Manual de laboratorio Física cuarto año

AUTOR: LIC. CARLOS RIBEIRO

VALENCIA AGOSTO 2003

Carlos Ribeiro

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UNIDAD I

EL UNIVERSO FÍSICO

PRÁCTICA N° 1

Contenido: CIFRAS SIGNIFICATIVAS

Objetivo: Aplicar el uso de las cifras significativas en situaciones cotidianas.

Comentario: En el resultado de una medición sólo deben aparecer los números

correctos y el primer número aproximado. Esta forma de proceder es adoptada

convencionalmente entre los físicos, los químicos, y en general, por todas las personas

que efectúan mediciones. Estos números (las cifras correctas y la primera dudosa) se

denominan cifras significativas. Por tanto, las cifras significativas de una medida son

los números correctos y el primer número dudoso. De este modo, al realizar una

medición debemos hacer aparecer en el resultado únicamente las cifras significativas.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué son las cifras correctas de una medición?

2. ¿Qué es un guarismo aproximado de una medición?

3. ¿Cuáles son las cifras significativas de una medición?

4. Cite por lo menos dos unidades utilizadas con frecuencia en su vida diaria, para

medir las siguientes magnitudes:

a. Longitud

b. Área

c. Volumen

d. Tiempo

5. Exprese en la notación decimal, utilizando la hora como unidad, un intervalo de 5

h 18 min.

Carlos Ribeiro

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LABORATORIO

Experimento N° 1

Usted ya debe saber que el número (phi) es una constante, y que se obtiene

dividiendo la longitud de una circunferencia cualquiera entre su diámetro. Para

obtener experimentalmente el valor de esta constante, haga lo siguiente:

1. Con ayuda de un cordel mida la longitud de la circunferencia de cualquier

objeto circular (por ejemplo, un disco, un CD, una botella, una lata, etc.).

Anote la medida sólo con sus cifras significativas.

2. Mida el diámetro del objeto.

3. Con base en sus mediciones calcule el valor de (observe las cifras

significativas), y compare su resultado con el valor teórico que ya conoce en

matemáticas.

4. Repita el experimento utilizando objetos de diferente diámetro.

Experimento N° 2

Podemos medir fácilmente la longitud de una hoja de un libro o de un cuaderno,

pero, por otra parte, tendríamos dificultades en medir su espesor.

1. Trate de obtener la medida, usando una regla de milímetros, del espesor de

una hoja de un libro. ¿Lograría obtener alguna cifra significativa en esta

medición?

2. Un truco sencillo permite resolver satisfactoriamente este problema: mida el

espesor de una pila de hojas (un número grande, digamos, de 100 hojas).

Con base en el valor encontrado, calcule el espesor de una de ellas.

¿Cuántas cifras significativas hay en su respuesta?

3. Con un procedimiento semejante intente determinar la masa de un grano de

maíz y el volumen de la gota de agua que sale de un cuentagotas o gotero.

POST-LABORATORIO

1. En la asignatura de matemáticas usted aprendió algunas fórmulas que

permiten calcular el volumen de cuerpos con formas geométricas sencillas

Carlos Ribeiro

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(esfera, cilindro, cubo, etc.). Sin embargo, no es posible encontrar una

fórmula que permita determinar el volumen de un cuerpo de forma irregular,

por ejemplo, una piedra. Eso, no obstante, puede hacerse con bastante

facilidad, de la siguiente manera:

a. Tome un objeto cuyo volumen quiera determinar (una piedra u otro

objeto sólido y macizo cualquiera). Procure obtener un recipiente

graduado (en unidades de volumen) y ponga cierto volumen de agua

dentro de él. Anoté el valor del volumen.

b. Introduzca el objeto en un recipiente. El objeto debe quedar totalmente

sumergido en el agua. Haga la lectura del volumen correspondiente al

nuevo nivel del agua (volumen del agua + volumen del objeto).

c. Con base en sus medidas, determine el volumen del objeto irregular

(observe los algoritmos significativos).

2. La escala de una báscula está marcada sólo en kilogramos (no indica

gramos).

a. ¿Con cuántas cifras significativas obtendría usted su peso en este

aparato?

b. ¿Cuál sería su respuesta a la pregunta anterior si usted pesara más de

100 kilogramos?

c. Si en dicha báscula colocara un paquete de mantequilla (de casi 200

gramos), ¿Cómo expresaría la lectura?

PRÁCTICA N° 2

Contenido: ELABORACIÓN DE HIPÓTESIS

Objetivo: Practicar el planteamiento de hipótesis a partir de observaciones.

Comentario: La ciencia implica hacer preguntas, buscar respuestas e inventar

conjuntos sencillos de reglas para relacionar una amplia variedad de observaciones. La

intuición y la inspiración intervienen también en la ciencia, pero a fin de cuentas forman

parte de un proceso sistemático. La ciencia se basa en observaciones. Estas conducen

a suposiciones lógicas llamadas hipótesis. Una hipótesis permite hacer predicciones

que más tarde se pueden poner a prueba. El paso final es la elaboración de una teoría

Carlos Ribeiro

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que relacione entre sí las hipótesis, las predicciones y los resultados de las pruebas. Si

la teoría es acertada, sugerirá nuevas preguntas. Entonces el ciclo comienza de nuevo.

A veces este proceso es breve, y se logra desarrollar rápidamente una teoría que

explica en forma satisfactoria los datos existentes y permite hacer predicciones útiles.

Sin embargo, lo más frecuente es que el éxito sólo se alcance al cabo de meses o años.

¡Los científicos tienen que ser personas pacientes!

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es el método científico?

2. Definir los siguientes términos:

a. Hecho

b. Ley

c. Principio

d. Teoría

e. Hipótesis

f. Ciencia

g. Tecnología

h. Observación

LABORATORIO

Materiales requeridos

Un aro de madera para bordar

Una botella de boca estrecha

12 tuercas de un cuarto

Procedimiento:

El juego es sencillo. Con mucho cuidado, equilibra en posición vertical el aro de

madera para bordar encima de la boca de la botella. Haz una pila de tuercas sobre la

parte más alta del aro. El objetivo es conseguir que caiga dentro de la botella el mayor

número posible de tuercas, tomando el aro con una sola mano. Antes de hacer el juego

responde a las siguientes interrogantes.

1. Trata de explicar como se debe hacer para que el mayor número posible de

tuercas caiga dentro de la botella.

2. Haz una descripción de cómo crees que funciona el juego.

Carlos Ribeiro

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Después de responder las interrogantes anteriores realiza el experimento. ¿A qué

conclusiones llegas respecto a tus respuestas anteriores?

POST-LABORATORIO

1. ¿Cuál de los siguientes enunciados es una hipótesis científica?

a. Los átomos son las partículas de materia más pequeña que existen.

b. El universo está rodeado por otro universo cuya existencia no pueden

detectar.

c. Albert Einstein es el físico más grande del mundo.

d. La luna esta compuesta de oxigeno.

e. Hoy es lunes.

f. Mañana será un dia de mucha lluvia.

g. Todo lo que sube baja.

h. Magallanes es el mejor equipo de béisbol de Venezuela.

i. El tiempo es relativo.

j. La película Terminator 3 es mejor que Terminator 2.

k. El mango es la fruta con más vitaminas de Venezuela.

l. El símbolo químico del agua es H2O.

m. El aire no pesa y no ocupa espacio.

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n. La física es una ciencia formal.

o. Luis Aparicio es el único jugador del béisbol Venezolano que esta en el

salón de la fama de Coopertown.

2. ¿Cuál es el error de una persona que dice: Pero eso no es más que una teoría

científica?

3. ¿Qué significa decir que si una hipótesis es científica, debe existir una manera

de probar que es errónea?

4. ¿En que difieren la ciencia y la tecnología?

PRÁCTICA N° 3

Contenido: CONSTRUCCIÓN Y ANÁLISIS DE GRAFICOS

Objetivo: Construir gráficas en las que las magnitudes que intervengan sean

directamente proporcionales o inversamente proporcionales.

Comentario: Los científicos, al estudiar los fenómenos que se producen en la

naturaleza, comprueban que en ellos, generalmente hay dos o más magnitudes

relacionadas entre si. Esto significa que al variar una de las magnitudes, la otra también

cambia. Por ejemplo, la longitud de un tramo de riel de acero aumenta cuando se eleva

su temperatura; la fuerza que un imán ejerce sobre un clavo disminuye cuando

aumenta la distancia entre ambos, etc. Cuando esto sucede, es decir, cuando las

magnitudes están relacionadas, decimos una es función de la otra. Así, la longitud del

riel es función de su temperatura, y la fuerza que el imán ejerce sobre el clavo también

es función de su distancia. Ambas magnitudes se pueden observar directamente

mediante el uso de una gráfica.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es una proporción directa?

2. ¿Qué es una función?

3. ¿Qué es una proporción indirecta?

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4. ¿Qué es una representación gráfica?

5. ¿Qué es una variación lineal?

6. ¿Cómo se define la pendiente o inclinación de una recta?

LABORATORIO

Experimento N° 1

Materiales requeridos:

1 recipiente de vidrio de casi 5 litros

1 botella de un litro

Agua

Una regla o cinta métrica

Procedimiento:

Empleando la botella, vierta 1 litro de agua en el recipiente de vidrio y mida la altura (h)

conseguida. Añada 1 litro de agua más al recipiente, mida la altura y siga con el

procedimiento hasta obtener por lo menos 5 valores para la altura (h) y el volumen (v).

Anote sus mediciones en una tabla como la siguiente:

V (LITROS)

h (cm.)

Observe la tabla y conteste a las siguientes preguntas:

1. ¿Qué sucede con el valor de h cuando el valor de V se duplica?

2. ¿Qué sucede con el valor de h cuando el valor de V se triplica?

3. ¿Qué tipo de relación existe entre h y V?

4. Si trazamos el grafico de h x V, ¿qué es lo que obtenemos?

Empleando los datos de la tabla, trace la gráfica h x V y responde a las siguientes

preguntas:

1. El resultado obtenido, ¡concuerda con lo que esperaba?

2. Calcule la pendiente que elaboró (no olvide indicar las unidades de la misma).

3. Escriba la relación matemática entre h y V.

Carlos Ribeiro

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POST-LABORATORIO

1. ¿Qué significa decir que una magnitud es función de otra? De ejemplos.

2. Suponga que dos magnitudes X y Y, están relacionadas de manera que cuando el

valor de X se multiplica por un número N, el valor de Y también se vuelve N veces

mayor.

a. ¿Qué tipo de relación hay entre Y y X?

b. ¿Cómo se expresa matemáticamente la misma?

c. Conforme varían Y y X, ¿qué sucede con el cociente Y/X?

d. ¿Cómo se denomina este cociente?

e. Cite por lo menos un ejemplo de dos magnitudes que se relacionan de esta

manera.

3. Entre dos magnitudes X y Y existe la relación Y = aX.

a. Haga un dibujo donde se muestre (cualitativamente) cómo es la gráfica Y x

X.

b. Empleando el gráfico describa cómo debe proceder para calcular la

inclinación o pendiente.

c. ¿Cómo obtiene el valor de la constante de proporcionalidad con base en la

gráfica.

d. Cite por lo menos un ejemplo de dos magnitudes que se relacionan de esta

manera.

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UNIDAD II

LA CINEMATICA

PRÁCTICA N° 4

Contenido: MEDICIÓN DE LA RAPIDEZ DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO.

Objetivo:

1. Calcular la rapidez promedio entre tres carreras diferentes, como mínimo y

participar por lo menos en una de ellas.

2. Investigar cómo la distancia, el tiempo y la rapidez promedio se relacionan entre

si.

PRE-LABORATORIO

Investigar:

1. ¿Qué es un movimiento?

2. ¿Qué es un móvil?

3. ¿En qué consiste la trayectoria?

4. ¿A qué se denomina desplazamiento?

5. ¿Qué es la distancia?

6. ¿Qué es la velocidad?

7. ¿Qué se entiende por rapidez?

8. Existe alguna diferencia entre velocidad y rapidez. Explique su respuesta.

9. Escribe la ecuación de la rapidez en el movimiento rectilíneo uniforme.

LABORATORIO Experimento N° 1


Regla de un metro o cinta métrica

Cronómetro

Ropa deportiva

Procedimiento 1. Organizar grupo de tres estudiantes. Selecciona tus instrumentos para medir

distancias y tiempos.

2. Desarrolla un plan con tus compañeros que te permita determinar la rapidez de

distintas distancias.

Carlos Ribeiro

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3. Dos estudiantes competirán entre si en diferentes carreras y un tercero recopilará y

organizará los datos para determinar la rapidez promedio de cada corredor. Repite

este procedimiento hasta que todos los integrantes del grupo hayan tenido la

oportunidad de llevar el registro del tiempo.

4. Organiza y anota tus datos en una tabla como la siguiente:

NOMBRE ACTIVIDAD DISTANCIA TIEMPO RAPIDEZ

5. Con los datos anteriores realiza una gráfica de tu actividad.

6. Cuando culmines avisa a tu profesor.

POST-LABORATORIO 1. ¿Cómo se relaciona la rapidez promedio con la distancia recorrida y con el

tiempo empleado en recorrerla?

2. La rapidez promedio registrada sería la rapidez máxima en cada evento? Explica

tu respuesta.

3. ¿Tu técnica de medición de la rapidez te permite medir la mayor rapidez

alcanzada en un evento?

4. Calcula la rapidez promedio en que puedes trasladarte de tu casa a la institución.

5. Calcula la rapidez promedio en los siguientes espacios físicos de tu institución

desplazándote sin correr.

a. De la entrada de la institución a la plaza cívica.

b. De la plaza cívica a la entrada de la biblioteca.

Experimento N° 2 Material requerido

50 fichas de dominó

cronómetro

Carlos Ribeiro

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regla de un metro o cinta métrica

Procedimiento 1. Coloca las 50 fichas de dominó en una hilera recta, dejando espacios iguales

entre ellas. Las fichas deben estar separadas entre sí por lo menos una distancia

equivalente al grosor de cada una. Tu objetivo es maximizar la rapidez con que

cae una fila de fichas. Colócalas en la forma en que, a tu juicio, sea posible

obtener la mayor rapidez de caída.

2. Mide la longitud total de tu hilera de fichas de dominó.

Longitud = ________________ 3. Calcula la distancia promedio de separación entre las fichas de dominó,

midiendo la longitud desde la parte media de la primera ficha hasta la parte media

de la última, y divide el resultado entre el número de espacios que separan a

todas las fichas del dominó.

Distancia promedio entre las fichas del dominó = ____________

4. Mide la longitud de una ficha.

Longitud de la ficha = _____________ Distancia de separación = ___________ longitudes de ficha

5. Mide el tiempo que tarda en caer tu hilera de fichas de dominó.

Tiempo = ___________

6. Calcula la rapidez promedio a la que se derrumba tu hilera de fichas.

Rapidez promedio = __________

7. Repite los pasos 5 y 6 para otras tres distancias de separación, cuando menos.

Incluye la separación más pequeña que logres obtener con la cual todavía se

produzca la caída. Anota tus datos (incluidos los del primer ensayo) en la tabla

de datos A.

ENSAYO LONGITUD SEPARACIÓN

PROMEDIO

TIEMPO RAPIDEZ

Carlos Ribeiro

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8. En una hoja de papel para gráficas, realiza una grafica de tus datos.

POST-LABORATORIO 1. ¿Cómo se define rapidez promedio?

2. ¿Qué factores afectan la rapidez de caída de las fichas de dominó?

3. ¿Por qué se calcula la rapidez promedio del impulso que hace caer las

fichas, en lugar de la rapidez instantánea?

4. ¿Cuál es la rapidez máxima o mínima según tu gráfica?

5. ¿Con qué separación entre las fichas de dominó crees que se obtendrá la

rapidez máxima? ¿Y la mínima? ¿Qué relación hay entre esta separación y

la longitud de una ficha?

6. A la rapidez máxima o mínima de caída de la hilera de fichas de dominó,

¿Qué longitud debería tener la hilera para que sus fichas cayeran en un

minuto?

PRÁCTICA N° 5

Contenido: MOVIMIENTO RECTILÍNEO:

a. Con velocidad constante.

b. Uniformemente variado.

Objetivos:

1. Introducir el concepto de rapidez que cambia constantemente.

2. Establecer relaciones entre los parámetros velocidad, distancia y tiempo.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es velocidad?

2. ¿Qué es aceleración?

3. ¿Qué es aceleración promedio?

4. ¿Qué es aceleración instantánea?

Carlos Ribeiro

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5. ¿Por qué la aceleración es un vector?

6. ¿Qué es movimiento rectilíneo?

7. ¿Qué es movimiento rectilíneo uniforme?

8. ¿Qué es movimiento rectilíneo uniformemente variado?

LABORATORIO


Un balón deportivo

Cinta métrica

4 cronómetros

Tirro

Espacio amplio al aire libre

Un pito

Procedimiento 1. Agrupar a los alumnos en equipos de 5 personas.

2. Marcar con un pedazo de tirro un punto inicial sobre el piso.

3. Medir desde el punto inicial con la cinta métrica una distancia de 20 metros y

marcar con tirro.

4. Medir y marcar con tirro los siguientes intervalos de distancia: 3 mts., 10 mts., 15

mts. y 20 mts.

5. Los equipos se deben colocar en las medidas establecidas, desde el punto inicial

hasta los 20 mts.

6. El integrante del punto inicial debe tener el balón y los otros cuatro que están

colocados en las medidas establecidas su respectivo cronometro.

7. El balón se debe colocar sobre el piso a 10 cms. , del punto inicial.

8. El integrante del punto inicial empujará el balón con su mano cuando el profesor

toque el pito y los otros cuatro deben poner a funcionar los cronómetros, cada uno

lo debe parar en el momento que el balón este sobre la marca.

9. Tomar nota de los tiempos establecidos en la siguiente tabla:

POSICIÓN ( X mts.) TIEMPO ( t seg.) VELOCIDAD MEDIA (Vm)

0

3

Carlos Ribeiro

15

10

15

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POST-LABORATORIO

1. Con los datos obtenidos realizar una gráfica posición-tiempo.

2. Calcular la velocidad media en los diferentes intervalos.

3. ¿Cuál es la dirección de la velocidad media?

4. ¿Cuál es el sentido de la velocidad media?

5. ¿Cómo es la aceleración?

6. ¿Cómo es la pendiente de la gráfica?

PRÁCTICA N° 7

Contenido: CAIDA LIBRE DE LOSCUERPOS Objetivos:

1. Observar los efectos de la gravedad sobre objetos en caída libre.

2. Medir la aceleración de un objeto en caída libre.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es movimiento uniformemente acelerado?

2. ¿Qué es aceleración de gravedad?

3. ¿Qué es velocidad inicial?

4. ¿Qué es velocidad final?

5. ¿Qué es la caída libre?

6. ¿Qué es la gravedad?

LABORATORIO Experimento N° 1


Cronómetro

Cinta métrica

Pelota de goma

Pluma de ave

Metra grande

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Pelota de ping-pong

Procedimiento

Esquema de Montaje

1. Los alumnos se conformarán en grupos de tres.

2. Uno de ellos se montará en el escritorio y se encargará de dejar caer los objetos,

el segundo medirá la distancia desde el piso hasta donde esta la mano del

compañero que se encuentra sobre el escritorio y tomará notas de todos los

acontecimientos sucedidos durante el experimento y el tercero de encargará de

manipular el cronómetro e indicar el momento de soltar cada objeto a su

compañero.

3. Registrar los datos anteriores en la siguiente tabla:

OBJETO ALTURA (h) TIEMPO (t)

4. Con los datos anteriores realizar una gráfica.

5. Responder las siguientes preguntas:

a. ¿Qué tiempo dura cada uno de los objetos en caer al suelo?

b. Calcular la velocidad de cada objeto al llegar al suelo.

c. Calcula la rapidez a los 2 seg., de llegar al suelo.

i. ¿A qué altura se encuentra el suelo en ese momento?

ii. ¿Qué altura ha descendido en ese momento?

Carlos Ribeiro

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d. Existe alguna diferencia en la velocidad con respecto a los objetos. Si

existe explique por qué.

e. Calcula la aceleración de gravedad de cada objeto.

f. ¿Qué conclusión tienes de la aceleración de gravedad de cada objeto?

Experimento N° 2

Podrá comprobar fácilmente que son correctas las ideas de Galileo en relación con la

caída de los cuerpos, si realiza la siguiente experiencia:

1. Deje caer, simultáneamente y de una misma altura, un libro pesado y una hoja de

papel. Observe la caída de ambos y vea cual llega primero al suelo y tome nota.

2. Ponga el libro, con la hoja de papel encima. Suelte el libro y observe la caída.

¿Cayeron juntos conforme a las afirmaciones de Galileo? Explique por qué esto

no sucede cuando los objetos caían cada cual por su lado.

Experimento N° 3

Usted puede medir el tiempo de reacción de un compañero, con relativa facilidad, si

realiza el siguiente experimento.

1. Mantenga una regla de casi 30 cms sostenida verticalmente, tomándola entre sus

dedos por el extremo superior, de modo que el cero de la regla esté en el extremo

inferior.

2. Pida a su compañero que coloque los dedos de su mano cerca del cero de la

regla, sin tocarla, pero preparado para detenerla cuando vea que usted soltó la

regla, dejándola caer.

3. Sin aviso, suelte la regla. Su compañero debe tratar de detenerla lo más rápido

posible. Si observa la posición donde logró sujetarla, usted tendrá la distancia

que ésta recorrió durante la caída, y que corresponda al tiempo de reacción de su

compañero. Utilizando esa medida y sus conocimientos de caída libre, determine

el tiempo de reacción del compañero. Compare el resultado con los tipos de

reacción de otros compañeros haciendo uso de la siguiente tabla:

Carlos Ribeiro

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NOMBRE Y APELLIDO TIEMPO DE REACCIÓN

PRÁCTICA N° 6

Contenido: ACELERACIÓN AL BAJAR POR UN PLANO INCLINADO

Objetivo: Investigar la relación entre la distancia y el tiempo, en el caso de una esfera

que desciende rodando por un plano inclinado.

Comentario

Es difícil medir el movimiento de un objeto en caída libre porque su rapidez aumenta

con mucha celeridad. De hecho, ésta se incrementa casi 10 m/seg cada segundo. La

distancia que recorre el objeto al caer aun durante un tiempo corto es muy grande.

Galileo retardó dicho movimiento por medio de planos inclinados. La componente de la

gravedad que actúa en la dirección del plano inclinado es menor que la fuerza de

gravedad total que actúa verticalmente hacia abajo, por lo cual el cambio de rapidez se

vuelve más lento y su medición se simplifica. Cuanta más pequeña sea la pendiente del

plano inclinado, tanto menor será la aceleración del objeto. El fenómeno de caída libre

puede comprenderse mejor si primero se estudia el movimiento de una esfera sobre un

plano inclinado.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es un plano inclinado?

2. ¿Qué es la fuerza de gravedad?

3. ¿Qué es ángulo de inclinación?

LABORATORIO


Rampa de madera de 2 metros.

Carlos Ribeiro

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Una esfera de acero

Un cronómetro

Tirro


Un transportador

Hojas de acetato

Un bloque

Un bloque de madera

Procedimiento

1. Coloca una rampa con un ángulo de inclinación de 10° aproximadamente con

respecto a la horizontal, como lo muestra la figura.

2. Divide la longitud de la rampa en seis partes iguales y marca las seis posiciones

sobre la tabla con trozos de Tirro. Esas posiciones serán tus puntos de partida.

Marca tus puntos de partida a partir de la parte inferior. Coloca un trozo de madera

al final de la rampa para que puedas oír cuando la esfera llegue hasta abajo.

3. Usa un cronómetro para medir el tiempo que tarda la esfera en rodar por la rampa

hasta abajo, desde cada uno de los seis puntos. Usa una regla o un lápiz para

sostener la esfera en su posición inicial, y luego apártalo rápidamente en dirección

paralela a la pendiente del plano, para dejar que la esfera ruede uniformemente.

Haz por lo menos tres mediciones de tiempo para cada posición, y anota cada uno

de los tiempos y el promedio de los tres en la tabla de datos A.

4. Traza la gráfica de tus datos, marcando la distancia (eje vertical) contra el tiempo

promedio (eje horizontal) en una hoja de acetato. En los ejes de coordenadas, usa

Carlos Ribeiro

20

las mismas escalas que los demás grupos de tu clase, para que puedas comparar

resultados.

5. Repite los pasos 2 a 5 pero con el plano menos inclinado y registra tus

observaciones en una tabla de datos parecida a la tabla de datos A.

6. Tabla de datos A

DISTANCIA TIEMPO DE

PRUEBA 1

TIEMPO DE

PRUEBA 2

TIEMPO DE

PRUEBA 3

PROMEDIO DE

TIEMPOS

7. Quita las marcas de Tirro y colócalas a 10 cm, 40 cm, 90 cm y 160 cm del bloque

que detiene la esfera. Coloca la rampa con un ángulo de inclinación de

aproximadamente 10°.

8. Mide el tiempo que tarda la esfera en rodar desde cada una de las cuatro

posiciones de partida hasta la parte inferior de la rampa. Realiza por lo menos tres

mediciones de tiempo para cada una de las cuatro posiciones y anota cada

promedio de tres mediciones en la columna 2 de la tabla de datos B.

Carlos Ribeiro

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TABLA DE DATOS B

COLUMNA 1 COLUMNA 2 COLUMNA 3 COLUMNA 4

DISTANCIA

RECORRIDA

TIEMPO DE DESCENSO

P 1 P 2 P3 PROM.

DIFERENCIAS

DE TIEMPO ENTRE

INTERVALOS

SUCESIVOS

TIEMPO EN

UNIDADES

NATURALES

10

40 T2 - t1 =

90 T3 - t2 =

160 T4 - t3 =

9. Traza la gráfica de tus datos, marcando la distancia (eje vertical) contra el tiempo

(eje horizontal) en una hoja de acetato. Usa los mismos ejes de coordenadas que

los demás compañeros de tu grupo, para que puedas comparar los resultados.

10. Observa con más atención los datos de la columna 2. Notarás que la diferencia

entre t2 y t1 es aproximadamente igual al valor de t1 . Así mismo, la diferencia entre

t 3 y t 2 es casi igual a t 1 , y sucesivamente.

11. Si tus valores para la columna 3 son ligeramente diferentes entre sí, calcula el

promedio sumando los cuatro valores y dividiendo entre 4. Haz lo mismo que hizo

Galileo en sus famosos experimentos con planos inclinados, y llama a este

intervalo unidad “natural” de tiempo. Observa que t 1 ya aparece como una unidad

“natural” de tiempo en la columna 4 de la tabla de datos B.

12. Coloca la hoja de acetato con tu gráfica encima de las de otros equipos y

compáralas.

Carlos Ribeiro

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POST-LABORATORIO

1. ¿La esfera se acelera al rodar por la rampa? Menciona pruebas para

documentar tu respuesta.

2. ¿Qué pasa con la aceleración cuando aumenta en ángulo de la rampa?

3. ¿Qué pasa con la rapidez de la esfera mientras rueda hacia abajo sobre la

rampa?

4. ¿Las esferas con diferente masa tienen diferente aceleración?

PRÁCTICA N° 8

Contenido: MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES: PARABOLICO

Objetivo:

1. Comprobar que la trayectoria de un proyectil es una parábola.

2. Comprobar que el movimiento de un proyectil esta compuesto por dos

movimientos (caída libre y movimiento uniforme).

3. Investigar el carácter independiente de las componentes horizontal y vertical

del movimiento.

4. Predecir el punto donde caerá un proyectil.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es proyectil?

2. ¿Qué es la balística?

3. ¿Qué es una parábola?

4. ¿Qué es el movimiento horizontal de proyectiles?

5. ¿Qué es el movimiento inclinado de proyectiles?

6. ¿Qué es un vector?

7. ¿Qué es un escalar?

8. ¿Qué es trayectoria?

9. ¿Qué es el alcance máximo?

10. ¿Qué es el tiempo máximo?

11. ¿Qué es la altura máxima?

12. ¿Qué es desplazamiento?

13. ¿Cuáles son las componentes de la velocidad?

Carlos Ribeiro

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LABORATORIO

Experimento N° 1


Una metra o una esfera de acero

Una cinta métrica

Una caja de madera con arena lavada

Un cronómetro

Una regla de un metro

Procedimiento

1. Colocar la metra en el borde de una mesa y en la orilla de la mesa la caja de madera

con arena lavada.

2. Empujar la metra horizontalmente con el dedo y en ese mismo momento poner en

funcionamiento el cronómetro y en el momento que la metra haga contacto con la

arena parar el cronómetro. Responder la siguiente pregunta:

a. ¿Qué forma describe la trayectoria de la metra en el aire?

________________________________________________________

b. ¿Qué tiempo duró la metra en hacer contacto con la arena?

3. Medir la distancia desde la arena hasta el borde de la mesa y tomar nota del

resultado obtenido. _______________________

4. Medir la distancia desde el piso hasta donde hizo contacto la metra con la arena y

tomar nota del resultado obtenido. ______________

5. Con los resultados obtenidos, determinar:

a) La velocidad inicial de la metra: _______________________

b) La distancia real desde el punto de lanzamiento hasta el punto donde choca

contra el suelo. ___________________________

c) El ángulo que forma con la horizontal este desplazamiento. _________

Carlos Ribeiro

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6. Empujar la metra horizontalmente con el dedo y en ese mismo momento poner en

funcionamiento en cronómetro y en el momento que la metra haga contacto con la

arena parar el cronómetro. Realizar el lanzamiento seis veces y tomar notas de las

mediciones obtenidas.

7. Registrar los datos obtenidos en la siguiente tabla:

DISTANCIA

HORIZONTAL

ALTURA DE

DESCENSO

8. Realizar una gráfica con los datos de la tabla anterior e interpretarla.

Experimento N° 2


Un metro de manguera transparente de tres cuartos de pulgadas o una rampa

que la parte horizontal tenga 20 cm de longitud y la altura vertical de 30 cm

cuando menos.

Esfera de acero de media pulgada o más.

Una lata de medio kilo vacía

Regla de un metro

Un cronómetro

Una cinta métrica y tirro

Procedimiento

1. Tu meta en este experimento es predecir donde caerá la esfera si la sueltas desde

cierta altura en un plano inclinado. La prueba de fuego para tus mediciones y

cálculos será colocar una lata de medio kilo vacía de modo que la esfera caiga

dentro de ella al primer intento.

2. Monta tu rampa. Procura que quede lo más firme posible, para que la esfera de

acero ruede suavemente y el fenómeno sea reproducible, es preciso que la rampa

ni se balancee ni se combe. La esfera deberá salir despedida de la mesa en

dirección horizontal. Observe la siguiente figura:

Carlos Ribeiro

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3. Usa un cronómetro para medir el tiempo que tarda la esfera en recorrer el trayecto,

desde el momento en que llega al nivel de la superficie de la mesa. Divide este

intervalo de tiempo entre la distancia horizontal que la esfera recorre sobre la

rampa para calcular su rapidez horizontal. Suelta la esfera desde el mismo punto

(marcado con Tirro) de la rampa en cada una de las tres pruebas. No permitas que

la esfera golpee el piso. Anota la rapidez horizontal promedio de las tres pruebas.

Rapidez horizontal = _________________

4. Con una cinta métrica mide la distancia vertical (h) que la esfera deberá caer desde

el extremo inferior de la rampa para entrar en la lata vacía colocada sobre el piso.

¿Se debe tomar en cuenta la altura dela lata al medir la distancia vertical (h)?

Si es así, haz tus mediciones en la forma conveniente.

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

____________________________________________________________________

h = __________

5. Calcula el tiempo que la esfera tarda en caer desde el extremo inferior de la rampa

hasta la lata.

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

______________________________________

6. Trata de predecir el alcance de la esfera. Escribe la ecuación que usaste y tú

pronostico del alcance. Coloca la lata sobre el suelo, en el sitio donde predijiste que

atraparía la esfera.

Carlos Ribeiro

26

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Experimento N° 3


Un balón deportivo

Un cronómetro

Una cinta métrica

Un pito

Espacio al aire libre

Transportador

Procedimiento

1. Agrupar los alumnos en equipos de tres personas.

2. Separar a dos alumnos a una distancia aproximada de 10 mtrs.

3. Uno de los dos alumnos debe tomar un balón y lanzarlo a su otro compañero con

un ángulo de inclinación. El tercer alumno se encargará de dar la orden para el

lanzamiento y cronometrará el tiempo de vuelo del balón. Con los datos

obtenidos calcular:

a. Componentes de la velocidad inicial

b. Módulo de la velocidad inicial con qué fue lanzado el balón

c. En qué instante el balón alcanza el punto más alto de su trayectoria.

d. La velocidad del balón al llegar a las manos del estudiante que la recibe.

e. La altura máxima que alcanza.

f. El ángulo de inclinación con el cual fue lanzado.

g. Velocidad del balón a los 2 seg de haber sido lanzado.

h. Tipo de movimiento vertical en la segunda mitad de la parábola.

i. Valor del vector Vy en el punto más alto de la trayectoria.

j. Tipo de movimiento vertical en la primera mitad de la parábola.

k. ¿De qué factores depende el alcance horizontal y vertical en el lanzamiento

del balón.

l. Altura desde la cual fue lanzado el balón-

Carlos Ribeiro

27

PRÁCTICA N° 9

Contenido: MOVIMIENTO CIRCULAR

Objetivos:

1. Identificar en distintas experiencias la presencia y la acción de la fuerza

centrípeta.

2. Medir la fuerza centrípeta.

3. Calcular la aceleración centrípeta.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué son los movimientos periódicos?

2. ¿Cuáles son los parámetros característicos de los movimientos periódicos?

3. ¿Qué es un movimiento circular?

4. ¿Qué es la velocidad lineal?

5. ¿Qué es la velocidad tangencial?

6. ¿Qué es la aceleración centrípeta?

LABORATORIO

Experimento N° 1


Un corcho

Cordel o pabilo (1 mt)

Procedimiento

Atar el corcho a un cordel de 1 mt de longitud y hágalo girar en el aire, sosteniendo el

cordel con el brazo extendido como se indica en la figura.

Observe como el corcho hace fuerzas sobre el cordel.

¿Qué fuerza está presente?

______________________________________________________________

Carlos Ribeiro

28

Experimento N° 2


Un balde de plástico con agua casi hasta el borde


Procedimiento Un alumno hará girar rápidamente con el brazo extendido el balde con agua.

¿Qué se observa?

_________________________________________________________________

Explica el por qué de lo observado.

___________________________________________________________________________

_________________________________________________________

¿Qué fuerza actúa en ese efecto?

__________________________________________________________________

Experimento N° 3


Un gancho de ropa de metal

Una moneda

Procedimiento Tome el gancho de ropa, y pasando el dedo índice en el gancho apóyelo en un mesón, a

continuación coloque la moneda sobre el alambre transversal del gancho de ropa

exactamente bajo el gancho. Mueva suavemente el dedo índice para que el gancho

comience a balancearse. Cuando haya tomado impulso, se conseguirá, después de

algunos ensayos, hacerle dar varias vueltas completas, manteniéndose la moneda en el

lugar colocado inicialmente.

¿Cuál es la causa de tal fenómeno?

___________________________________________________________________________

_________________________________________________________

Experimento N° 4


Un cordel de 1,5 mts de longitud

Dos corchos bihordados

Carlos Ribeiro

29

Una cinta métrica

Procedimiento

Al extremo del cordel atar uno de los corchos. Tomar el cordel a 60 cm del corcho y

hágalo rotar con velocidad uniforme en un plano horizontal.

¿Qué nombre recibe la fuerza ejercida sobre su mano?

_________________________________________________________________

Ahora haga rotar el cuerpo con mayor velocidad.

¿Cómo es la fuerza ejercida sobre su mano?

__________________________________________________________________

Experimento N° 5


Un cordel de 1.5 mts de longitud

Un corcho bihordado

Un porta pesas

Pesas de 50 grs

Un cronómetro

Un tubo de PVC de 20 cm de longitud y un cuarto de pulgada de diámetro

Una cinta métrica

Procedimiento

Pasar el cordel por el tubo PVC. En uno de los extremos del cordel atar el corcho y en el

otro extremo inferior atar el portapesas. Coloca una pesa en el potapesas y haz girar el

cordel con velocidad uniforme.

¿Qué sucede?

___________________________________________________________________________

Sigue colocando pesas en el portapesas continuamente y determina bajo que

condiciones las pesas miden la fuerza centrípeta y ¿por qué?

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

¿Qué sucede si aumenta la velocidad?

Carlos Ribeiro

30

___________________________________________________________________________

_________________________________________________________

Utilizando el cronómetro determine el tiempo empleado por el corcho, en dar tres

vueltas variando el número de pesas y el radio. Los datos obtenidos vaciarlos en la

siguiente tabla:

N° DE

PESAS

N° DE

VUELTAS

TIEMPO VELOCIDAD RADIO FUERZA

CENTRIPETA

1 3

2 3

3 3

4 3

5 3

POST-LABORATORIO

Coloque una moneda pequeña en la orilla del plato giratorio de un tocadiscos. Mida y

anote la distancia, R, de la moneda al centro del tornamesa, y ponga en marcha el

aparato. Usando un cronómetro mida y anote el tiempo que tarda la moneda en dar 10

vueltas. Para mayor seguridad, aconsejamos repetir la medida algunas veces. Con base

en sus anotaciones, determine:

a. El período T de rotación de la moneda.

b. El número de revoluciones que realiza en 1 minuto. Compare este resultado

con la indicación del aparato.

c. La velocidad angular W de la moneda.

d. La velocidad lineal V de la moneda.

e. La aceleración centrípeta de la moneda.

PRÁCTICA N° 10

Contenido: MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE

Objetivos:

1. Reconocer cuando un cuerpo realiza un movimiento armónico simple.

2. Mediante la observación de un péndulo y de un sistema masa-resorte, determinar

los períodos de éstos.

Carlos Ribeiro

31

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es un movimiento armónico simple?

2. ¿Qué es la oscilación?

3. ¿Qué es la elongación?

4. ¿Qué es un período?

5. ¿Qué es la amplitud?

6. ¿Qué es la frecuencia?

LABORATORIO

Experimento N° 1


Un péndulo simple (construido con anterioridad)

Un cronómetro

Una cinta métrica

Cordel delgado y resistente

Objetos de diferente masa y pequeña dimensión (piedra, tuerca, esfera de

metal, etc)

Tirro y tijera

Procedimiento

1. Con el péndulo ya armado, tomar 40 cm del cordel y en uno de sus extremos atar

uno de los objetos, luego tome el otro extremo del cordel y amárrelo al clavo que

se encuentra en la parte superior del péndulo. Póngalo a oscilar, y utilizando el

cronómetro, mida el tiempo que necesita el péndulo para efectuar 20 o más

vibraciones completas. A partir de esta medición calcule el período del péndulo.

2. Aumente la longitud del péndulo a 50 cm, y repita el procedimiento descrito en el

paso anterior, determinando el nuevo valor del período de oscilación. El período

pendular, ¿aumentó, disminuyó o no se alteró cuando se incrementó su longitud?

3. Sustituya el objeto o cuerpo colgado de la cuerda por otro de diferente masa, sin

alterar la longitud del péndulo, y mida su período. El período pendular,¿se volvió

mayor, menor o prácticamente no se modificó al cambiar el valor de la masa

suspendida de la cuerda?

Carlos Ribeiro

32

4. Mide cuidadosamente la longitud del péndulo del inciso anterior y, como ya conoce

su período, utilice la ecuación T = 2 g

L para obtener el valor local de la

aceleración de gravedad. El valor que obtuvo, ¿se acerca razonablemente a los 9,8

m/seg2?

Experimento N° 2


Un péndulo simple

Dos resortes de diferente resistencia

Objetos de diferente masa y pequeña dimensión (piedras, una esfera de metal,

una tuerca, etc)

Tirro

Procedimiento

1. Tome el péndulo y fije en el clavo un extremo del resorte de menor resistencia y en

el otro extremo un objeto cualquiera, y póngalo a oscilar en dirección vertical. Mida

el período (o la frecuencia) con que oscila el cuerpo suspendido.

2. Sustituya este cuerpo por otro de masa mucho mayor, póngalo a oscilar

verticalmente y mida su período. ¿Fue posible percibir que el período creció con el

aumento de la masa?

3. Suspenda ahora el cuerpo del inciso anterior del resorte de mayor resistencia (con

mayor valor de K) y póngalo a oscilar verticalmente y mida el período de oscilación

del cuerpo. ¿Este tiempo se volvió mayor o menor?

4. ¿La observación realizada por usted en la experiencia anterior confirma la

siguiente afirmación? “El período de un cuerpo en movimiento armónico simple

está dado por k

mT 2 . Esta ecuación indica que el período es mayor cuanto

más grande sea la masa (m) del cuerpo que ejecuta el movimiento, y menor cuanto

más grande es el valor de la constante K “.

Carlos Ribeiro

33

POST-LABORATORIO

Construye un péndulo cuyo período sea exactamente de un segundo. Para alcanzar

este objetivo ve modificando las variables, de una en una, y observa cuáles afectan el

período y cuáles no.

Preguntas

1. Describe brevemente el método que usaste para construir tu péndulo.

______________________________________________________________________

__________________________________________________

2. ¿Qué masa tuvo tu péndulo?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

3. ¿Cuál fue el efecto, si lo hubo, de la masa sobre el período del

péndulo?______________________________________________________________

__________________________________________________

4. ¿Cuál fue el efecto, si lo hubo, de la amplitud sobre el período del péndulo?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

5. ¿Qué longitud tuvo tu péndulo?

____________________________________________________________

____________________________________________________________

6. ¿Qué efecto, si lo hubo, tiene la magnitud sobre el período del péndulo?

____________________________________________________

Carlos Ribeiro

34

UNIDAD III

LAS INTERACCIONES

PRÁCTICA N° 11

Contenido: LAS INTERACCIONES EN LA ESCALA DEL UNIVERSO FÍSICO

Objetivo: Comparar los tipos de interacciones

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es interacción?

2. ¿Por qué ocurren las interacciones?

3. Mencione los tipos de interacciones que existen y defina cada una de ellas.

4. ¿Cuál es el efecto de las interacciones?

5. ¿Cómo se denotan las interacciones?

LABORATORIO

Experimento N° 1


Dos imanes

Procedimiento

Utilizando los dos imanes, explicar el efecto que se produce al acercar los dos imanes

de las siguientes formas:

1. Polo norte con el Polo norte ___________________________

2. Polo sur con el Polo sur ___________________________

3. Polo norte con el Polo sur ___________________________

a. ¿Qué tipo de interacción física se presenta en las tres experiencias

anteriores? _________________________________

Experimento N° 2


Un resorte de resistencia baja (que estire bastante)

Una cuerda

Cuerpos de distinta masa (m) y forma

Carlos Ribeiro

35

Procedimiento

1. Toma la cuerda y en uno de sus extremos ata uno de los cuerpos de masa (m) y

hazlo colgar de tu mano.

a. ¿Qué fuerza se ejerce sobre la cuerda? ______________________

b. ¿Qué tipo de interacción esta presente? _____________________

c. ¿Qué objetos físicos intervienen? __________________________

2. Toma el resorte y en uno de sus extremos fija uno de los cuerpo de mayor masa

(m) y hazlo colgar de tu mano.

a. ¿Qué fuerza se ejerce sobre el resorte? _____________________

b. ¿Qué tipo de interacción esta presente? _____________________

c. ¿Qué objetos físicos intervienen? __________________________

POST-LABORATORIO

1. ¿Qué efecto produce la luna sobre las mareas y que tipo de interacción física

hace que esto suceda?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

__________________________________________

2. ¿Existe alguna interacción física cuando un balón es lanzado hacia arriba? De

responder si ¿cuál es y que objetos físicos intervienen?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

__________________________________________

3. En la siguiente figura responda el tipo de interacción que existe y los objetos

físicos que intervienen en ella.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Carlos Ribeiro

36

PRÁCTICA N° 12

Contenido: INTERACCIÓN Y FUERZA

Objetivo: Cuantificar las interacciones independientemente de la naturaleza de ellas.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es un vector?

2. ¿Qué es un escalar?

3. ¿Cuáles son los componentes de un vector?

4. Nombrar cinco ejemplos de vectores y escalares.

5. Nombrar cuatro diferencias entre vector y escalar.

6. ¿Qué es equilibrio?

7. ¿Qué es la fuerza?

8. ¿Qué es la fuerza neta?

9. ¿Qué es el peso?

10. ¿Qué es la fuerza de tensión?

11. ¿Qué es la fuerza de contacto?

12. ¿Qué es la fuerza de roce o fricción?

13. ¿Qué es la fuerza elástica?

LABORATORIO

Experimento N° 1

Una moneda

Dos lápices de grafito con borrador

Un transportador

Procedimiento

Coloca la moneda sobre la mesa y a su lado los dos lápices con los borradores

apuntando hacia la moneda formando entre ellos un ángulo de 90° (el transportador te

ayudará a realizarlo). Ahora empuja la moneda con los dos lápices a la vez y observa lo

que sucede. Responde las siguientes preguntas:

a. ¿Qué dirección sigue la moneda?___________________________

b. ¿Qué sucede con los dos lápices? ___________________________

c. Realiza un gráfico de lo anterior utilizando vectores.

Carlos Ribeiro

37

Experimento N° 2


Dos reglas de 30 cm

Una regla de un metro o cinta métrica

Un transportador

Tirro

Una cartulina blanca

Dos triángulos equiláteros de 5 cm de lado, hechos en cartulina uno de color

rojo y el otro de negro

Procedimiento

1. Tomar las dos reglas y pegar en el extremo superior de cada una los triángulos

equiláteros.

a. ¿Qué representaban las dos reglas antes de colocarle a cada una el

triángulo equilátero? _______________________________

b. ¿Por qué? ______________________________________________

c. ¿Qué representan luego de colocarle a cada una el triángulo equilátero?

_____________________________________________

d. ¿Por qué? ______________________________________________

2. Pegar sobre la mesa la cartulina e identificar en sus bordes los puntos

cardinales, luego colocar sobre ella los dos vectores formando entre ellos:

i. Un ángulo de 180°

a. ¿Qué dirección tienen ambos vectores? ____________________

b. ¿Qué sentido tienen ambos vectores? _____________________

c. ¿Cómo se determina el vector resultante? ___________________

d. ¿Cuál es el módulo del vector resultante? ___________________

ii. Un ángulo de 0°

a. ¿Qué sentido tienen ambos vectores? ______________________

b. ¿Cómo se halla el vector resultante? _______________________

c. ¿Cuál es el módulo del vector resultante? ___________________

Carlos Ribeiro

38

d. ¿Qué dirección tienen ambos vectores? ____________________

e. ¿Qué dirección tiene el vector resultante? ___________________

f. ¿Qué sentido tiene el vector resultante? ____________________

¡¡¡. Un ángulo de 90°

a. ¿Qué dirección tienen ambos vectores? ____________________

b. ¿Qué sentido tienen ambos vectores? _____________________

c. ¿Cómo se halla el vector resultante? ______________________

d. ¿Cuál es el módulo del vector resultante? __________________

e. ¿Qué dirección tiene el vector resultante? __________________

f. ¿Qué sentido tiene el vector resultante? ___________________

POST-LABORATORIO

1. Coloca los dos vectores formando entre ellos un ángulo de 30° y responde las

siguientes preguntas:

a. ¿Qué dirección tienen ambos vectores? _________________________

b. ¿Qué sentido tienen ambos vectores? ___________________________

c. ¿Cómo se halla el vector resultante? ____________________________

d. ¿Cuál es el módulo del vector resultante? ________________________

e. ¿Qué dirección tiene el vector resultante? ________________________

f. ¿Qué sentido tiene el vector resultante? __________________________

2. ¿Por qué toda fuerza es un vector?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

3. Determine para cada sistema físico cuales son las fuerzas que actúan sobre cada

cuerpo.

a. Un cuerpo de masa (m) en reposo sobre una superficie horizontal.

m

Carlos Ribeiro

39

b. Un cuerpo de masa (m) en movimiento sobre una superficie horizontal hacia la

derecha producto de una cuerda.

c. Un balón rodando sobre una superficie inclinada hacia abajo.

d. Dos cuerpos de masa (m) que penden de una polea.

PRÁCTICA N° 13

Contenido: 1RA LEY DE NEWTON. LEY DE LA INERCIA

Objetivos:

1. Explorar el concepto de inercia.

2. Demostrar la relación entre la primera ley de Newton y las colisiones.

PRE-LABORATORIO

1. Enuncie la primera ley de Newton

2. ¿Qué es la masa?

3. ¿Qué es el peso?

4. ¿Qué diferencia existe entre la masa y el peso?

m

m

m

M

Carlos Ribeiro

40

5. ¿Qué es una fuerza no equilibrada?

6. ¿Qué es un marco referencial?

LABORATORIO

Experimento N° 1

Un aro de madera para bordar de 12 pulgadas

Una botella de boca estrecha (gatorade mediana)

Una moneda pequeña

Procedimiento

1. Con mucho cuidado, equilibra en posición vertical el aro de madera para bordar

encima de la boca de la botella y coloca sobre la parte más alta del aro la

moneda. El objetivo es conseguir que la moneda caiga dentro de la botella

tomando el aro con una sola mano.

a. Discute con tus compañeros la técnica que aplicarían y descríbela

brevemente. ___________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

______________________________________________________________

2. Practica con la técnica seleccionada.

a. Si conseguiste el resultado satisfactorio, explica por qué lo lograste, de no

ser así debes buscar otra técnica hasta encontrar la ganadora. ¿Cuántas

técnicas utilizaste?

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

______________________________________________________________

Carlos Ribeiro

41

Experimento N° 2


4 mts de cordel

2 carros pequeños de hierro

2 masas de 50 grs cada una

Bandas plásticas

2 muñecos pequeños para sentarlos sobre los carros

2 poleas pequeñas

2 bloques de madera pequeña

Procedimiento

1. Ata 2 mts de cordel a cada uno de los extremos de los dos carritos. Amarra las

masas de 50 grs al otro extremo de cada uno de los cordeles. Fija las poleas al

borde de la mesa y tiende sobre ellas los cordeles, con las masas en el piso y los

carritos sobre la mesa. Coloca un bloque de madera sobre la mesa y tiende sobre

ellas los cordeles, frente a cada polea.

2. Sienta un muñeco sobre cada carrito. Fija uno de ellos a su carrito con una banda

elástica que haga las veces de cinturón de seguridad.

3. Hala de los carritos hacia atrás la misma distancia (realiza la medida y la marcas

con Tirro) y suéltalos para que se aceleren al avanzar hacia el borde de la mesa.

4. Realiza tus observaciones y contesta las siguientes preguntas:

a. ¿Algo detuvo el movimiento del muñeco que no tenia cinturón de seguridad

cuando su carrito choco?

________________________________________________________________

b. ¿Qué fenómeno explica la situación anterior?

_________________________________________________________________

___________________________________________________________________

c. ¿Hubo alguna diferencia en el caso del muñeco que tenía puesto el cinturón

de seguridad?

___________________________________________________________________

________________________________________________________________

Carlos Ribeiro

42

POST-LABORATORIO

1. Si dejas caer una moneda desde tu cabeza en un autobús en reposo, la

moneda caerá a tus pies. ¿Dónde caerá si el autobús se mueve en línea recta

con rapidez constante?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

2. ¿Cuál de las siguientes cantidades cambia cuando comprimes una esponja: la

masa, la inercia, el volumen o el peso? ______________

3. Si quieres ajustar la cabeza floja de un martillo golpeándolo sobre la

superficie de una mesa de trabajo, ¿por qué es mejor sostenerlo con el mango

hacia abajo que con el mango hacia arriba? Explica tu respuesta en términos

de la inercia.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________

4. ¿Un litro de plomo fundido tiene el mismo volumen que un litro de jugo de

naranja? ¿tienen la misma masa?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________

PRÁCTICA N° 14

Contenido: 2DA LEY DE NEWTON. LEY DE LA FUERZA Y ACELERACIÓN

Objetivos:

1. Investigar la relación entre las variables que afectan la aceleración.

2. Investigar el efecto de aumentar la masa en un sistema acelerado.

3. Investigar cómo afecta la aceleración de un sistema el incremento de la fuerza

aplicada.

4. Estimar la rapidez de un objeto que cae en el momento en que toca el suelo.

5. Investigar las relaciones entre las componentes de una fuerza.

PRE-REQUISITO

Carlos Ribeiro

43

1. Enuncie la segunda ley de Newton.

2. Defina fuerza neta

3. ¿Cuál es la unidad patrón de la fuerza?

4. ¿Qué es la masa?

5. ¿Qué es la aceleración?

6. ¿Qué es el diagrama de cuerpo libre?


8. ¿Qué es el dinamómetro?

LABORATORIO

Material requerido

Un par de patines de rueda o una patineta

Un dinamómetro

Un cronómetro

Una regla de 1 mt o una cinta métrica

Tirro


Procedimiento

1. Los alumnos se agruparan en equipos de tres personas. Con trozos de Tirro,

marcar varias posiciones en el piso a intervalos de 0 mt, 5 mt, 10 mt y 15 mt. El

trayecto de una a otra a lo largo del piso debe ser uniforme, recto y nivelado. Una

sección de la cancha o un pasillo son adecuados para esto.

2. Con los patines puestos o la patineta, un estudiante se coloca en la marca de 0 mt.

Otro estudiante debe permanecer atrás de esa marca, sujetando al patinador. El

patinador sujeta uno de los ganchos del dinamómetro.

3. Un tercer estudiante sujeta el otro gancho del dinamómetro y ejerce una fuerza

constante para halar del patinador cuando el segundo estudiante lo suelte. El

estudiante que arrastra a su compañero debe aplicar una fuerza constante durante

todo el trayecto que hale del patinador. No debe dar un tirón fuerte para arrancar.

4. El estudiante que se encontraba detrás de la marca cero debe poner a funcionar el

cronómetro en el momento que el patinador comience a desplazarse y debe tomar

el tiempo que tarda en llegar el patinador a las marcas 5mt, 10mt y 15mt, y anotar

Carlos Ribeiro

44

esos datos en la siguiente tabla junto con las lecturas que realice del dinamómetro

en cada marca.

INTENTO DISTANCIA (MT) FUERZA (NEW) TIEMPO (SEG)

1

5

10

15

2

5

10

15

3

5

10

15

4. Repita dos veces el experimento, con patinadores diferentes para que la masa

varié, pero manteniendo la misma fuerza. Si los resultados son inconsistentes,

tal vez el patinador no mantuvo sus patines o patineta suficientemente paralelos,

o quizá cambió ligeramente de dirección el intento.

5. Compara los resultados obtenidos con los demás grupos de trabajo de tu salón.

POST-LABORATORIO

1. Hasta la época de Galileo, la gente creía que se requería una fuerza constante

para producir una rapidez constante. ¿Tus observaciones confirman o rechazan

esta idea?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

__________________________________________

2. ¿Qué pasa con la rapidez al aumentar la distancia recorrida?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

__________________________________________

Carlos Ribeiro

45

3. ¿Qué sucede con la tasa de incremento de la rapidez (la aceleración) al avanzar

a lo largo de las distancias medidas?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

__________________________________________

4. Cuando la fuerza es la misma, ¿en qué forma depende la aceleración de la

masa?

_____________________________________________________________________

___________________________________________________

5. Si la masa del patinador es la misma, ¿cómo afecta la fuerza a la aceleración?

_____________________________________________________________________

___________________________________________________

Experimento N° 2


Cinta métrica

Tirro

Un par de patines o patineta

Un cronómetro

Una báscula para pesar los estudiantes

Un dinamómetro

Un espacio al aire libre

Procedimiento

Repite el experimento anterior tomando en cuenta que el estudiante encargado de

arrastrar a su compañero debe mantener una fuerza constante, diferente de la anterior,

en toda la trayectoria del patinador, pero con los tres mismos integrantes del equipo y

en el mismo orden que realizaron la experiencia. Antes de iniciar cada integrante de

pesarse en la báscula y tomar nota. Todos los datos obtenidos los deben anotar en la

siguiente tabla:

Carlos Ribeiro

46

PARTICIPANTE MASA DISTANCIA FUERZA TIEMPO ACELERACIÓN

1

5

10

15

2

5

10

15

3

5

10

15

a. Calcular la aceleración de cada integrante del equipo en las diferentes

distancias. Para ello utilizar la ecuación de un sistema acelerado que relaciona

la distancia (d), la aceleración (a) y el tiempo (t),

d = 2

2ta

b. Calcular los tiempos promedios de cada integrante del equipo.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

c. Utilizando el tiempo promedio de cada integrante, calcular la aceleración de

cada uno de ellos haciendo uso de la ecuación del inciso “a”.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

d. Calcula la fuerza promedio de cada integrante del equipo.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

e. Calcula la aceleración de cada integrante del grupo utilizando la siguiente

ecuación F = m.a

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Carlos Ribeiro

47

f. Compara las respuestas obtenidas en el inciso “c” con las del inciso “e”.

¿Qué opinión te merece?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

g. Calcula la masa de cada integrante del equipo utilizando los resultados

obtenidos en los incisos “c” y “d” y la ecuación F = m.a

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

h. Compara los resultados anteriores con los obtenidos en la báscula,

¿Qué opinión te merece?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Experimento N° 3

Repetir el experimento anterior tomando en cuenta que el estudiante encargado de

arrastrar a su compañero debe variar la fuerza durante toda la trayectoria del patinador.

Anota los resultados en la siguiente tabla:

PARTICIANTE MASA DISTANCIA FUERZA TIEMPO ACELERACIÓN

1 5

10

15

2 5

10

15

3 5

10

15

Carlos Ribeiro

48

a. Calcular la aceleración de cada integrante del equipo en las diferentes

distancias.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

b. Calcular los tiempos promedios de cada integrante del equipo.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

c. Utilizando el tiempo promedio de cada integrante, calcular la aceleración de

cada uno de ellos.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

d. Calcular la fuerza promedio de cada integrante del equipo.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

e. Calcular la aceleración de cada integrante del equipo utilizando la siguiente

ecuación F = m.a

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________

PRÁCTICA N° 15

Contenido: 3RA LEY DE NEWTON. LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN

Objetivos:

1. Investigar las relaciones entre acción y reacción.

2. Introducir el concepto de tensión.

PRE-LABORATORIO

1. Enuncie la tercera ley de Newton.

2. ¿Qué es la fuerza de acción?

3. ¿Qué es la fuerza de reacción?

4. ¿Cómo son la magnitud y el sentido de las fuerzas de acción y reacción?

Carlos Ribeiro

49

5. ¿Qué es la fuerza de fricción?

6. ¿Qué es la fricción estática?

7. ¿Qué es el rozamiento estético?

8. ¿Qué es la fricción cinética?

9. ¿Qué es el coeficiente de fricción estática?

LABORATORIO

Experimento N° 1


Dos globos grandes

Dos pitillos

6 mts de mecatillo

Tirro o cinta adhesiva

Cinta métrica

Un cronómetro

Procedimiento

1. Tome el cordel e introduce un extremo en uno de los pitillos.

2. Ata el cordel de un lado a otro del salón, procurando que el cordel este lo más

tenso posible.

3. Infla uno de los globos y dobla su cuello, pégalo con tirro al pitillo.

4. Suelta el globo.

5. Responde a las siguientes preguntas:

a. ¿Qué observas?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________________________________

b. ¿A qué se debe tal efecto?

___________________________________________________________________

________________________________________________________________

c. ¿Qué distancia recorre?

________________________________________________________________

Carlos Ribeiro

50

d. ¿Qué tiempo utiliza para recorrer esa distancia?

__________________________________________________________

e. ¿Qué aceleración adquiere el globo?

__________________________________________________________

f. ¿Qué masa tiene el globo?

__________________________________________________________

g. ¿Cuál es el módulo de la fuerza que actúa sobre el globo?

__________________________________________________________

h. Realiza un diagrama de cuerpo libre de lo observado.

i. Emplea globos de diversos tipos y experimenta con distintas cantidades de

aire, expresando mediante cifras y gráficos los resultados que se obtengan

aumentando éste.

Experimento N° 2


Una patineta

Un balón deportivo

Tirro

Cinta métrica

Un cronómetro

Procedimiento

1. Realizar una marca en el piso con el tirro y colocar la patineta.

2. Un alumno se debe montar en la patineta y debe quedar inmóvil, luego se le

entrega el balón el cual lo levantará sobre su cabeza y lo arrojará con sus dos

manos a un compañero que se encuentra frente a él.

a. ¿Se mueve el alumno con la patineta? ______________________

b. ¿En qué dirección? ______________________________________

c. ¿En qué sentido? _______________________________________

d. ¿Por qué? _____________________________________________

Carlos Ribeiro

51

Experimento N° 3


Dos patinetas

Un balón deportivo

Tirro

Cinta métrica

Cronómetro

Procedimiento

1. Realizar dos marcas en el piso con el tirro y colocar las dos patinetas.

2. Dos alumnos se deben montar sobre las patinetas y deben quedar inmóviles,

luego se le entrega el balón a uno de ellos el cual lo levantará sobre su cabeza y

lo arrojará con sus dos manos al otro compañero que esta sobre la patineta.

a. ¿Se mueven los alumnos que están sobre las patinetas? ______

b. ¿En qué dirección? ______________________________________

c. ¿En qué sentido? _______________________________________

d. ¿Por qué? _____________________________________________

e. Si se desplazaron ¿Qué distancia se separó cada uno del punto de marca?

_____________________________________________

f. ¿Qué tiempo duro el desplazamiento de cada uno? ___________

g. ¿Qué aceleración adquirió cada uno? ______________________

h. ¿Qué módulo de fuerza adquirió cada uno? _________________

i. ¿Cómo se determina la fuerza resultante del sistema?

______________________________________________________

j. ¿Cuál es el módulo de la fuerza resultante?

______________________________________________________

Experimento N° 4


Un cuerpo pesado

Cordel

Un dinamómetro

Carlos Ribeiro

52

Procedimiento

A fin de determinar el coeficiente de fricción estática entre un cuerpo pesado y la

superficie donde se apoya (el piso de un salón, por ejemplo) proceda de la siguiente

manera:

1. Si el cuerpo no tiene por donde agarrarlo átelo con un cordel.

2. Tirando del cuerpo con un dinamómetro y aumentando poco a poco el valor de

la fuerza, trate de leer en el instrumento el valor de la fuerza en el momento en

que el cuerpo se pone en movimiento.

a. ¿Cuál es entonces, el valor de la fuerza de fricción máxima entre el cuerpo

y la superficie?

b. Realizar un diagrama de cuerpo libre.

3. Cuelgue el cuerpo del dinamómetro y determine su peso.

a. ¿Cuál es el valor de la reacción normal, de la superficie sobre el cuerpo

cuando está apoyado sobre ella?

b. Realizar un diagrama de cuerpo libre.

4. Utilizando sus respuestas de las preguntas anteriores, determine el valor del

coeficiente de fricción estática entre el cuerpo y la superficie utilizando la

siguiente ecuación

Fuerza normal

F eM = μe N

Coeficiente de fricción

Fuerza de fricción máxima

POST-LABORATORIO

1. Discute acerca de las fuerzas de acción y reacción en las siguientes situaciones:

a. Un libro que reposa sobre un pupitre.

_______________________________________________________

b. Una pelota que cae.

_______________________________________________________

Carlos Ribeiro

53

c. La tierra que gira alrededor del sol.

______________________________________________________

d. Un pájaro que vuela hacia el norte.

______________________________________________________

e. Una pelota de béisbol que es bateada con un bate.

______________________________________________________

f. Un globo que se desinfla.

______________________________________________________

g. Una persona que está nadando en una piscina.

______________________________________________________

2. Cuando un automóvil frena bruscamente los pasajeros se van hacia delante.

¿Qué ley de Newton explica este fenómeno?

____________________________________________________________

3. ¿Qué ley de Newton explica la sensación de vacío que se siente en el estomago

al iniciar su movimiento un ascensor?

____________________________________________________________

4. Al realizar el saque en voleibol ¿qué ley de Newton se aplica?

____________________________________________________________

5. ¿Por qué un cuchillo afilado corta mejor que uno de sierra? ¿Qué ley de Newton

explica este fenómeno?

____________________________________________________________

6. ¿Qué es lo que nos empuja cuando caminamos?

____________________________________________________________

7. ¿Por qué es más fácil caminar sobre una alfombra que sobre un piso pulido?

____________________________________________________________

8. Si caminas sobre un tronco que flota en el agua, el tronco se desplaza hacia

atrás. ¿Por qué?

____________________________________________________________

9. Al arrancar una toalla de papel o una bolsa de plástico de un rollo ¿por qué es

más efectivo un tirón brusco que uno lento? ¿Qué ley de Newton se aplica?

Carlos Ribeiro

54

____________________________________________________________

10. ¿Por qué una excavadora no se pega en el fango y un carro pequeño si? ¿Qué

ley de Newton explica este fenómeno?

____________________________________________________________

11. Entre un perro y su cola ¿quién mueve a quién? ¿Qué ley de newton explica este

fenómeno?

____________________________________________________________

PRÁCTICA N° 16

Contenido: CENTRO DE GRAVEDAD Y CENTRO DE MASA

Objetivo

1. Identificar la inercial rotacional en los cuerpos.

2. Localizar el centro de gravedad de un cuerpo plano de forma regular.

3. Localizar el centro de gravedad de un cuerpo plano de forma irregular.

4. Localizar tu centro de gravedad.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es centro de gravedad?

2. ¿Qué es centro de masa?


4. ¿Qué es fuerza centrífuga?

5. ¿Qué es fuerza centrípeta?

6. ¿Qué es la inercia rotacional?

LABORATORIO

Experimento N° 1


Un cilindro sólido de 200 grs.

Un cilindro hueco de 200 grs.

Una tabla rectangular de 40cm x 60cm

Un transportador

Tirro

Carlos Ribeiro

55

Procedimiento

1. Con la tabla y algunos libros formar un plano inclinado de 30°.

2. En la parte superior del plano realizar dos marcas con el tirro con una separación

de 20cm entre ellas.

3. Colocar ambos cilindros en las marcas y soltarlos al mismo tiempo para que bajen

el plano.

a. ¿Cuál de los dos cilindros baja primero el plano?

__________________________________________________________

b. ¿Por qué?

__________________________________________________________

c. ¿Qué propiedad de los cuerpos permite explicar este fenómeno?

_________________________________________________________

Experimento N° 2


Un cuerpo plano de forma irregular de tamaño medio elaborado en cartón

fuerte.

Un cuerpo plano de forma regular de tamaño medio elaborado en cartón

fuerte.

Una regla de 30cm.

50cmde cordel delgado

Un objeto punzante

Una aguja

Un corcho

Una botella

Procedimiento

1. Toma el corcho e introdúcelo en la boca de la botella y atraviesa la aguja en el

corcho.

2. Tome el cuerpo plano de forma irregular y ponlo en equilibrio sobre la aguja.

a. ¿Qué sucede?

Carlos Ribeiro

56

_______________________________________________________

3. Tome el cuerpo plano de forma irregular y en cualquiera de sus bordes abrir un

pequeño orificio con el objeto punzante.

4. Atar un extremo del cordel en el orificio y suspéndelo hasta que el cuerpo

mantenga equilibrio. Su centro de gravedad queda directamente debajo de su

punto de suspensión a lo largo de la línea de acción de la fuerza.

5. Trace una recta vertical (línea de acción de la fuerza) desde el orificio hasta el

otro extremo del cuerpo.

6. Desamarre el cordel y haga otro orificio en cualquier otro extremo del cuerpo.

7. Amarre el extremo del cordel en este nuevo orificio y suspéndalo hasta que el

cuerpo se mantenga en equilibrio. El centro de gravedad queda directamente

debajo de su punto de suspensión a lo largo de la línea de acción de la fuerza.

8. Trace una recta vertical desde el orificio hasta el otro extremo del cuerpo.

9. Observe las dos rectas trazadas.

a. ¿Qué tienen en común?

_______________________________________________________

10. Tome el cuerpo plano y póngalo en equilibrio sobre la aguja.

a. ¿Qué sucede?

_______________________________________________________

b. ¿Por qué?

_______________________________________________________

11. Realice el experimento anterior, pero ahora con el cuerpo plano de forma regular.

Tome nota de sus observaciones.

Experimento N° 3


Dos básculas de baño

Una tabla de madera de 2,4mt x 5cm x 30cm

Una regla de un metro y una cinta métrica

Dos soportes triangulares (varilla de hierro angular de 2,5cm)

Dos ladrillos

Carlos Ribeiro

57

Procedimiento

1. Usa una báscula de baño para pesarte y luego pesa la tabla. Anota estos pesos.

Tu peso = _________ Peso de la tabla = __________

2. Mide tu estatura en centímetros.

Estatura = _____________

3. Coloca un soporte triangular sobre cada báscula de baño. Tal vez necesites añadir

ladrillos entre la báscula y el soporte, si la burbuja de la báscula hace que el

soporte se balancee. Coloca las básculas de modo que las partes superiores de los

soportes triangulares estén separadas por una distancia igual a tu estatura. Coloca

la tabla sobre los dos soportes. Los extremos de la tabla que sobresalgan de cada

soporte deberán ser iguales. Observa la lectura de peso en cada báscula. Cada una

de estas lecturas deberá indicar la mitad del peso de la tabla ( más los ladrillos si

se colocó alguno). Si no es así, puedes ajustar la perilla de calibración en cada una

de las básculas hasta que las lecturas sean iguales, o bien, anotar las lecturas para

hacer después algunos cálculos.

4. Acuéstate sobre la tabla, de modo que la parte más alta de tu cabeza quede sobre

uno de los soportes y la planta de tus pies sobre el otro soporte. Permanece

acostado sobre la tabla con las manos a los lados del cuerpo. Otro compañero del

grupo hará las lecturas en cada báscula de baño.

Peso del lado de la cabeza = ______ Peso del lado de los pies = ______

5. Una vez que te informen las lecturas, ajusta tu posición hasta que las dos lecturas

sean iguales. Tu compañero de grupo medirá a qué distancia están las plantas de

tus pies, del soporte colocado cerca de ellos. Distancia desde el soporte hasta los

pies = ___________________

a. ¿Tuviste que desplazarte hacia el extremo de los pies o hacia el extremo de

la cabeza?

________________________________________________________________

______________________________________________

b. Cuando las lecturas de las básculas son iguales, ¡dónde queda tu centro

de gravedad en relación con los soportes?

Carlos Ribeiro

58

________________________________________________________________

______________________________________________

6. Determina la ubicación de tu centro de gravedad, en relación con las plantas de tus

pies.

Ubicación del centro de gravedad = _______ cm a partir de los pies

7. Coloca un dedo en tu ombligo y pide a tu compañero que mida la distancia desde

tus talones hasta tu ombligo.

Ubicación del ombligo = _______ cm de los pies

a. ¿Qué tan cerca está tu centro de gravedad de tu ombligo?

__________________________________________________________

b. ¿Qué pasaría si las dos lecturas de peso de la tabla no fueran iguales?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

POST-LABORATORIO

1. Cuando un astronauta gira al realizar acrobacias a bordo de un vehículo espacial,

¿alrededor de qué punto de su cuerpo se realiza el giro?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

2. Para un saltador de altura que salta sobre una barra, ¿dónde queda su centro de

gravedad?___________________________________________

3. Cuando una persona levanta ambos brazos sobre su cabeza, ¿qué sucede con su

centro de gravedad? _____________________________

4. Si alguien se apoya en un solo pie, ¿dónde estará su centro de gravedad para

que no se caiga? ________________________________

5. ¿Dónde esta ubicado el centro de gravedad de un anillo?

____________________________________________________________

6. ¿Por qué las personas de piernas largas generalmente caminan a pasos más

lentos que aquellas que tienen piernas cortas?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

Carlos Ribeiro

59

7. ¿Por qué es más fácil conservar el equilibrio en una bicicleta cuando esta en

movimiento?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

8. ¿Por qué cuando corremos doblamos las piernas?

____________________________________________________________

9. Párese con los talones y la espalda contra una pared y trate de inclinarse hacia

delante y tocar los dedos de sus pies. Comprobará que debe pararse a cierta

distancia de la pared para poder hacerlo sin caer de bruces. Compare la distancia

mínima respecto a la pared a la que debe tener sus talones con la de alguno de

sexo opuesto.

a. ¿Quién puede tocarse los dedos de los pies con sus talones más cerca de

la pared una mujer o un hombre?

_______________________________________________________

10. Sostenga una regla de un metro sobre dos dedos. Mueva lentamente sus dedos

hasta que se junten.

a. ¿En qué parte de la regla se encontrarán sus dedos?

_______________________________________________________

b. ¿Puede explicar por qué siempre sucede esto, sin importar dónde estaban

sus dedos al empezar a moverse?

________________________________________________________________

______________________________________________

11. ¿Por qué los autobuses y los camiones pesados tienen volantes de dirección

grande?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

12. ¿Por qué se inclina hacia delante una persona cuando carga un objeto pesado

sobre su espalda?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

Carlos Ribeiro

60

PRÁCTICA N° 17

Contenido: CONSERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO

Objetivo: Calcular la rapidez de un objeto aplicando la conservación del movimiento en

el caso de una colisión rígida

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es conservación?

2. ¿Qué es cantidad de movimiento?

3. ¿Qué es la conservación de la cantidad de movimiento?

4. ¿Qué es impulso?

5. Enuncie la ley de la conservación del movimiento.

LABORATORIO

Experimento


Cinta adhesiva de doble pega

Un carro de juguetes de masa pequeña con ruedas de baja fricción

Una pistola de juguete con dardos de caucho

Un cronómetro

Una regla de un metro o cinta métrica

Tirro

Una balanza pequeña

Procedimiento

1. Pega un pedazo de cinta en la parte posterior del carro de juguete. Cubre el

extremo de la copa de succión de un dardo con otro pedazo de cinta. Cuando el

carro de juguete sea golpeado, deberá tener el camino libre para avanzar en línea

recta sobre una mesa nivelada o en el suelo hasta detenerse. Practica el disparo

del dardo hacia la parte posterior del carro. El dardo deberá quedarse adherido al

carro, el cual avanzará.

a. ¿Qué relación hay entre el momentum del dardo antes del impacto y el

momentum combinado del dardo y el carro inmediatamente después del

impacto?

_________________________________________________________

Carlos Ribeiro

61

2. Mide la distancia que recorre el carro después de ser golpeado por el dardo y el

tiempo que permanece en movimiento antes de detenerse. Anota los resultados en

la siguiente tabla de datos y realiza dos intentos más.

3. Calcula la rapidez promedio del carro después del impacto, para los tres intentos, y

anótala en la tabal de datos.

INTENTO DISTANCIA

RECORRIDA

TIEMPO DE

RECORRIDO

RAPIDEZ PROMEDIO

DELCARRO DESPUÉS

DEL IMPACTO

RAPIDEZ DEL

CARRO EN EL

MOMENTO DEL

IMPACTO

RAPIDEZ

INICIAL DEL

DARDO

1

2

3

a. ¿Fue constante la rapidez del carro durante su carrera? Explica.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

_______________________________

b. Si se supone que la fuerza retardadora sobre el carro es constante, ¿cómo es

la rapidez del carro inmediatamente después del impacto, comparada con la

rapidez promedio?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________

c. Anota en la tabla de datos los valores de la rapidez del carro en el momento

del impacto.

4. Encuentra el valor de las masas necesarias para hallar los momentums. Masa del

coche = _________ Masa del dardo = ___________

5. Escribe una ecuación que muestre el momentum antes y después de la colisión.

Carlos Ribeiro

62

( md ) x ( Vod ) = ( mcd ) x ( Vcmi )

md = masa del dardo

Vod = rapidez inicial del dardo

mcd = masa combinada del coche y el

Vcmi = rapidez del coche en el momento del impacto

6. Calcula la rapidez inicial del dardo antes del impacto en cada uno de los tres

intentos. Anota en la tabla de datos los valores de la rapidez inicial del dardo.

7. Usa un cronómetro para medirla rapidez del carro inmediatamente después su

colisión del dardo. Calcula la rapidez inicial del dardo antes del impacto a partir de

esta medición:

Rapidez del carro en el momento del impacto = ____________

Rapidez inicial del dardo antes del impacto = ______________

a. ¿Cómo es la rapidez del carro en el momento del impacto comparada con el

valor que obtuviste en el paso 3 inciso “c”?

__________________________________________________________________________

__________________________________________

b. ¿Es constante el momentum del carro durante todo el tiempo que permanece

en movimiento?

__________________________________________________________________________

__________________________________________

POST-LABORATORIO

1. ¿Qué tiene mayor momentum, un camión pesado en reposo o una patineta en

movimiento?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

2. ¿Qué tiene mayor momentum al moverse a la misma velocidad, un camión

pesado o una patineta? ¿Cuál requiere mayor fuerza para detenerlo?

Carlos Ribeiro

63

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

________________________________________

3. ¿Por qué un experto en judo da una palmada en la colchoneta cuando se le

derriba?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

4. Cuando una manzana cae de un árbol y golpea el suelo sin rebotar, ¿en qué se

convierte e lmomentun?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

5. Un amigo le dice que se viola la ley de la conservación del momentum cuando

una pelota rueda colina abajo y gana momentum. ¿Qué opinión le merece a

usted?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

6. Cuando un beisbolista golpea una pelota con un bate, ¿cuál es el efecto de

prolongar el tiempo de contacto?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

________________________________________

PRÁCTICA N° 18

Contenido: COLISIONES ENTRE DOS CUERPOS

Objetivo: Investigar el movimiento en colisiones elásticas y rígidas, y la aparente

pérdida de energía cinética.

Comentario: Si te dejas caer desde la rama de un árbol sobre un trampolín, rebotarás.

En cambio, si caes sobre un gran montón de hojas, te detendrás sin rebotar: ¿En cuál

de los casos, si lo es en alguno, es mayor el cambio de cantidad de movimiento?. Esta

actividad te ayudará a contestar esa pregunta. Vas a comparar los cambios de cantidad

de movimiento en la colisión de dos carros de juguete cuando rebotan y no rebotan.

Carlos Ribeiro

64

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es un choque elástico?

2. ¿Qué es un choque inelástico o rígido?

3. ¿Qué es impulso?

4. ¿Qué es energía?

5. ¿Qué es la energía cinética?

6. ¿Qué es la energía potencial?

LABORATORIO


Dos carros de juguete de igual masa con ruedas de bajo fricción

Cinta métrica o una regla de un metro

Tirro

Cronómetro

Bandas elásticas

Cinta adhesiva de doble pegamento


Procedimiento

La cantidad de movimiento de un sistema formado por varios cuerpos es la suma

vectorial de las cantidades de movimiento individuales, y se mantiene constante

cuando no hay fuerza externa neta sobre él, según lo establece la ley de conservación

de la cantidad de movimiento. En este experimento se tienen dos carros iguales de

masa (m), que se mueven sobre una superficie horizontal (lisa). Inicialmente, uno de

ellos se mueve con velocidad V1 y el otro se encuentra en reposo, o sea, V2 = 0. La

cantidad de movimiento total del sistema es m.V1 antes del choque y debe ser el mismo

después del choque, sólo que entonces se moverán los dos carros juntos, como si

fueran uno solo como masa igual a 2m. Matemáticamente, se tiene:

Antes Después

m.V1 = (2m). (V1 )’

de donde

V1’ = (0,5).V1

Carlos Ribeiro

65

1. Coloca un carro en posición de dispararse y otro aproximadamente a 50cm del

primero.

2. Pon dos marcas sobre la superficie horizontal: una a una distancia D menor que

50cm a la derecha del carro que va a dispararse, y otra a una distancia igual a D

a la derecha del carro que recibirá el impacto.

3. Pon el carro que se va a disparar en movimiento con un pequeño impulso y mide

con el cronómetro el tiempo que tarda en recorrer la distancia preestablecida.

Repite esta actividad cinco veces y toma nota de las observaciones en la

siguiente tabla de datos:

INTENTO 1 2 3 4 5 6

TIEMPO

4. Vuelve a disparar el carro otras cinco veces, pero ahora mide el tiempo que

emplean ambos carros en recorrer la otra distancia señalada (igual a la primera).

Para asegurarte que los carros viajen juntos después del impacto, coloca cinta

adhesiva de doble pegamento en los muelles correspondientes de los carros.

Toma nota y apúntalos en la siguiente tabla de datos:

INTENTO 1 2 3 4 5

TIEMPO

5. Ahora determina las velocidades antes y después del choque, a partir de los

tiempos medidos.

6. Responde las siguientes preguntas:

a. ¿Cuál es la cantidad de movimiento total antes del choque?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Carlos Ribeiro

66

b. ¿Cuál es la cantidad de movimiento total después del choque?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

c. Comparando las dos respuestas anteriores, ¿observas algún efecto

notable debido a la resistencia que el aire ejerce en la dirección del

movimiento?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

d. ¿Cuál es la componente vertical de la cantidad de movimiento, al iniciarse

el experimento?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

e. ¿Cuál es la componente vertical de la cantidad de movimiento, después del

choque?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

f. ¿Cuál es la fuerza neta sobre el sistema, en la dirección vertical?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

Experimento N° 2

Repite el experimento anterior, colocando una masa adicional sobre el carro que

permanece en reposo (que va a ser disparado) y responde las siguientes preguntas:

g. La velocidad del sistema después del choque ¿es mayor o menor que 2

1 de

la velocidad inicial del carro disparado

_________________________________________________________

h. ¿Pudiste verificar la ley de conservación del movimiento en este caso?

______________________________________________________________________

__________________________________________________

Carlos Ribeiro

67

Experimento N° 3

Repite el experimento N° 1, colocando una banda elástica alrededor del carro que esta

en reposo (que va a ser disparado). Compara tus resultados entre ambos experimentos

y que opinión te merece.

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Carlos Ribeiro

68

UNIDAD IV

TRABAJO Y ENERGIA

PRÁCTICA N° 19

Contenido: ENERGÏA Y TRABAJO

Objetivo:

1. Determinar la energía transferida a un cuerpo.

2. Determinar la energía potencial que posee un cuerpo.

3. Determinar la energía cinética que posee un cuerpo.

4. Determinar la potencia máxima.

5. Analizar el consumo de energía eléctrica en su casa.

6. Estudiar la relación entre la fuerza que actúa en un resorte y la deformación que

produce.

PRE-LABORATORIO

1. ¿Qué es la energía?

2. ¿Qué es el impulso?

3. ¿Qué es el trabajo?

4. ¿Cuáles son las unidades del trabajo?

5. ¿Qué es la potencia?

6. ¿Qué es la energía mecánica?

7. ¿Qué es la energía potencial?

8. ¿Qué es la energía cinética?

9. Enuncie la ley de conservación de la energía.

10. ¿Qué es una maquina?

11. ¿Qué es una palanca?

12. ¿Qué es una polea?

13. ¿Qué es la eficiencia?

14. ¿Qué es el Watt?

15. Relación entre la energía cinética y el trabajo.

16. Nombrar los tipos de energía que existen.

Carlos Ribeiro

69

LABORATORIO

Experimento N°1


Una pelota (goma, cuero, tenis, etc)

Una cinta métrica o una regla de 1 mt


Procedimiento

1. Toma una pelota y determina su masa en una balanza.

2. Suelta la pelota desde una altura h1 conocida y con una cinta métrica o una regla

de 1mt, mida la altura h2 a la cual regresa luego de chocar con el suelo. Con los

valores obtenidos de m, h1 y h2 responda las siguientes preguntas:

a. ¿Cuál es la energía potencial que poseía la pelota en el instante en que la

dejo de caer?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

b. ¿Cuál es el valor de la energía potencial de la misma cuando regreso a la

altura h2?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

c. Basándose en sus respuestas anteriores, ¿calcule la cantidad de energía

mecánica que la pelota perdió al chocar con el piso?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

d. ¿Qué sucede con la energía mecánica que pierde la pelota?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

e. ¿Cuál es la eficiencia de la pelota?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

Carlos Ribeiro

70

Experimento N° 2


Ropa deportiva

Un cronómetro

Un pito

Un astrolabio (instrumento para determinar la altura de varios objetos) o

acelerómetro.

Una báscula

Una cinta métrica

¿Cómo construir el astrolabio?

Materiales

Un pitillo

Una arandela

Un transportador

30 cm de pabilo

Cinta adhesiva transparente

Procedimiento para construirlo.

Amarra el pabilo al centro del transportador y en el otro extremo la arandela. Pega con

cinta adhesiva el pitillo al borde superior del transportador.

Procedimiento para utilizarlo

Párate a una distancia del objeto, que deseas determinar su altura y mídela. Mira a

través del pitillo hacia la parte superior del objeto y pide a tu compañero que determine

el ángulo del pabilo colgante. Para determinar el ángulo real utiliza la siguiente relación:

Angulo real = 90° - ángulo del pabilo colgante

Para determinar la altura del objeto utiliza funciones trigonométricas.

Procedimiento del experimento.

Este experimento le permitirá determinar la potencia máxima que usted es capaz de

desarrollar al ascender por una escalera.

1. Suba corriendo por una escalera entre dos o tres pisos.

Carlos Ribeiro

71

2. Mida el tiempo que tardo en subir.

3. Haciendo uso del astrolabio, calcule el valor de la altura (h) a la que subió.

4. Como usted debe conocer sin duda el valor de su propia masa, podrá responder

a las siguientes preguntas:

a. ¿Qué trabajo realizó al subir la escalera?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

b. ¿Qué potencia desarrolló al subir la escalera?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

c. Compare el valor de la potencia desarrollada por la de otros compañeros al

efectuar la misma tarea y anote su conclusión.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________

Experimento N° 3

Para analizar el consumo de energía eléctrica en su casa, y darse una idea de lo que se

paga por dicha energía, siga estas instrucciones:

1. Examine el último recibo de pago en su casa, y tome nota del consumo en KWH

y del importe total del recibo.

2. En los aparatos eléctricos (licuadora, ventilador, etc) viene indicada la potencia

de consumo. Vea cuál es el valor de la potencia en una licuadora.

3. Investigue cuánto tiempo permanece activa la licuadora mientras prepara un

batido. Con los datos que obtuvo responda las siguientes preguntas:

a. ¿Cuánto se paga por un KWH de energía eléctrica en la ciudad donde

vive?

__________________________________________________________________

________________________________________________

Carlos Ribeiro

72

b. Exprese, en KWH, el valor aproximado de la energía eléctrica que se

consume durante la preparación del batido.

_________________________________________________________

c. ¿Cuál es, entonces, el costo aproximado de su batido?

_________________________________________________________

Experimento N° 4


Un péndulo simple

Un resorte con buena elongación

Objetos de diferentes masas


Una regla de 1mt

Pabilo

Procedimiento

En este experimento se estudiará la relación existente entre la fuerza que actúa en un

resorte y la deformación que produce. Para ello proceda de la siguiente manera:

1. Cuelgue verticalmente el resorte en el péndulo simple y sujete un cuerpo de

masa (m) conocida, a su extremo libre.

2. Observe la deformación X que el peso F, del cuerpo provocó en el resorte (evite

colgar objetos muy pesados que puedan ocasionar deformaciones permanentes

en el resorte).

3. Repita varias veces esta operación empleando cuerpos de diferente masa, y

anote la deformación X que corresponde a cada masa colgada. Anote sus

medidas en la tabla adjunta.

Recuerde que F (peso del cuerpo colgado) = m x g.

MASA m (gramos) FUERZA F (New) DEFORMACIÓN X (cm)

Carlos Ribeiro

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4. Con los datos obtenidos responda las siguientes preguntas:

a. Trace el diagrama F X ¿Qué forma tiene? ¿Es como usted esperaba?

___________________________________________________________________

_________________________________________________

b. Calcule mediante el diagrama la constante elástica del resorte, en New/mt.

___________________________________________________________________

_________________________________________________

c. Determine, empleando el gráfico, el valor de la energía potencial elástica

cuando el resorte presentaba su mayor deformación.

___________________________________________________________________

_________________________________________________

Experimento N° 5


Gradas o escaleras

Cronómetro


Pesas

Cuerda

Ropa deportiva

Procedimiento

1. Selecciona cinco actividades diferentes de la siguiente lista:

Eleva una masa usando solamente: tu muñeca, tu brazo, tu antebrazo, tu

pie o tu pierna.

Haz lagartijas, abdominales o algún otro ejercicio.

Sube corriendo escaleras o gradas.

Tira de algo pesado con una cuerda.

Carlos Ribeiro

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Salta cargando pesas o sin ellas

2. Realiza estas actividades y anota en la tabla de datos la fuerza que actuó en

newton, la distancia en metros que recorriste contra la fuerza, el número de

repeticiones del ejercicio y el tiempo empleado en segundos. Calcula después la

potencia en Watts. (cien segundos es un intervalo apropiado).

3. Completa la tabla, anotando los resultados de otras cuatro actividades que hayan

realizado otros participantes de la clase.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

FUERZA

DISTANCIA

REPETICIONES

TRABAJO

TIEMPO

POTENCIA

4. Responde las siguientes preguntas:

a. ¿Qué nombre se aplica a la rapidez con la cual se realiza un trabajo?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

b. ¿Cuáles son las unidades de esta rapidez?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

c. ¿En qué actividad realizada por los integrantes de tu clase se produjo mayor

potencia?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

d. ¿Qué grupos de músculos se usaron en esa actividad?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

Carlos Ribeiro

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e. ¿La actividad que requirió la mayor fuerza produjo la mayor potencia?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

f. Explica como una fuerza grande puede dar por resultado una potencia

relativamente pequeña?

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

g. ¿Una polea, una palanca pueden aumentar la rapidez con que una persona realiza

un trabajo? Observa cuidadosamente la forma como está redactada esta

pregunta, y explica tu respuesta.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

POST-LABORATORIO

1. ¿Por qué es más fácil detener un camión con poca carga que uno con mucha

carga animado de la misma velocidad?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

2. ¿Qué requiere más trabajo para detenerse, un camión ligero o uno pesado ambos

con el mismo momentum?

_______________________________________________________________

3. ¿Puede un cuerpo tener energía sin tener momentum? Explique.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

4. ¿Puede un cuerpo tener momentum sin tener energía? Explique.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Carlos Ribeiro

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5. ¿En qué punto de su trayectoria es máxima la energía cinética de la plomada de

un péndulo? ¿En qué punto es máxima su energía potencial?

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

_____________________________________________

6. Cuando la energía cinética de la plomada de un péndulo es la mitad de su valor

máximo, ¿cuánta energía potencial tiene?

________________________________________________________________________

______________________________________________________

7. Suponga que usted y dos de sus compañeros de clases están discutiendo el

diseño de una montaña rusa. Uno de ellos dice que cada joroba debe ser más

baja que la anterior. El otro dice que esto es un disparate, porque siendo la

primera más alta, no importa la altura de las otras. ¿Qué opina usted?

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

_____________________________________________

8. La materia puede ser reciclada sin perdida de sustancia. ¿Puede en forma similar

ser reciclada la energía? Explique.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

_____________________________________________

9. Analiza en los siguientes casos las diferentes formas de energía que se

presentan en el proceso. Identifica en cada transformación el dador, el receptor y

el cambio.

a. De lo alto de una roca sale agua permanentemente y cae sobre las aspas

de un molino, éste hace girar un generador que suministra electricidad a la

casa de una hacienda.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________

Carlos Ribeiro

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b. La luz solar incide sobre la vegetación permitiendo la formación de

sustancias alimenticias. A su vez éstas son ingeridas por el hombre para

su actividad diaria.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

________________________________________

10. Explica lo que sucede con la energía de la piñata cuando se levanta desde el

suelo, se lleva al punto más alto y luego se deja caer.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

_____________________________________________

11. Observa las siguientes figuras e indica en cual de los casos se realiza trabajo

mecánico. Justifica tu respuesta.

12. En las siguientes situaciones, indique el tipo de transformación de energía que

sucede.

a. Al frotarse las manos para calentarlas.

____________________________________________________________

b. Al hacer girar un dínamo para generar electricidad.

____________________________________________________________

c. ¿Puede el lector hallar un ejemplo?

____________________________________________________________

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d. Al golpear un atizador contra una roca para arrancarle chispas.

____________________________________________________________

e. Al quemar carbón para hacer andar una locomotora.

____________________________________________________________

f. Al proporcionarle electricidad a un motor eléctrico, para hacerlo girar.

____________________________________________________________

g. Al quemar gasolina para hacer andar un automóvil.

____________________________________________________________

h. ¿Puede citarse un ejemplo?

____________________________________________________________

i. Al calentar un punto de contacto de una tira de hierro con otra de cobre, a

fin de provocar una energía eléctrica.

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j. El cocimiento de un alimento.

____________________________________________________________

k. Al calentar una varilla de metal hasta dejarla al rojo.

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l. Al quemar carbón para calentar un horno.

____________________________________________________________

m. Al calentar un objeto poniéndolo al sol.

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Manual de laboratorio Física cuarto año

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