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Parte 1. Construcción del péndulo físico

1. Diseña un péndulo simple y señala todos sus componentes.

2. Realiza un diagrama de cuerpo libre y plantea las ecuaciones del movimiento de

Newton.

3. Contesta las siguientes preguntas:

a. ¿Qué pasaría si al ponerlo a oscilar, aumentas la masa que cuelga al final de

la cuerda? Fundamenta tus respuestas en base al conocimiento visto en Física

1.

b. ¿Qué sucedería si al ponerlo a oscilar, disminuyes la masa que cuelga al final

de la cuerda? Fundamenta tus respuestas en base al conocimiento adquirido

en Física 1.

c. ¿Qué sucedería si disminuyéramos o aumentáramos el tamaño de la cuerda?

Fundamenta tus respuestas.

d. ¿Qué consecuencia tiene la fricción en nuestro sistema? Si no hubiera fricción

¿qué sucedería?

e. ¿Existe alguna influencia en el ángulo de lanzamiento del péndulo?

f. ¿En qué puntos la velocidad es cero?

g. ¿En qué parte de la trayectoria de la masa de un péndulo esta tiene velocidad

máxima?

4. Visita la página del simulador "Laboratorio del Péndulo” (no olvides visitar la sección

de Recursos de apoyo para saber dónde está), y corrobora tus respuestas.

Parte 2. Determinación de parámetros del M.A.S. para el péndulo físico y su péndulo

simple equivalente

5. Reúnanse en parejas para realizar la construcción del péndulo físico con la tabla de

madera.

6. Midan con la cinta métrica la tabla de madera y marquen con el plumón tres puntos

importantes: el centro de masa a la mitad de la tabla, eje de rotación 1, a 2 cm del

extremo de la tabla, y eje de rotación 2, a 10 cm del mismo extremo de la tabla.

7. Perforen con el clavo grueso los dos ejes de rotación, procurando que queden los

agujeros lo más redondo posible.

8. Utilicen la lija fina para que los agujeros presenten la mínima fricción posible.

9. Cuelguen el péndulo físico colocando el clavo delgado en el eje de rotación 1, y

clavándolo en una superficie vertical.

10. Pongan a oscilar el péndulo físico en el eje de rotación 1, con una amplitud de 15° y

registren el tiempo de 5 oscilaciones.

11. Repitan el procedimiento anterior 5 veces para que obtengan el valor promedio del

periodo y la frecuencia angular.



12. Repitan los puntos 10 y 11 haciendo oscilar el péndulo físico en el eje de rotación 2, y

escriban los resultados en la siguiente tabla:

Eje de rotación

Distancia del eje al C.M.

Tiempo en 5 oscilaciones

Periodo promedio

Frecuencia angular

1

2

13. Empleen la ecuación de la frecuencia angular para el péndulo simple y determinen la

longitud equivalente, escribiendo los resultados en la siguiente tabla:

Péndulo físico

con eje de rotación:

Longitud del

péndulo simple equivalente:

Frecuencia angular


Periodo del péndulo simple equivalente:

1

2

14. Hagan funcionar la simulación “Laboratorio de péndulo” (les recomiendo visitar la

sección de Recursos ya que ahí encontrarán la liga para visitar la página web de este

simulador) para construir virtualmente el péndulo simple equivalente escribiendo en el

espacio de longitud el valor obtenido en la tabla anterior, para el eje de rotación 1,

luego hagan funcionar la simulación activando el reloj fotoactivado y registren el

periodo.

15. Repitan el procedimiento del punto anterior para el caso del eje de rotación 2, y

escriban los resultados en la siguiente tabla:

Péndulo físico

con eje de rotación:

Longitud del


Periodo promedio de péndulo físico:

Periodo del péndulo

simple equivalente virtual:



1

2

16. Construyan el péndulo simple equivalente al péndulo físico con el eje de rotación 1,

empleando el segundo clavo delgado para colgar el péndulo simple 1, consideren un

ángulo de 15° para la oscilación. Para este péndulo simple utilicen la cuerda delgada

que debe atarse en un extremo al candado chico, y colgarse del otro extremo al

segundo clavo con la longitud del péndulo simple equivalente primero con la longitud

mayor y después con la longitud menor (sin cortar la cuerda).

17. Midan el tiempo de 5 oscilaciones para que obtengan el periodo promedio y repitan

este procedimiento para el péndulo simple 2, equivalente al péndulo físico con el eje

de rotación 2, escribiendo los resultados en la siguiente tabla:

Péndulo físico

con eje de

rotación:

Longitud del

péndulo simple

equivalente:

Periodo promedio de péndulo físico:

Periodo promedio

del péndulo simple

equivalente:

1

2

17. Escriban si hay diferencias en los periodos promedios de estos péndulos físico y

simple y a que puede ser debido.

Parte 3. Determinación experimental del valor de la gravedad mediante los péndulos

físico y simple y gráficas del M.A.S. de estos sistemas físicos

18. Empleen el teorema de los ejes paralelos para obtener las ecuaciones en función de la

masa para cada uno de los péndulos físicos y empleando las frecuencias angulares de

la tabla del punto 12, determinen el valor de la gravedad, escribiendo los resultados en

la siguiente tabla:

Péndulo físico

con eje de

rotación:

Expresión del momento

de inercia respecto al eje

de rotación:

Frecuencia

angular:

Valor experimental

de la gravedad:



1

2

19. Empleen la expresión de la frecuencia angular del péndulo simple, para que

empleando los valores experimentales y del simulador (tablas puntos 15 y 17),

determinen el valor de la gravedad, escribiendo los resultados en la siguiente tabla:

Péndulo simple:

Longitud del péndulo simple:

Valor de la

gravedad con

datos simulador:

Valor experimental de la gravedad:

1

2

20. Escriban las ecuaciones de posición, velocidad y aceleración angular para los dos

casos de péndulo físico, como los dos casos de péndulo simple. Consideren que el

movimiento inicia con el ángulo positivo de 15°.

21. Dibujen las gráficas para las ecuaciones del punto anterior.

Parte 1. Generación de tonos de frecuencia variable y batimientos

1. Reúnanse en equipos, cada quien debe tener una computadora o tablet conectada a

bocinas portátiles.

2. Utilicen algunos de los programas de instalación sugeridos en la sección de Recursos,

para instalar en sus computadoras un programa de computadora generador de tonos o

sonidos de frecuencia variable, de preferencia “Audacity”, que es un programa que se

puede descargar gratuitamente para “Windows” o “Mac”, y que te permite producir más

de un sonido a la vez en la misma computadora, lo cual será útil para analizar

interferencia de sonidos y algunos de sus efectos.

3. Hagan funcionar el programa generador de tonos, en el caso del programa “Audacity”,

ir a la pestaña de “generate” y seleccionar la opción de “tone” escogiendo los valores

de frecuencia que se indican en la siguiente tabla y escriban tanto la claridad de la

percepción del sonido, así como las características del tono, si es muy bajo, bajo,

medio, alto o muy alto. Tengan conectadas y encendidas las bocinas portátiles a su

computadora con un nivel de volumen adecuado. Para que se reproduzca el tono o



frecuencia del sonido seleccionado deben hacer clic en el botón de “play”, y con el

botón de “stop” detener el sonido, para luego cambiar de frecuencia nuevamente en la

pestaña de “generar”.

Frecuencia

en Hertz

Claridad de

percepción Característica del tono

20

60

100

150

200

300

400

600

1000

4. Escriban sus observaciones en relación a frecuencias de los sonidos escuchados y de

los que no se alcanzan a percibir, o su percepción es muy baja, y también qué sonidos

resultan molestos al oído.

5. Ahora en la pestaña de “edit” seleccionar la opción de “duplicate” para observar el

fenómeno del sonido llamado “pulsaciones” o “batimientos” que resulta de la

interferencia de dos sonidos de frecuencias cuya diferencia entre ellas debe ser menor

a 20 para percibir claramente este fenómeno, por lo tanto, fijen el primer sonido en la

frecuencia de 300 Hz, y el segundo sonido vayan cambiándolo a los valores mostrados



en la siguiente tabla, escriban los resultados de los batimientos percibidos, así como la

frecuencia promedio del sonido resultante.

Frecuencia fija del primer sonido=300 Hz

Frecuencia

segundo sonido

Diferencia

de frecuencias

Pulsos en 3

segundos

Batimientos

por segundo

Frecuencia

promedio

300

301

302

306

310

315

320

325

299

298

6. Escriban sus observaciones en relación a que tan fácil o difícil resulta distinguir las

pulsaciones o batimientos y qué aplicaciones puede tener este fenómeno.

7. Graben las pulsaciones percibidas para los casos de número de batimientos en donde

las frecuencias en Hertz del segundo sonido son: 300, 301, 302, 306 y 310,

empleando el mismo programa “Audacity” , pero una vez que ya se tengan generado



los dos sonidos, no dar clic en el botón de “play”, en lugar de esto, vayan a la pestaña

“transport” para seleccionar “record” y empezará a grabar, observen que en la parte de

debajo de la pantalla se encuentra la ventana de “Audio position” que es un

cronómetro que inicia cuando se empieza a grabar, deben de parar la grabación

alrededor de los 3 segundos, lo cual es exacto si en la ventana de al lado: “End-

Length” fijan el tiempo de 3 segundos y se detendrá la grabación automáticamente,

por otro lado, en la imagen que se generó, aparecerá la interferencia de las dos ondas

de sonido, observándose los máximos que corresponde a los batimientos que se van

produciendo, de esta manera se puede contar dichas pulsaciones en los tres

segundos para determinar los batimientos por segundo. No olviden dar clic en “salvar

la grabación” dentro de la pestaña de “file”. Ya que realicen todo esto, escriban los

resultados en la siguiente tabla:

Frecuencia fija del primer sonido=300 Hz

Frecuencia

segundo sonido

Diferencia

de frecuencias

Pulsos en 3

segundos

Batimientos

por segundo

300

301

302

306

310

8. Dibujen cualitativamente las gráficas de la superposición de los dos sonidos con la

diferencias de frecuencias de la tabla anterior. Estas gráficas son similares a la

mostrada en la siguiente figura:



Imagen obtenida de http://www.amadeux.net/../ solo para fines educativos.

Parte 2. Sonómetro o decibelímetro con un teléfono celular

9. A continuación descarguen alguna de las aplicaciones gratuitas que hay para teléfonos

celulares, indicadas en la sección de Recursos, para convertir a su teléfono celular en

un sonómetro o decibelímetro, para medir el nivel de sonido en decibeles que es

registrado por micrófono del teléfono celular, y hagan funcionar la aplicación.

10. Generen un sonido de 300 Hz y con un cierto nivel de volumen, que debe estar

controlado por el selector de volumen de la computadora en el valor de 60, coloquen el

teléfono celular a la distancia de 50 cm (0.5 m) y registren el valor del nivel de sonido

en decibeles. Repitan este procedimiento para los valores del control de volumen de

80 y 100, y también para las distancias de 1 m y 1.5 m. Escriban los resultados en la

siguiente tabla:

Registro del nivel de sonido en decibeles

Control del volumen

0.5m 1m 1.5m

60

80

100

11. Con la información anterior, comprueben y comparen los resultados de la ecuación de

diferencia de niveles de sonido y escriban los resultados en la siguiente tabla:



Cálculo de diferencia de niveles de sonido ( b2 - b1 )

Control del volumen

Entre

0.5 y 1m

teórica

Entre

0.5 y 1m

experimental

Entre

0.5 y 1.5m

teórica

Entre

0.5 y 1.5m

experimental

60

80

100

12. Con la información de la tabla del punto 10 y aplicando las ecuaciones de nivel de

sonido, intensidad y potencia, determinen el valor de la potencia de los sonidos

generados para los diferentes controles de volumen, y escriban los resultados que se

piden en la siguiente tabla:

Cálculo de la potencia en watts para dicho control de volumen

Control del

volumen 0.5m 1m 1.5m

Potencia

promedio

60

80

100

Parte 3. Intensidad y nivel de sonido resultante en superposición de sonidos

13. Nuevamente generen un sonido de 300Hz y con un cierto nivel de volumen, controlado

por el selector de volumen de la computadora en el valor de 60, coloquen el teléfono

celular a la distancia de 50cm (0.5m) y registren el valor del nivel de sonido en

decibeles. Con la segunda computadora generen el mismo sonido y los mismos datos

de frecuencia y volumen y coloquen la bocina también a 50cm del teléfono celular pero

en dirección opuesta a la primer bocina, de tal manera que sea un metro de

separación entre las dos bocinas. Hagan sonar los sonidos al mismo tiempo y

registren el nivel del sonido resultante en decibeles. Repitan este procedimiento para



las separaciones de las bocinas al teléfono celular de 1m y 1.5m. Comparen los

valores experimentales y teóricos de los niveles de sonido resultantes. Escriban los


Distancias Intensidad

result. (teórica)

Nivel de

sonido result. (teórico)

Nivel de

sonido result. (exp)

0.5m

1m

1.5m

14. Escriban sus observaciones en caso de que haya diferencias entre los valores teórico

y experimental de los niveles de sonido resultante.

15. Resuelvan teóricamente el caso en que diez mil personas en un estadio de fútbol

gritan al mismo tiempo la palabra “gol”, suponiendo que una persona produce en lo

individual un sonido de 100 decibeles, determinen el nivel de sonido resultante cuando

todas las personas gritan al mismo tiempo.

16. Resuelvan teórica y experimentalmente a que distancia debe colocarse el sonómetro

(teléfono celular) para que perciba 80 decibeles, si a una distancia de 50cm, se

registran 60 decibeles.

1. Para comenzar, deberás tener lista tu computadora o tablet para que puedan

funcionar correctamente los simuladores computacionales que se van a emplear

como laboratorio de Física virtual, por lo que debes asegurarte de tener

instalado los programas: Java y Adobe Flash Player, en caso de que no sea así

revisa la sección de “Recursos” y podrás encontrarlos para descargar.

2. Como evidencia del Módulo 1, se te pide que obtengas los parámetros del

movimiento armónico simple (M.A.S.) en un sistema masa-resorte, además de

determinar el valor de la gravedad empleando un péndulo simple, y también

analizar el caso de la propagación de ondas en una cuerda.

Haz clic para ver las instrucciones.

3. Para el primer criterio de evaluación, en donde el propósito es determinar los

diferentes parámetros que caracterizan al M.A.S. en un sistema masa-resorte, haz

http://bbsistema.tecmilenio.edu.mx/bbcswebdav/institution/UTM/semestre/profesional/fi/fi13102/bb/modulo1.htm#primero




funcionar la simulación “Laboratorio de resortes y masa” (recuerda que se encuentra

en la sección de Recursos) y realiza lo siguiente:

a.

b.

c.

d.

e.

f.

g.

h.

4. Para el segundo criterio de evaluación, en donde el objetivo es determinar el valor de

la gravedad, haz funcionar la simulación “Laboratorio de péndulo” (este simulador lo

puedes encontrar en la sección de Recursos) y realiza lo siguiente:

a.



http://bbsistema.tecmilenio.edu.mx/bbcswebdav/institution/UTM/semestre/profesional/fi/fi13102/bb/modulo1.htm#segundo





b.

c.

d.

e.

5. Para el tercer criterio de evaluación, en donde el objetivo es determinar los

parámetros de la onda viajera en una cuerda, haz funcionar la simulación “Onda en una

cuerda” (al igual que los otros simuladores este se encuentra en la sección de

Recursos) y realiza lo siguiente:

a. Haz clic para activar el reloj y también aumenta la fricción a “mucho” para evitar por lo

pronto que el sistema oscile intermitentemente, ya que primero debes determinar la

constante de fuerza del resorte.

b. Cuelga la masa de 50g en el resorte 1 y con la regla mide la distancia que se estiró el

resorte, haz lo mismo con las masas de 100g y de 250g en los resortes 2 y 3.

c. Llena la siguiente tabla para determinar la constante del resorte, mediante la ley de

Hooke:

Resorte Masa Estiramiento Constante del resorte

1 50g

http://bbsistema.tecmilenio.edu.mx/bbcswebdav/institution/UTM/semestre/profesional/fi/fi13102/bb/modulo1.htm#tercero






2 100g

3 250g

d. Quita las masas graduadas en gramos y ahora cuelga las masas de colores verde,

dorada y roja en los resortes 1, 2 y 3, respectivamente y calcula las masas (en g) de

estos objetos, llenando la siguiente tabla:

Resorte Constante del resorte Estiramiento Masa

1

2

3

e. Quita las masas de colores y ahora mueve el botón de “suavidad del resorte 3” a la

condición de “suave” y cuelga la masa de 50g para que midas el estiramiento del

resorte y determines la constante del resorte “suave”, luego aumenta la condición del

resorte a “duro” y cambia la masa por la de 250g, para que nuevamente determines la

constante del resorte “duro” y escribe los resultados en la siguiente tabla:

Resorte Masa Estiramiento Constante del resorte

Normal 50g

Suave 50g

Duro 250g

f. Con la masa de 250g en el resorte 3, en la condición de “duro”, sostén la masa en la

línea que corresponde al resorte sin estirar, y suelta la masa para que se produzca un



movimiento armónico simple (M.A.S), para una mejor observación y precisión en las

mediciones, haz clic en el tiempo “1/16” para tener un movimiento en cámara lenta.

Activa también el reloj y toma el tiempo 5 oscilaciones para que calcules el periodo y lo

compares con el periodo teórico. Cuelga también las masas de 50g y 100g en los

resortes 1 y 2, para producir un M.A.S. similar al del resorte 3 y escribe los resultados

en la siguiente tabla:

Resorte Masa Tiempo en 5 oscilaciones

Periodo experimental Periodo teórico

1 50g

2 100g

3 250g

g. Con el periodo experimental determina las constantes A, ω, Vmax, amax, y llena la

siguiente tabla:

Resorte

masa A ω Vmax amax

1-50g

2-100g

3-250g

h. Determina el valor de la constante de fase Φ considerando que el movimiento inicia

cuando se suelta desde arriba y escribe las ecuaciones de posición, velocidad y

aceleración para el movimiento de las masas unidas a cada uno de los resortes 1, 2 y

3.



a. Haz clic en el botón de “pausa” y también activa tanto “reloj fotoactivado” como “otras

herramientas”, donde aparecerá otro cronómetro. Mueve con el “mouse” la masa hasta

que la cuerda forme un ángulo positivo de 15° con la vertical, después de esto, haz

funcionar la simulación quitando la “pausa” haciendo clic en “seguir”, notarás el

movimiento armónico simple en un péndulo simple. Puedes incluso observar en

cámara lenta la simulación haciendo clic en los tiempos de “1/4” o el de “1/16”.

b. A continuación, haz clic en reloj fotoactivado para que registres el periodo del péndulo

para ese ángulo de 15°, luego activa el cronómetro para que midas el tiempo total de 5

oscilaciones y con ello determinar nuevamente el periodo, en este caso puedes poner

la simulación en “cámara lenta” con los tiempos de “1/4” o el de “1/16”, para una mejor

precisión de la medición. Observa que en este caso la masa del péndulo es de 1kg, y

su longitud es de 2m. Este procedimiento repítelo para los ángulos del péndulo de 10°

y de 5°, y escribe los resultados en la siguiente tabla:

Ángulo Tiempo en 5 oscilaciones Periodo-cronómetro Periodo-reloj fotoactivado

15°

10°

5°

c. Con los datos del periodo con el reloj fotoactivado, determina el valor de la frecuencia

angular y de la gravedad, escribiendo los resultados en la siguiente tabla:

Ángulo Periodo-reloj fotoactivado Frecuencia angular Valor de la gravedad

15°

10°

5°

d. A continuación, deja fijo tanto el ángulo de 10°, como la longitud de la cuerda de 2m y

cambia el valor de la masa de 1kg, a 1.5kg y 2kg, para que determines el periodo con



el reloj fotoactivado, así como el valor de la gravedad y escribe los resultados en la

siguiente tabla:

Masa Periodo-reloj fotoactivado Frecuencia angular Valor de la gravedad

1 kg

1.5 kg

2 kg

Sobre los resultados anteriores, indica de qué manera cambia el periodo en función de la

masa del péndulo y porqué.

e. Ahora, deja fijo el ángulo de 10° y la masa de 1kg, para que cambies la longitud de la

cuerda de 2m a 1.5m y 1m, a fin de determinar el periodo con el reloj fotoactivado, así

como el valor de la gravedad y escribe los resultados en la siguiente tabla:

Longitud Periodo-reloj fotoactivado Frecuencia angular Valor de la gravedad

2m

1.5m

1m

Sobre los resultados anteriores, indica de qué manera cambia el periodo en función de la

longitud del péndulo y porqué.

a. Haz clic en las ventanitas de “reglas” y “contador”, reduce a cero en el botón de

“amortiguación”, también activa las opciones de “sin final” y de “oscilación”, para tener

la propagación constante de ondas en una cuerda, luego haz clic en “pausa” y también

en el botón de “play” en el cronómetro.

b. A continuación mide con las reglas horizontal y vertical, tanto la longitud de onda,

como la amplitud de la onda en la cuerda.

c. Haz funcionar la simulación paso por paso haciendo clic en “paso” para que registres

el periodo de la onda y con ello calcula la velocidad de la onda y la frecuencia angular.

d. Reduce el botón de “frecuencia” a 40 y haz clic en el botón de “play” por unos 3

segundos para que se ajuste a la nueva onda y luego haz clic en “pausa” para repetir



los incisos b) y c), por último reduce el botón de “frecuencia” a 30, y repetir todo lo

anterior escribiendo los resultados obtenidos en la siguiente tabla de los parámetros

de la onda:

Botón de

frecuencia A λ T V K ω

50

40

30

e. Con el botón de “frecuencia” en 30, aplica la función de “imprimir pantalla” para que

obtengas las cuatro figuras de la onda propagándose en la cuerda para los casos en

que la constante de fase toma los valores de 0 rad, . Como

sugerencia, guíate con el punto rojo del disco del oscilador que genera la onda, el cual

gira con velocidad angular negativa (a favor de las manecillas del reloj), que

corresponde a una propagación de la onda en la dirección positiva del eje (x).

f. Al disco del oscilador y la ubicación del punto rojo se le llama círculo de fase, en donde

el parámetro de la onda ω “frecuencia angular”, corresponde a la velocidad angular del

punto rojo en el círculo de fase. Para la propagación de las ondas, con el botón de

frecuencia en 30, 40 y 50, registra el tiempo de una vuelta (periodo) del punto rojo en

el círculo de fase, determinando la velocidad angular. Escribe los resultados en la

siguiente tabla y compara estos valores con los de la frecuencia angular de la tabla del

inciso d).

Botón de

frecuencia

Tiempo en una vuelta

(periodo)

Velocidad angular

(rad/s)

Frecuencia angular en

(rad/s)

50

40



30

a. En el simulador “Presión del fluido y el flujo”, maximicen la pantalla y hagan clic en la

pestaña de torre de agua, también activen la regla y cinta métrica.

b. Determinen, para tres fluidos diferentes, la presión manométrica y absoluta, tanto en el

fondo del tanque como a la mitad. La densidad la pueden cambiar en el botón

“Densidad del fluido”.

c. Empleen también el medidor de presión.

d. Comparen los resultados que obtuvieron en esta tabla.

Fluido Densidad Altura Presión manométrica Presión

absoluta

Presión

medidor

Gasolina

Gasolina

Agua

Agua

Miel

Miel

a. Realicen un documento que incluya la solución de cada problema, seleccionen la

opción “Igualar flujo” en la llave donde sale el fluido hacia el tanque, comprueben que

el fluido es agua, en caso de que no sea así, en el botón de “Densidad de fluido”

pueden seleccionar el agua.

b. Muevan la tapa roja para que le den salida al flujo de agua en la parte de abajo del

tanque.

c. Con la cinta métrica y la regla midan la altura del agua dentro del tanque, la altura de

la base del tanque (donde sale el agua) hasta el piso, y el alcance horizontal del chorro

de agua, que está llegando al piso.

d. Escriban los resultados en la siguiente tabla:

Altura del agua dentro del tanque



Altura de la caída de agua

Alcance horizontal del agua

e. Ahora empleen ecuaciones de cinemática para el movimiento en un plano y

determinen la velocidad a la que sale el agua en la parte baja del tanque.

f. Utilicen la ecuación de Bernoulli para hallar esta misma velocidad, y también coloquen

el medidor de velocidad en la salida del chorro de agua.

g. Escriban los resultados en la siguiente tabla:

Velocidad por cinemática

Velocidad por Bernoulli

Velocidad por el medidor

a. Seleccionen la opción “Manual” en la llave donde sale el fluido hacia el tanque. En ese

momento el tanque empezará a vaciarse por lo que cierren la tapa roja y hagan clic en

el botón de llenar. También activen la opción de “Movimiento lento” para mayor

precisión en las mediciones.

b. Abran la tapa roja y detengan la simulación con el botón de “pausa” en el momento

que el chorro de agua toca el piso, para que con los medidores registren la velocidad

de salida del chorro de agua, y la presión en el fondo del recipiente, así como el

alcance horizontal. Quiten la “pausa” y cuando el tanque quede a la mitad (con 5 m de

altura de fluido) vuelvan a poner “pausa” para registrar velocidad de salida, presión en

el fondo y el alcance horizontal.

c. Empleen también la ecuación de Bernoulli para determinar esta velocidad de salida en

el chorro de agua.

d. Escriban los resultados en la siguiente tabla:

Altura del agua en

tanque

Presión en el

fondo

Velocidad por

medidor

Velocidad por

Bernoulli

Alcance horizontal

10 m

5 m

Parte 1

En equipos



1. Reúnanse y seleccionen el cuarto de una casa, en donde se va a determinar que

tanto calor por hora se transfiere del exterior al cuarto de esa casa, en donde se

sugiere que una o dos de sus paredes estén en contacto con el exterior. El

conocer este flujo de calor les ayudará a determinar el equipo de aire

acondicionado adecuado que podría instalarse en ese cuarto. Para ello, realicen

lo siguiente:

a. Identifiquen los materiales con el que está construido el cuarto y

obtengan las dimensiones geométricas del cuarto, escriban los


Sección del cuarto Materiales Espesores estimado Dimensiones geométricas

puerta

ventana

paredes

techo

piso

2. Sobre esta primera parte, reflexionen sobre el tipo de material con el que están

construidos las paredes y el techo y pregúntense, de acuerdo al sentido común,

¿qué materiales serían mejor aislantes térmicos?

Parte 2

3. Analicen y den solución a los siguientes problemas.

4. Hagan un documento que incluya la solución de cada problema.

5. Sobre esta segunda parte, reflexionen los valores de las conductividades

térmicas de los materiales con los que está construido el cuarto, y en cuanto

cambiarían dichas conductividades si se cambia, por ejemplo, las paredes y el

techo por materiales que sean mejores aislantes térmicos.

Parte 3

1. Analicen y den solución a los siguientes problemas.

2. Realicen un documento que incluya la solución de cada problema.

http://bbsistema.tecmilenio.edu.mx/bbcswebdav/institution/UTM/semestre/profesional/fi/fi13102/bb/tema8.htm#act4pro1

http://bbsistema.tecmilenio.edu.mx/bbcswebdav/institution/UTM/semestre/profesional/fi/fi13102/bb/tema8.htm#act4pro2



3. Sobre esta tercera parte, reflexionen sobre al valor obtenido del flujo de calor y

el calor transferido en una hora, convirtiendo este calor en BTU, y propongan

que cambios podría hacerse, ya sea en el diseño, o bien en parámetros

geométricos, a fin de reducir este flujo de calor y lograr un mejor ahorro de

energía.

Nota: Considera que tu actividad debe estar documentada (proceso) y fundamentada.

a. Seleccionen los valores de conductividad térmica para cada uno de los materiales.

b. Calculen el área de cada sección del cuarto y escríbanlos en la siguiente tabla.

Sección del cuarto Materiales Conductividad térmica Área

puerta

ventana

paredes

techo

piso

c. Midan las temperaturas interior y exterior del cuarto, colocando el termómetro pegado

a la placa de cada sección del cuarto, en el caso del piso, como temperatura exterior

debe estimarse la temperatura del subsuelo.

d. Calculen el cambio de temperatura como la diferencia entre la temperatura exterior,

con la del interior. Escriban los resultados en la siguiente tabla:

Sección del cuarto Temperatura exterior Temperatura interior Cambio de temperatura

puerta

ventana

paredes



techo

piso

a. Empleen la ecuación de flujo o transferencia de calor para cada placa y determinen el

flujo de calor, escribiendo los resultados en la siguiente tabla:

Sección del cuarto Materiales Flujo de calor

puerta

ventana

paredes

techo

piso

b.

c. Obtengan el total del flujo de calor y determinen el calor transferido en una hora en

unidades de BTU:

Flujo total de calor

Calor transferido en una hora en Joules

Calor transferido en una hora en BTU

d. Hagan sugerencias que ayuden a reducir la transferencia de calor y sea menor el calor

total transferido en una hora.

e. Para comenzar deberás tener lista tu computadora o tableta, para que puedan

funcionar correctamente los simuladores computacionales que se van a emplear como

laboratorio de física virtual. Asegúrate de tener instalado los programas Java y Adobe

Flash Player.

f. Obtén las presiones y las velocidades en un medidor de Venturi y comprueba con los

medidores de presión y de velocidad del laboratorio virtual de física.



g. Determina los valores de trabajo, calor y eficiencia de un ciclo termodinámico.

h. Maximiza la pantalla y haz clic en la pestaña de flujo, también activa la regla y el

medidor de flujo.

i. Reduce el diámetro de la sección central a un valor de 1 m, tomando con

el mouse la agarradera de cilindro amarillo conectado al tubo, haz lo mismo con

las agarraderas que están a los lados. Utiliza la regla para medir, y también el

medidor de flujo para que registres el área de esa sección angosta.

j. Aumenta el diámetro de los extremos del tubo al valor de 3 m, mueve el medidor

de flujo para registrar el área de esa sección ancha, haz lo mismo con las

agarraderas que están a los lados para de esta manera tener construido

virtualmente el medidor de Venturi, como se muestra en la siguiente figura:

k. Llena la siguiente tabla sobre las mediciones anteriores:

Sección Diámetro Área calculada Área del medidor de flujo

Ancha en entrada



Angosta

Ancha en salida

l.

m. Aplica las ecuaciones de gasto de flujo, de continuidad y de Bernoulli para

determinar las velocidades y presiones en las secciones anchas y angostas. Con

el mouse arrastra los medidores de velocidad y de presión en las secciones

anchas y angostas, y con esto puedes checar los resultados que calculaste con

los valores que indican estos medidores. Escribe tus resultados en la siguiente

tabla.

Sección Gasto del flujo

Velocidad Velocidad medidor

Presión Presión medidor

Ancha en entrada

Angosta

Ancha en salida

5. Para el tercer criterio de evaluación de la actividad considera la siguiente gráfica, que

indica cómo está variando la presión en función del volumen dentro de un cilindro que

contiene dos moles de gas monoatómico:

a. Determina las temperaturas en cada punto, empleando la ley de los gases ideales.

Escribe los resultados en la siguiente tabla:

Punto Volumen Presión Temperatura

a






b

c

b.

c. Determina los valores de calor, trabajo y cambio en la energía interna del gas,

empleando la Primera ley de la Termodinámica y las ecuaciones de calor y de trabajo.

Escribe los resultados en la siguiente tabla:

Proceso Calor (Q) Trabajo (W) Cambio energía interna (ΔU)

a

b

c

d.

e. Determina la eficiencia del sistema termodinámico:

Parte 1. Variables termodinámicas

En equipo revisen el siguiente diagrama de una máquina térmica y realicen el ejercicio:

Los pistones de una máquina térmica funcionan con dos moles de gas ideal monoatómico,

tardando un tiempo de 4 centésimas de segundo por ciclo y realizan una serie de procesos

termodinámicos que se muestran en un diagrama “PV”, de un ciclo termodinámico reversible,

que se presenta a continuación:



1. Calculen primeramente el volumen Vcd, tomando en cuenta que dé b → c el proceso

es isotérmico.

2. Sigan determinando las temperaturas en cada punto, empleando la ley de los gases

ideales y escriban los resultados en la siguiente tabla.

Punto Volumen Presión Temperatura

a

b

c

d

Parte 2. Valores de calor, trabajo y energía interna

En equipo continúen trabajando con la información de la Parte 1 y realicen lo siguiente.

3. Calculen los valores de calor, trabajo y cambio en la energía interna del gas,

empleando la primera ley de la Termodinámica y las ecuaciones de calor y de trabajo.

Escriban los resultados en la siguiente tabla

Proceso Calor (Q) Trabajo (W) Cambio energía interna (ΔU)

a

b

c

d

Parte 3. Determinación de la eficiencia y potencia de la máquina térmica



En equipo continúen trabajando con la información de la Parte 1 y 2. Realicen. Determinen la

eficiencia térmica, y escriban los resultados en la siguiente tabla:

Calor total de entrada Trabajo neto Eficiencia térmica Porcentaje

4. Obtengan la potencia, y escriban a continuación los resultados:

Trabajo neto Tiempo por ciclo Potencia en watts Potencia en H.P.


Entregable(s): Reporte con la información de las variables termodinámicas, y el cálculo de la

eficiencia y potencia de la máquina térmica.

Parte 1. Determinación del ángulo refractado

En equipo realicen la siguiente actividad usando el simulador Torciendo la luz.

1. Maximicen la pantalla y hagan clic en el botón rojo para hacer funcionar el láser.

2. Seleccionen el transportador de la caja de herramientas y midan los ángulos incidente,

reflejado y refractado.

3. Empleen la ley de Snell para determinar el ángulo teórico refractado.

4. Escriban los resultados en la siguiente tabla:

Ángulo incidente

Ángulo reflejado

Ángulo refractado del simulador

Ángulo refractado por lay de Snell

Parte 2. Determinación del ángulo crítico para reflexión interna total


5. Con el simulador revisen si se presenta el fenómeno de reflexión interna total. En caso

de que no, hagan una reflexión al respecto, además de realizar el cálculo

correspondiente.



6. Seleccionen el medio “agua”, en donde se encuentra el láser, y “aire” en el medio de

refracción, y muevan el láser desde un ángulo de 30, hasta encontrar

experimentalmente el ángulo crítico en donde se presenta el fenómeno de reflexión

interna total.

Escriban sus resultados en la siguiente tabla:

Ángulo de incidencia Ángulo de refracción

30°

40°

50°

60°

θc

7. Empleen la ley de Snell para obtener analíticamente los ángulos refractados y escriban

los resultados.

8. Encontrar el valor de ángulo crítico y chequen si hay diferencias entre la tabla anterior

y esta:


30°

40°

50°

60°



θc

9. Empleen la ley de Snell y verifiquen con el simulador el ángulo crítico para el caso de

los medios incidente = vidrio, y medio refractado = agua.


Índice de refracción medio

incidente

Índice de refracción medio

refractado

Ángulo

crítico

agua n1=1.33 aire n2=1

vidrio n1=1.5 aire n2=1

Parte 3. Determinación del índice de refracción del medio incidente


10. Seleccionen el caso del medio desconocido “Misterio A” y empiecen a mover el láser

desde un ángulo de 10°, hasta encontrar experimentalmente el ángulo crítico en donde

se presenta el fenómeno de reflexión interna total.



10°

15°

20°

25°



11. Una vez que conozcan experimentalmente el ángulo crítico, determinen analíticamente

el valor del índice de refracción del medio incidente desconocido.

12. Seleccionen ahora el caso del medio desconocido “Misterio B” y repitan el

procedimiento de los puntos.


Índice de refracción medio refractado

Ángulo crítico

Índice de refracción medio refractado

agua n1 aire n2=1

agua n1 aire n2=1


Entregable(s): Reporte con la información de los ángulos refractados, ángulos críticos e

índices de refracción.

Como evidencia del módulo 3 realizarás un reporte de las siguientes operaciones usando el

simulador:

Obtener las distancias focales en lentes convergentes.

Obtener los diagramas de rayos principales para formar las imágenes.

Determinar de parámetros de las imágenes formadas.

1. En el simulador Geometric optics:

a. Haz clic en las ventanas de “rayos principal” para activar la regla.

b. Fija el índice de refracción de la lente en 1.5, y su diámetro en 1 m

.

2. Para el primer criterio de evaluación, emplea la fórmula del fabricante de lentes y

realiza lo siguiente:

a. Considerando una lente biconvexa, en donde R2= -R1, calcula analíticamente

las distancias focales para tres lentes con radios de curvatura de 70 cm, 80 cm

y 90 cm.

3. Escribe los resultados en la siguiente tabla y compara los resultados con la medición

directa con la regla de la distancia focal, que es la distancia desde el centro de la lente,

hasta el punto focal que está marcado con una X:



Radio de curvatura (R) Distancia focal calculada (f) Distancia focal medida con regla (f)

70 cm

80 cm

90 cm

4. Empleando la fórmula del fabricante de lentes, calcula los nuevos índices de refracción

de las lentes, para mantener una distancia focal de 80 cm, con radios de curvatura de

70 cm y 90 cm. Escribe los resultados en la siguiente tabla, midiendo con la regla la

distancia focal, pero cambiando en el simulador al valor del nuevo índice de refracción:

Radio de curvatura (R) Nuevo índice de refracción (n) Distancia focal medida con regla (f)

70 cm

90 cm

Para el segundo criterio de evaluación realiza lo siguiente:

1. En el simulador fija el índice de refracción de la lente en 1.5, el diámetro en 1 m y la

distancia focal en 0.8 m y que esté activada la opción de “rayos principales”

2. Como la regla solo mide distancias horizontales, con un pedazo de hoja de papel,

marca la longitud (vertical) del lápiz, desde la goma hasta la punta y escribe este valor

que corresponde a la altura del objeto ho.

3. Dibuja en hojas el diagrama de los tres rayos principales, tanto los incidentes, como

los refractados para que formes las imágenes en los diferentes casos de distancia (en

cm) del objeto a la lente de:do = 200, 180, 120, 80 y 40 cm.

4. Después de realizar los dibujos de los diagramas de rayos para cada distancia,

comprueba tus resultados empleando el simulador computacional, en donde debes

colocar al lápiz-objeto a cada una de las distancias indicadas en el punto anterior. Por

otro lado, asegúrate de colocar al objeto haciendo coincidir la goma del lápiz en el eje

focal. Para cada una de estas distancias, con la ayuda de la regla, ve llenando de una

vez la siguiente tabla de resultados, sobre las distancias (en cm) a la imagen ( di ) y

las alturas (en cm) de la imagen ( hi ), así como el tipo de imagen, si es real o virtual, y



su orientación, si es derecha o invertida, todo esto te será de apoyo para el tercer

criterio de evaluación:

Distancia objeto ( do )

Distancia imagen ( di )

Altura imagen ( hi )

Tipo de imagen y orientación

200

180

120

80

40

5. Empleando la función de la tecla de tu computadora “imprimir pantalla”, graba cada

una de las pantallas que muestran los diagramas de rayos para cada distancia del

objeto a la lente, y posteriormente imprime en papel las pantallas grabadas, para que

las anexes a tu reporte de resultados, correspondientes al segundo criterio de

evaluación.

Para el tercer criterio de evaluación realiza lo siguiente:

1. Empleando la ecuación de la lente (fórmula de Gauss), así como la ecuación de

amplificación y altura de la imagen, realiza analíticamente los cálculos para obtener las

distancias a la imagen, altura de la imagen y factor de amplificación.

2. Escribe tus resultados en la siguiente tabla:

Distancia

objeto

( do )

Distancia

imagen

( di )

Altura

imagen

( hi )

Factor de amplificación

Tipo de imagen y orientación

200



180

120

80

40

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