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Física 2º de Bachillerato
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Física
2º de Bachillerato
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FÍSICA
1. LA MATERIA ........................................................................................................ 2 Objetivos ....................................................................................................................... 2
2. LIBRO DE TEXTO ................................................................................................ 3 Estructura y manejo del libro ...................................................................................... 3
3. DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE LOS CONTENIDOS ........................................ 4 4. ORIENTACIONES PARA EL ESTUDIO .............................................................. 5 5. EVALUACIÓN ...................................................................................................... 6
5.1. Actividades ............................................................................................................. 6 5.2. Pruebas ................................................................................................................... 7 5.2.1. Características de las pruebas ........................................................................... 7 5.2.3. Sistema de evaluación y recuperación .............................................................. 8 5.3.4. Criterios generales de valoración ...................................................................... 8
6. ORIENTACIONES Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN.......................................... 9 UNIDAD 1: MOVIMIENTO VIBRATORIO ..................................................................... 10 UNIDAD 2. ONDAS. SONIDO ...................................................................................... 12 UNIDAD 3 INTERACCIÓN GRAVITATORIA ............................................................... 14 UNIDAD 4. EL CAMPO GRAVITATORIO .................................................................... 15 UNIDAD 5. INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. EL CAMPO ELÉCTRICO. ........ 17 UNIDAD 6. EL CAMPO MAGNÉTICO .......................................................................... 20 UNIDAD 7. LA LUZ ...................................................................................................... 23 UNIDAD 8. ÓPTICA GEOMÉTRICA. ............................................................................ 24 UNIDAD 9. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MODERNA .............................................. 25 UNIDAD 10. FÍSICA NUCLEAR Y PARTÍCULAS ELEMENTALES ............................. 28
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La Física se encuentra presente en una gran parte de los ámbitos de nuestra
sociedad, con múltiples aplicaciones en otras áreas científicas como las
telecomunicaciones, la instrumentación médica, la biofísica y las nuevas tecnologías
entre otras. Sería difícil imaginar el mundo actual sin contar con las implicaciones que el
conocimiento de, por ejemplo, la electricidad, la mecánica, la electrónica, han supuesto y
están suponiendo en nuestras vidas. Por ello, aparece como materia fundamental de la
cultura de nuestro tiempo ya que contribuye a la formación de los ciudadanos, al igual
que otras ramas del saber.
La física de segundo de bachillerato supone una continuación de la estudiada en el
curso anterior. Se puede estructurar en tres grandes bloques:
− Mecánica (interacción gravitatoria, mecánica ondulatoria y óptica).
− Electromagnetismo.
− Física moderna.
Los dos primeros son los pilares fundamentales de la física clásica. El tercer bloque
surge ante la necesidad de explicar aquellos aspectos que la física clásica no puede
solucionar.
La enseñanza de la Física en el bachillerato tendrá como finalidad contribuir a
desarrollar las siguientes capacidades:
1. Adquirir y poder utilizar con autonomía conocimientos básicos de la física, así
como las estrategias empleadas en su construcción.
2. Comprender los principales conceptos y teorías, su vinculación a problemas de
interés y su articulación en cuerpos coherentes de conocimientos.
3. Familiarizarse con el diseño y realización de experimentos físicos, utilizando el
instrumental básico de laboratorio, de acuerdo con las normas de seguridad de
las instalaciones.
4. Expresar mensajes científicos orales y escritos con propiedad, así como
interpretar diagramas, graficas, tablas, expresiones matemáticas y otros
modelos de representación.
5. Utilizar de manera habitual las tecnologías de la información y la comunicación
para realizar simulaciones, tratar datos y extraer y utilizar información de
Objetivos
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diferentes fuentes, evaluar su contenido, fundamentar los trabajos y adoptar
decisiones.
6. Aplicar los conocimientos físicos pertinentes a la resolución de problemas de la
vida cotidiana.
7. Comprender las complejas interacciones actuales de la Física con la
Tecnología, la sociedad y el ambiente, valorando la necesidad de trabajar para
lograr un futuro sostenible y satisfactorio para el conjunto de la humanidad.
8. Comprender que el desarrollo de la Física supone un proceso complejo y
dinámico, que ha realizado grandes aportaciones a la evolución cultural de la
humanidad.
9. Reconocer los principales retos actuales a los que se enfrenta la investigación
en este campo de la ciencia.
Física. CIDEAD Autores:
Íñigo Aguirre de Cárcer
Rafael Gómez-Carrillo Carrasco
Fernando Valero Burguete
El libro está organizado en 10 unidades didácticas. Cada unidad presenta una
breve introducción al tema que se va a estudiar, seguido de los objetivos que se
pretenden alcanzar, un mapa conceptual, es decir, un esquema de los conceptos que
se van a trabajar y la relación entre dichos conceptos, así como un índice de
contenidos.
Posteriormente, se van desarrollando los contenidos junto con ejemplos
explicativos en distintos epígrafes. Debes prestar mucha atención a los ejemplos que
vayan apareciendo ya que te ayudarán a comprender y asimilar los contenidos que
Estructura y manejo del libro
4
estás estudiando. Entre los distintos epígrafes se inserta un Recuerda, donde se
destacan los aspectos más importantes. También encontrarás Actividades de Autoevaluación, cuyas soluciones con las explicaciones correspondientes se
encuentran al final del libro en el Solucionario. Los términos más significativos,
marcados en rojo, nos remiten al Glosario. Por último, se incluye un Anexo en el que se desarrollan algunos conceptos tanto
matemáticos como físicos que son necesarios y que han de ser muy útiles para un
correcto seguimiento de la asignatura. Lo componen dos apartados:
I. Herramientas matemáticas: Se incluyen conceptos matemáticos
fundamentales como operaciones con vectores, reglas de derivación e
integrales sencillas. Te servirá de guía para el estudio de la mayor parte de
las unidades. No debes olvidar que la física es una ciencia cuantitativa que
necesita de la matemática para la expresión de sus ideas.
II. Dinámica: Se incluyen contenidos que son fundamentales para poder
avanzar en el desarrollo del curso, relativos a cinemática y dinámica.
Algunos de ellos han sido estudiados en cursos anteriores.
Teniendo en cuenta la extensión, el tipo de contenidos y el tiempo necesario para
el estudio de cada unidad, hemos estimado que la distribución de los contenidos más
apropiada sea la siguiente:
Primera Evaluación: Comprende los contenidos de las Quincenas 1ª, 2ª,3ª y 4ª.
Unidad 1: MOVIMIENTO VIBRATORIO Unidad 2: ONDAS Y SONIDO Unidad 3: INTERACCIÓN GRAVITATORIA Unidad 4: EL CAMPO GRAVITATORIO
Segunda evaluación: Comprende los contenidos de las Quincenas 5ª, 6ª, 7ª y 8ª.
Unidad 5: INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. EL CAMPO ELÉCTRICO Unidad 6: EL CAMPO MAGNÉTICO Unidad 7: LA LUZ Unidad 8: ÓPTICA GEOMÉTRICA
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Tercera Evaluación: Comprende los contenidos de las Quincenas 9ª, 10ª,
Unidad 9: INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MODERNA Unidad 10: FÍSICA NUCLEAR Y PARTÍCULAS ELEMENTALES
Cada una de las unidades corresponde a una quincena.
• Es necesario que te impongas un estudio asiduo y metódico: programa cada
trimestre, distribuye los temas por semanas y quincenas, deja unos días al final
de cada trimestre para poder repasar la materia antes de la prueba trimestral.
• Debes leer atentamente los contenidos de cada unidad, así como las
orientaciones que encontrarás en esta Guía y en la pestaña de Recursos del
CVE.
• Es muy importante que comprendas y razones los contenidos de las unidades
en profundidad. No avances sin haber comprendido los conceptos que se van
planteando. Realiza esquemas que reflejen las ideas clave de los contenidos y
repásalos con frecuencia.
• Debes tener muy en cuenta los Criterios de evaluación que se te
proporcionan en esta Guía. No sólo te ayudarán en el estudio de la unidad si
no que también te orientarán en la preparación de las pruebas de evaluación.
• Consulta otros libros de texto así como en Internet, lo que te permitirá aclarar y
ampliar conceptos. En el CVE en Recursos se recomiendan muchas páginas
de Internet y distintas aplicaciones que te pueden ayudar en el estudio.
• Antes de empezar a hacer los ejercicios debes estudiar la unidad
correspondiente
• Es muy importante que realices las Actividades de autoevaluación, que
aparecen en cada una de las unidades del libro de texto. No debes consultar las
soluciones antes de resolver tú mismo cada una de ellas. El tiempo que dediques
a pensar en ellas, aunque no las consigas resolver, es mucho más valioso que el
que emplees en mirar las respuestas.
.
• Es fundamental que realices las Actividades para enviar al profesor que
encontrarás en el CVE, en la pestaña Actividades distribuidas por evaluaciones,
para que las descargues y las envíes en los plazos señalados. Cuando las envíes
a tu profesora, debes plantearle todas las dudas que te hayan surgido para que te
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pueda ayudar en el estudio. No sólo te ayudarán en el estudio de la unidad si no
que también te orientarán en la preparación de las distintas pruebas de
evaluación.
• Muchas de esas actividades han sido propuestas en las Pruebas de Acceso a
la Universidad. Por ello te servirán como preparación y entrenamiento para la
realización de dicha prueba.
La evaluación de la materia de Física combina la realización de actividades y de
pruebas presenciales. Para mantener el derecho a la evaluación continua, es
necesario realizar las Actividades para enviar al profesor y presentarse a las pruebas trimestrales
• nota del examen: 60%.
:
La nota de la evaluación se obtendrá del siguiente modo:
• nota media de las actividades de heteroevaluación: 40%, con la condición de que esta nota media no sea superior en dos puntos a la nota del examen; en
el caso de que lo sea se rebajará hasta que la diferencia entre ellas sea de 2
puntos.
Las Actividades constituyen un instrumento muy importante de la evaluación
continua y supondrán el 40% de la calificación global
Las actividades pueden ser quincenales o en sustitución de éstas la profesora
puede indicarte actividades trimestrales de carácter obligatorio o voluntario. Todo ello
se indicará claramente en el CVE al comienzo de cada evaluación, incluido su plazo
de entrega. Deberás descargarlas y enviarlas a través de la correspondiente ventana
de actividades de la plataforma o CVE. De este modo te asegurarás de que quede
constancia de tu envío, y el profesor podrá evaluarlas adecuadamente. Debes tener en
cuenta que la plataforma solo admite un archivo por envío, y que este archivo debe
ocupar menos de 10 MB.
. Se valorará tu esfuerzo e interés
en aprender la asignatura, por lo tanto no servirá de nada si las copiases.
5.1. Actividades
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También puedes consultar los plazos de entrega de las actividades quincenales
en: “Sistema de estudios y plan de trabajo” que tu tutor/a te habrá proporcionado.
No se corregirán actividades que hayan sido entregadas fuera de plazo salvo por
causas justificadas.
Además, la profesora podrá realizar, en los casos que considere oportuno,
controles orales vía telefónica o telemática, cuyo objetivo será comprobar el nivel
de seguimiento de la materia por parte del alumno.
La prueba de evaluación presencial representará el 60 % de la calificación
global.
Estas pruebas consistirán en un determinado número de problemas y cuestiones
teórico-prácticas; dicho número puede ser variable dependiendo del tiempo que se
considere necesario para su realización y de los contenidos que se estén evaluando.
En cada una de las pruebas, se incluirá la valoración que se hará por cada uno
de los ejercicios y cuestiones.
Si en un examen se detectan indicios de irregularidades en la realización de la
prueba, ésta será evaluada con la calificación mínima.
En caso de dudas fundadas en la resolución de un examen, el CIDEAD podrá
aplicar directamente uno nuevo en la fecha y por el medio que se determine en su
momento, o se podrá realizar una verificación de los conocimientos expuestos por vía
telefónica o telemática. Debemos entender por indicios de irregularidad la copia de otro
examen o la reproducción, total o parcial, de cualquier texto o página de internet, o una
calidad de redacción y un nivel de conocimientos tan elevados que resulten impropios
del nivel demostrado hasta ese momento.
5.2.1. Características de las pruebas
5.2. Las pruebas
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• La prueba de cada una de las evaluaciones incluirá la materia correspondiente al
respectivo período de evaluación.
• En cada evaluación tendrás la oportunidad de recuperar la/s anterior/es. Es decir,
junto a la prueba de la segunda evaluación se ofrecerá la posibilidad de recuperar
la primera evaluación; junto con la tercera se ofrecerá la posibilidad de recuperar
las evaluaciones primera y segunda.
• La no realización de alguna evaluación o de su correspondiente recuperación
• Dadas las características extraordinarias del examen de recuperación, se
calificará con un máximo de seis puntos siendo cinco la puntuación mínima exigida.
implicará automáticamente el suspenso de la materia.
• En el caso de tener dos o más notas de una evaluación (primera nota y una o dos
recuperaciones), se tendrá en cuenta para la calificación final la más reciente de
ellas.
• La nota final del curso se obtendrá haciendo la media aritmética de las tres
evaluaciones, siempre y cuando la nota de evaluación o de recuperación en cada
una de ellas no sea inferior a 3.
• El ejercicio de la convocatoria extraordinaria se hará sobre la totalidad de la
materia estudiada, independientemente de cuál sea el número de evaluaciones no
superadas.
• Así mismo, entre aquellos alumnos/as que hayan obtenido calificación positiva en una prueba, se podrán realizar aleatoriamente entrevistas telefónicas o telemáticas. El objetivo de esta medida es verificar que la calificación obtenida
está acorde con el nivel general de conocimientos del alumno en la materia, y en
caso de detectarse una clara falta de correspondencia entre ambas la nota del
ejercicio podría verse afectada tanto al alza como a la baja.
1. El criterio fundamental de valoración se basará en el correcto planteamiento físico
de problemas o cuestiones, en especial la compresión que se demuestre tener de
los conceptos, leyes, modelos y teorías más relevantes de la física.
5.2. 2. Sistema de evaluación y recuperación
5.2. 3. Criterios generales de valoración
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2. En los problemas, será de máxima importancia que se establezcan
adecuadamente las relaciones entre los diferentes conceptos físicos, de manera
que se valorará tanto el planteamiento como el desarrollo y la solución final.
3. Se valorará positivamente la realización de esquemas, diagramas y dibujos, así
como la inclusión detallada de los diferentes pasos.
4. Se deben explicar con claridad los pasos que se den en la resolución de los problemas. La pregunta en la que no se justifique o razone la respuesta, si dicha
justificación o razonamiento es solicitado, se puntuará con el 25 % de su valor. 5. En el caso de que en un ejercicio las unidades no estén bien utilizadas se
penalizará la nota hasta en un 20 %.
6. Se tendrá en cuenta la capacidad expresiva y la corrección idiomática (corrección
sintáctica y ortográfica, puntuación apropiada y adecuada presentación). El uso
correcto del idioma será evaluado
en la proporción indicada en el “Sistema de estudios y plan de trabajo”.
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UNIDAD 1: MOVIMIENTO VIBRATORIO
Orientaciones
Esta unidad comienza haciendo un repaso de la cinemática que has estudiado en
primero de bachillerato, para continuar con el estudio del movimiento vibratorio.
En cursos anteriores has estudiado el movimiento de cuerpos bajo la acción de
fuerzas constantes. Sin embargo, existen muchos casos de movimientos que son
originados por fuerzas variables. Si la fuerza que actúa sobre una partícula varía con
el tiempo, la aceleración de la partícula también lo hará. Algunas de las fuerzas
variables que se dan en la naturaleza se repiten periódicamente. Los movimientos
originados por dichas fuerzas reciben el nombre de periódicos, un ejemplo es el
movimiento vibratorio.
Algunas ideas
• Antes de empezar a estudiar el tema debes repasar algunos conceptos
matemáticos que puedes encontrar en Apartado I. Herramientas Matemáticas
del Anexo.
:
• Es importante que repases el MCU (movimiento circular uniforme) que
encontrarás en el Apartado II. (punto 2. Dinámica de rotación) del Anexo.
• El movimiento armónico simple (MAS) es un movimiento rectilíneo y puede
considerarse como la proyección de un MCU sobre un diámetro de la misma
circunferencia.
• No confundas la representación gráfica de la elongación, en función del tiempo,
con la trayectoria del MAS (una línea recta).
• Representa las energías (cinética y potencial) en función de la elongación y
observa la variación simultánea de la energía cinética y de la energía potencial.
Criterios de evaluación
Al finalizar el estudio del Unidad 1 deberás ser capaz de:
− Identificar cada una de las variables que intervienen en la ecuación de un
movimiento armónico y aplicar correctamente dicha ecuación para calcular
alguna de sus variables.
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− Expresar la ecuación general del MAS tanto en función del seno como del
coseno.
− Relacionar la constante elástica de un resorte con la frecuencia con la que
oscila una masa conocida unida a un extremo del citado resorte.
− Aplicar la ley de la dinámica para calcular la aceleración con que se mueve
una partícula animada de movimiento armónico simple.
− Representar gráficamente la ecuación de un movimiento armónico simple en
función del tiempo, los valores de la elongación y de la velocidad. Reconocer
el desfase que existe entre dichas magnitudes.
− Conocer en qué puntos y en qué instantes la velocidad y la aceleración
toman el valor máximo, y en qué puntos dichas magnitudes se anulan.
− Distinguir qué movimientos vibratorios son armónicos y cuáles no.
− Calcular la energía mecánica almacenada en un resorte conocida la
deformación que ha experimentado y la constante elástica de éste.
− Analizar las curvas que representan la energía cinética, la energía potencial y
la energía total en un MAS.
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UNIDAD 2. ONDAS. SONIDO Orientaciones
En esta unidad estudiaremos el movimiento ondulatorio y, para ello, es
necesario que hayas entendido y estudiado muy bien la unidad anterior.
Estudiarás las ondas armónicas, aquellas que tienen su origen en las
perturbaciones producidas por un movimiento armónico simple. También deberás
estudiar fenómenos ondulatorios como la reflexión y la difracción que tienen una
explicación sencilla utilizando un método geométrico propuesto por Huygens. Para
finalizar con el estudio de las ondas sonoras.
Algunas ideas
• La ecuación de onda depende de dos variables (x, t). La ecuación de onda es
doblemente periódica, es decir, se repite cada λ (m) y cada T (s).
:
• Dos puntos de una onda pueden estar en:
• Concordancia de fase: la diferencia de fase entre ellos vale 2nπ.
• Oposición de fase: la diferencia de fase vale (2n + 1) π.
• No confundas los siguientes fenómenos:
• Fenómenos básicos que experimentan las ondas: Difracción, Reflexión,
Refracción y Polarización.
• Fenómenos que ocurren por superposición de ondas: Interferencia.
• Muchos fenómenos ondulatorios deben ser interpretados haciendo uso del
Principio de Huygens.
• Para medir el nivel de intensidad sonora se utiliza una escala logarítmica.
• Efecto Doppler
• La velocidad relativa de las ondas con respecto al observador no coincide
con la velocidad de propagación del sonido.
:
• La longitud de onda medida por el observador es diferente de la medida por
la fuente.
• Para realizar los ejercicios debes identificar la fuente y el observador. Fíjate
si el observador y la fuente están parados, se alejan o se acercan.
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Criterios de evaluación Al finalizar el estudio del tema 2 deberás ser capaz de:
− Clasificar las ondas atendiendo a distintos criterios. Distinguir entre ondas
longitudinales y transversales.
− Conocer las magnitudes características de las ondas: velocidad de
propagación de la onda, longitud de onda, período, frecuencia y amplitud.
− Deducir la ecuación que describe la onda armónica y comprobar que es
doblemente periódica, ya que lo es con respecto al tiempo y a la posición.
− Determinar la energía que transporta la onda mecánica y la intensidad de la
onda.
− Conocer que tanto la amplitud como la intensidad disminuyen debido a dos
fenómenos distintos: la atenuación y la absorción de la onda.
− Interpretar dos rasgos propios de las ondas: los fenómenos de interferencias
(constructiva y destructiva) y la posibilidad de bordear obstáculos, la
difracción.
− Interpretar otras dos propiedades de las ondas que sí tienen equivalencia en
el movimiento corpuscular (la refracción y la reflexión), utilizando el Principio
de Huygens.
− Describir el fenómeno de onda estacionaria y aplicarlo a la resolución de
ejercicios sobre ondas estacionarias en cuerdas y tubos.
− Caracterizar las ondas sonoras. Conocer las cualidades del sonido:
intensidad, tono, timbre.
− Conocer los efectos de la contaminación acústica en la salud.
− Averiguar el nivel de intensidad de un sonido en decibelios.
− Aplicar el efecto Doppler en la resolución de ejercicios sencillos.
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UNIDAD 3 INTERACCIÓN GRAVITATORIA
Orientaciones
En esta unidad, además de la Ley de Gravitación Universal y las Leyes de
Kepler que ya conoces, se estudian las Fuerzas Centrales, el Momento Angular y el
Teorema de Conservación del Momento Angular. Algunas ideas
− Conocer el significado físico de la constante G de gravitación y saber cómo
se determinó su valor.
:
Antes de empezar a estudiar esta unidad deberás repasar y trabajar algunos
conceptos matemáticos que puedes encontrar en el Anexo I. Herramientas
Matemáticas; en concreto, el producto vectorial (punto 2.5). Será necesario para que
entiendas el concepto de Momento de una Fuerza y Momento Angular.
En el Anexo II. Dinámica encontrarás un repaso de algunos conceptos que has trabajo
en cursos anteriores. En el punto 2 (Dinámica de rotación) se encuentran muchos de
los conceptos que vas a estudiar en este tema.
Presta especial atención al Teorema de Conservación del Momento Angular. Te
servirá, entre otras cosas, para poder demostrar las Leyes de Kepler.
Criterios de evaluación Al finalizar el estudio del tema 3 deberás ser capaz de:
− Enunciar y comprender la ley de gravitación universal. Resolver problemas
en los que es necesario utilizar esta ley, tanto en forma escalar como
vectorial.
− Comprender conceptos como: fuerza central y momento angular, y aplicarlos
correctamente en la interpretación de fenómenos como el movimiento de los
planetas.
− Aplicar correctamente el principio de la conservación del momento angular
en situaciones concretas.
− Calcular la velocidad lineal de un planeta dados los radios vectores
correspondientes a las posiciones de perihelio y de afelio, así como la
velocidad areolar.
− Demostrar las Leyes de Kepler a partir de los conocimientos adquiridos en
esta unidad.
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UNIDAD 4. EL CAMPO GRAVITATORIO
Orientaciones En esta unidad trabajarás con un concepto nuevo y muy importante: El
campo. El espacio de la física no es un espacio puramente geométrico, sino que está
dotado de propiedades físicas: temperatura, velocidad, fuerza, energía potencial, etc.
Si en los distintos puntos de una región del espacio está definida una magnitud física,
de manera que su valor depende sólo del punto en cuestión y del tiempo, se dice que
esa región del espacio es un campo. En esta unidad estudiaremos el campo
gravitatorio y en las unidades siguientes el campo eléctrico y el magnético.
• Estudia y repasa los conceptos fuerza, trabajo y energía que encontraras
en el Anexo II. Dinámica (punto 3.)
Algunas ideas:
• Para describir el campo gravitatorio utilizamos una magnitud vectorial:
Intensidad del campo gravitatorio g
. Lo representaremos, de forma
figurativa, por medio de las líneas de fuerza y por superficies
equipotenciales.
• En la unidad 1 ya has estudiado una fuerza conservativa: la fuerza
recuperadora de un resorte.
• Campos conservativos y energía potencial. La energía potencial es propia
de las fuerzas conservativas. La disminución de la energía potencial mide el
trabajo realizado por una fuerza conservativa.
Criterios de evaluación Al finalizar el estudio del tema 4 deberás ser capaz de:
− Utilizar el concepto físico de campo y aplicar el principio de superposición
para resolver problemas en los que interviene la intensidad gravitatoria.
− Calcular la intensidad del campo gravitatorio terrestre a una altura
determinada, expresando su valor en forma vectorial y en forma escalar.
− Calcular la masa de un planeta dado el período de un satélite que gira en
torno a ese planeta.
− Calcular el período de revolución de un satélite artificial conociendo el radio
de la órbita que describe.
− Determinar la velocidad de escape que debe tener un cohete para que
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abandone el campo gravitatorio de un planeta dado.
− Determinar la energía total de un satélite conociendo el radio de la órbita que
describe.
− Calcular la energía potencial asociada a un sistema formado por varias
masas.
− Comprender el concepto de fuerza conservativa, citando algún ejemplo de
este tipo de fuerzas.
− Resolver problemas de dinámica utilizando el principio de conservación de la
energía mecánica.
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UNIDAD 5. INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. EL CAMPO ELÉCTRICO. Orientaciones Los efectos eléctricos y magnéticos son producidos por la misma propiedad
de la materia, propiedad que conocemos con el nombre de carga eléctrica. El estudio
de ambos fenómenos lo hacemos por separado, dependiendo de si la carga eléctrica
está en reposo o en movimiento. Podemos decir que:
• Una carga en reposo solamente origina efectos eléctricos:
• Si la carga está en movimiento se originan efectos magnéticos:
Campo eléctrico.
Campo
magnético
Al igual que la masa crea a su alrededor un campo gravitatorio, la carga crea
un campo eléctrico. El enfoque que se ha dado para el campo gravitatorio será el
mismo que se hará para el campo eléctrico. Por lo tanto, es muy importante que hayas
entendido muy bien la unidad anterior. Fíjate en las analogías y diferencias entre
ambos que se plantean a continuación:
.
• Las fuerzas debidas a los campos gravitatorio y eléctrico son centrales. Sus
líneas de campo son abiertas y tienen simetría radial.
Analogías entre el campo gravitatorio y el campo eléctrico.
• Son campos conservativos, por lo que tienen una energía potencial y un
potencial asociados. El trabajo realizado contra el campo se almacena en
forma de energía potencial, de modo que puede recuperarse íntegramente.
• Las fuerzas gravitatorias y eléctricas tienen siempre la dirección del vector
intensidad de campo.
• La intensidad del campo es directamente proporcional a la masa/carga que lo
crea, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre masa/carga
y el punto donde calculamos el campo.
• Las fuerzas eléctricas pueden ser atractivas o repulsivas. Las líneas de campo
se originan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.
Diferencias entre el campo eléctrico y el campo gravitatorio.
• Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas. Las líneas del campo señalan
a la masa que lo crea.
• El campo eléctrico depende del medio en el que actúa. La constante K varía de
un medio a otro.
• El campo gravitatorio no depende del medio en el que actúa. La constante G es
universal.
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• El valor de K es mucho mayor que el de G. Esto implica que, a nivel atómico y
molecular, la interacción eléctrica es mucho más intensa que la gravitatoria.
• Un punto material crea un campo gravitatorio tanto si está en reposo como si
está en movimiento.
• Una carga en reposo crea un campo eléctrico. Si está en movimiento crea un
campo eléctrico y otro magnético.
• Una partícula en reposo, abandonada a la acción del campo gravitatorio, se
mueve en la dirección y sentido del vector intensidad del campo.
• Una carga en reposo, abandonada a la acción del campo eléctrico, se mueve
en la dirección del vector intensidad del campo eléctrico, pero su sentido
depende del signo de la carga.
• El flujo se define como el producto escalar de dos vectores: la intensidad de
campo y la superficie. Ello implica que a la superficie la representamos mediante
un vector, llamado vector superficie. El cual se define como un vector cuya
dirección es normal a la superficie, su módulo coincide con el área y cuyo sentido
viene definido por la parte convexa de la superficie.
Algunas ideas
• El flujo se considera positivo cuando las líneas del campo salen de la superficie y
negativo cuando entran en ella.
• Respecto al Teorema de Gauss
• La superficie gaussiana se elige de acuerdo con la simetría del sistema de
cargas. Por ejemplo, si queremos calcular el campo creado por un hilo
escogemos como superficie gaussiana un cilindro cuyo eje coincide con el hilo.
Si lo que tenemos es un plano cargado, la superficie gaussiana puede ser un
paralelepípedo perpendicular al plano.
:
• El flujo que atraviesa una superficie depende de la carga encerrada por dicha
superficie.
• Si no hay cargas en el interior de una superficie, el campo eléctrico es cero.
• Se utiliza para:
• Determinar el valor del campo eléctrico creado por una distribución de
cargas.
• Obtener la carga cuando se conoce el campo eléctrico que crea.
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Criterios de evaluación:
Al finalizar el estudio del tema 5 deberás ser capaz de:
− Determinar el campo eléctrico creado por una carga o por una esfera en un
punto determinado.
− Calcular el potencial eléctrico en diferentes puntos de un campo cuando está
generado por distribuciones puntuales de carga, e indicar cuál será el
movimiento de cargas positivas o negativas cuando se dejan libres en el
campo.
− Calcular el potencial y el campo en puntos próximos a un conductor plano
cargado.
− Identificar la dirección y sentido del campo eléctrico en puntos próximos a
una esfera cargada o a un conductor plano cargado.
− Calcular el campo eléctrico y el potencial creados por una distribución de
cargas puntuales utilizando el principio de superposición.
− Determinar la posición en el eje OX de un punto en el que el campo es nulo,
cuando existen dos cargas puntuales situadas en puntos de dicho eje.
− Determinar la energía potencial asociada a un sistema formado por dos o
más cargas puntuales.
− Aplicar el teorema de Gauss para calcular el campo eléctrico producido por
distribuciones esféricas, cilíndricas o lineales de cargas.
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UNIDAD 6. EL CAMPO MAGNÉTICO
Orientaciones Para facilitar el estudio de la unidad te proponemos que te fijes en el
siguiente esquema:
Acciones del campo
• Fuerzas que aparecen sobre una carga eléctrica que se mueve en el seno
de un campo magnético: Fuerza de Lorentz.
:
• Fuerzas que aparecen sobre conductores rectilíneos y sobre espiras.
• Fuerzas entre conductores.
Campos creados
• Por cargas en movimiento.
:
• Por conductores rectilíneos.
• Por espiras.
• Flujo magnético
Inducción magnética:
• Variación del flujo.
• Fuerza electromotriz inducida: Leyes de Faraday y Lenz.
• Las cargas en reposo.
Algunas ideas:
El campo magnético no ejerce ninguna fuerza sobre:
• Las cargas que se mueven paralelamente al campo.
Se produce corriente inducida cuando:
• El imán se acerca o se aleja de la espira. No se produce ninguna corriente
cuando el imán está parado.
• El sentido de la corriente es diferente cuando el imán se acerca o se aleja.
• Se pueden obtener resultados semejantes si se moviera la espira y se
mantuviera el imán.
• El sentido de la corriente inducida depende del polo del imán que se acerca
o se aleja de la espira.
• Cuando se abre o se cierra el circuito.
• Si varía la corriente que pasa por una de las espiras. No se produce cuando
la intensidad que pasa por el circuito es constante.
• La variación del campo magnético da lugar a una corriente inducida.
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Ley de Lenz
• Nos proporciona un método para determinar el sentido de la corriente
inducida.
:
• Es una consecuencia del principio de conservación de la energía.
• Al acercar, por ejemplo, el polo norte de un imán a una espira, la corriente
inducida es tal que se opone al incremento del flujo magnético. Ahora la
espira equivale a un imán con su polo norte enfrentado al polo norte del
imán inductor. La corriente inducida dificulta el avance del imán, es decir, se
opone a la causa que lo origina.
• Podemos hacer el mismo razonamiento si el imán se aleja o si el polo, en
lugar de norte, es sur.
• Fuerza electromotriz de un generador es el trabajo que realiza el generador
por unidad de carga eléctrica o, lo que es lo mismo, la energía que
proporciona a la unidad de carga. Su unidad es el voltio (V).
Ley de Faraday:
• La fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual a la velocidad con
que varía el flujo magnético a través de dicho circuito, cambiada de signo.
Corriente alterna
• El flujo puede variar, aunque B y S sean constantes, siempre y cuando el
ángulo (ϕ = ω t) varíe.
:
• La f.e.m inducida varía de forma sinusoidal:
( )
( )( ) ( )δωωδωφε
δωφ
+=+−=−=
+⋅=
tSBtdtdBS
dtd
tSBm
sencos
cos
Después de haber estudiado la unidad revisa las analogías y diferencias, entre los
tres campos.
Criterios de evaluación Al finalizar el estudio del tema 6 deberás ser capaz de:
− Calcular el radio de la órbita que describe una carga q cuando penetra con
una velocidad v en un campo magnético conocido.
− Determinar el valor del campo magnético originado por una corriente
rectilínea en un punto determinado y dibujar las líneas de fuerza de dicho
campo,
− Calcular la frecuencia propia de una carga cuando se mueve en un ciclotrón.
− Hallar en un punto dado el campo magnético resultante debido a dos
conductores rectilíneos por los que circulan corrientes en el mismo sentido o
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en sentido contrario, así como la fuerza de interacción entre ellos.
− Describir e interpretar correctamente una situación concreta en que aparece
el fenómeno de la inducción. Indicar, utilizando la ley de Lenz, en qué sentido
debe circular la corriente.
− Aplicar correctamente la ley de Faraday para hallar la fem inducida en un
circuito concreto, indicando de qué factores depende la corriente que
aparece en dicho circuito.
− Conocer los elementos fundamentales de que consta un generador de
corriente y qué función tiene cada uno de ellos en el funcionamiento del
generador.
− Comprender el funcionamiento de electroimanes, motores, instrumentos de
medida, como el galvanómetro, etc., así como otras aplicaciones de interés
de los campos eléctricos y magnéticos, como los aceleradores de partículas
y los tubos de televisión.
− Conocer el funcionamiento y utilidad de los transformadores. Resolver
problemas que traten de la variación de tensión en la entrada y salida de un
transformador.
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UNIDAD 7. LA LUZ
Orientaciones
A lo largo de la historia, los diferentes fenómenos luminosos se han
interpretado utilizando dos modelos: el corpuscular y el ondulatorio. La teoría
electromagnética unifica ambos e introduce un importante concepto, el de onda
electromagnética. Debido a su naturaleza ondulatoria, la luz presenta aquellos
fenómenos que han sido estudiados para las ondas en general.
Criterios de evaluación Al finalizar el estudio de la unidad 7 deberás ser capaz de:
− Utilizar los modelos clásicos (corpuscular y ondulatorio) para explicar las
distintas propiedades de la luz.
− Conocer las leyes de Maxwell y aplicarlas a cuestiones teóricas sencillas.
− Comprender la naturaleza de las ondas electromagnéticas y saber expresar
las ecuaciones de onda de los campos eléctrico y magnético que las
constituyen.
− Calcular las características fundamentales de las ondas electromagnéticas:
longitud de onda, frecuencia y período.
− Clasificar las ondas electromagnéticas según su longitud de onda y su
frecuencia.
− Relacionar el carácter dual de la luz con el uso que la Física hace de los
modelos, no para explicar cómo son las cosas, sino cómo se comportan.
− Calcular la velocidad de la luz en un medio transparente utilizando el
concepto de índice de refracción.
− Conocer las leyes de Snell de la reflexión y de la refracción de la luz y
aplicarlas a: el prisma óptico, láminas de caras plano paralelas.
− Conocer el fenómeno de la reflexión total y saber calcular el ángulo límite.
− Explicar el fenómeno de la dispersión de la luz y el color de los cuerpos.
− Conocer el efecto Doppler en la luz.
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UNIDAD 8. ÓPTICA GEOMÉTRICA.
Orientaciones
En esta unidad se estudia la formación de imágenes en diferentes sistemas
ópticos.
Al hacer los ejercicios procura dibujar la marcha del rayo y al aplicar las fórmulas no
olvides que has de tener en cuenta el criterio de signos elegido.
Si los rayos procedentes de un punto, después de atravesar el sistema óptico,
convergen cortándose en otro punto, a este punto le llamamos imagen real. Por el
contrario, si después de atravesar el sistema óptico salen divergentes, y lo que se
corta son sus prolongaciones, forman una imagen virtual.
Criterios de evaluación
Al finalizar el estudio del tema 8 deberás ser capaz de:
− Conocer las ecuaciones fundamentales de los dioptrios plano y esférico y
relacionarlas con las ecuaciones correspondientes de espejos y lentes.
− Construir gráficamente diagramas de rayos luminosos que te permitan
obtener las imágenes formadas en espejos y lentes delgadas.
− Realizar cálculos numéricos para determinar la posición y el tamaño de las
imágenes formadas.
− Explicar las características de las imágenes a partir de los resultados
numéricos obtenidos o de las construcciones gráficas realizadas.
− Conocer el funcionamiento óptico del ojo humano y sus defectos.
− Comprender la influencia de las lentes en la corrección de los defectos en la
visión.
− Aplicar tus conocimientos sobre espejos y lentes al estudio de la lupa,
telescopio y el microscopio óptico.
− Comprender las múltiples aplicaciones de la óptica en el campo de la
fotografía, la comunicación, la investigación, la salud, etc.
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UNIDAD 9. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MODERNA Orientaciones
Este es un tema largo y complejo, por lo que para facilitar su estudio te
proponemos algunas ideas que debes comprender y trabajar:
Respecto a la Teoría de la Relatividad
1. Qué es un Sistema de Referencia Inercial.
:
2. En Mecánica clásica la distancia entre dos puntos es una invariante. Sin embargo,
la velocidad no lo es ya que depende del observador.
3. Las ecuaciones de transformación de Galileo y su principio de Relatividad.
4. Surge “un problema” al tratar de aplicar las ecuaciones de Galileo a las ondas
electromagnéticas. Limitaciones de la Física clásica.
5. Las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo son incompatibles con la
transformación de Galileo.
6. El experimento de Michelson-Morley lleva a predecir que el movimiento de la Tierra
no afecta a la velocidad de la luz.
7. Lorenzt trata de explicar qué es lo que ha fallado en el experimento de Michelson-
Morley, llegando a la conclusión de que los cuerpos que se mueven a través del
“éter” (sustancia en la que se creía se encontraban todos los astros, planetas, etc.)
se contraen en la dirección de su movimiento.
8. Einstein recoge todo lo anterior y enuncia su teoría, basándose en dos postulados enormemente sencillos. Para que esos postulados se cumplan es necesario que:
las longitudes se contraigan y los tiempos se dilaten, si viajamos a la velocidad de
la luz o a velocidades cercanas a ella. La distancia y el tiempo han dejado de ser
absolutos. Podemos calcularlos, simplemente, multiplicando o dividiendo por un
factor γ.
9. La masa también ha dejado de ser una invariante: Masa relativista.
10. Existe una equivalencia entre la masa y la energía, pues una se puede convertir en
la otra.
11. Energía cinética relativista EC = ∆m ·c2
12. Energía relativista total E = m · c2
1. Hipótesis de Planck.
Respecto al efecto fotoeléctrico
2. Einstein interpretó el efecto fotoeléctrico al suponer que un haz de radiación
electromagnética de frecuencia f se encuentra formado por cuantos de energía.
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3. Toda la energía emitida por una fuente radiante está cuantizada en paquetes: los
fotones.
4. Un fotón es absorbido completamente por un fotoelectrón.
5. El electrón que está más débilmente enlazado escapará con energía cinética
máxima.
6. EC = (energía del fotón) – (trabajo para arrancar el electrón)
7. Es un fenómeno instantáneo que aparece y desaparece con la radiación.
1. Dualidad onda-partícula
Respecto a la Hipótesis de De Broglie
2. Un fotón tiene energía y momento lineal
3. Una partícula ha de tener frecuencia y longitud de onda asociada.
4. A toda partícula en movimiento le corresponde una onda, cuya longitud de onda es
inversamente proporcional al momento lineal de esa partícula.
Principio de Incertidumbre:
− Distinguir sistemas de referencia inerciales de no inerciales.
Debes conocer su enunciado.
Criterios de evaluación
Al finalizar el estudio del tema 9 deberás ser capaz de:
− Determinar de entre varias magnitudes dinámicas de un fenómeno cuáles
son invariantes y cuáles no en una transformación de Galileo.
− Expresar la ecuación de un movimiento en otro sistema de referencia que se
mueva con velocidad constante respecto del primero.
− Calcular la dilatación del tiempo que experimenta un observador conociendo
la velocidad con que se desplaza.
− Determinar la variación de la longitud de un objeto si conoces la velocidad
relativa con que se mueve.
− Conocer la hipótesis de Planck y calcular la energía de un fotón en función
de su frecuencia o de su longitud de onda.
− Explicar el efecto fotoeléctrico mediante la teoría de Einstein y realizar
cálculos relacionados con el trabajo de extracción y la energía cinética de los
fotoelectrones.
− Aplicar la cuantización de la energía al estudio de los espectros atómicos y
conocer el modelo atómico de Bohr.
− Comprender que los fotones, electrones, etc., no son ni ondas ni partículas
según la noción clásica, sino que son objetos nuevos con un comportamiento
nuevo, el cuántico.
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− Determinar las longitudes de onda asociadas a partículas en movimiento.
− Aplicar las relaciones de incertidumbre y calcular las imprecisiones en el
conocimiento de la posición y la velocidad de un electrón.
− Relacionar el concepto de orbital con la probabilidad de encontrar el electrón
en una zona del espacio.
− Distinguir el carácter estadístico de la mecánica cuántica en contraposición
con el carácter determinista de la mecánica clásica.
− Conocer el gran impulso de esta nueva revolución científica al desarrollo
científico y tecnológico, ya que gran parte de las nuevas tecnologías se
basan en la física cuántica: las células fotoeléctricas, los microscopios
electrónicos, el láser, la microelectrónica, los ordenadores, etc.
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UNIDAD 10. FÍSICA NUCLEAR Y PARTÍCULAS ELEMENTALES
Orientaciones De esta unidad es importante que conozcas:
1. El núcleo atómico.
2. Desintegración Radioactiva y sus emisiones.
3. Constante de desintegración, vida media. Actividad.
4. Ley de decaimiento radioactivo.
5. Reacciones nucleares: Fusión y fisión.
Criterios de evaluación
Al finalizar el estudio del tema 10 deberás ser capaz de:
− Deducir la composición de los núcleos y distinguir diferentes isótopos.
− Relacionar la estabilidad de los núcleos con el defecto de masa y la energía
de enlace.
− Distinguir los distintos tipos de radiaciones radiactivas.
− Escribir correctamente algunas reacciones nucleares.
− Realizar cálculos sencillos relacionados con las magnitudes que intervienen
en las desintegraciones radiactivas.
− Comprender las reacciones en cadena y sus aplicaciones en la fabricación
de armas nucleares y reactores nucleares de fisión.
− Opinar con rigor y lenguaje científico sobre hechos cotidianos relacionados
con la contaminación radiactiva, desechos nucleares, aplicaciones de los
isótopos radiactivos, energía nuclear, etc.
− Conocer las partículas elementales que constituyen la materia.
− Comprender la importancia del estudio de las partículas elementales para el
conocimiento del comportamiento de l a materia a ni vel microscópico y
cosmológico.
