano Jiménez de Cisneros. P 2 a

37, 44 a 87, 90 a 96, 103 a 121.

WEB GRAFÍA www. wikipedia.org descargas-docentes.blogspot.com http://fisicageneral.usach.cl


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