Física Clásica y contemporánea 6º NAT Página1 de 61
Ebiana Marey (2016)
Física
Ebiana Marey
6ºNAT
2016
EXPECTATIVAS DE LOGRO
Aplicación de herramientas metodológicas de la física (sistema, interacción, estado, modelo, análisis, observación, planteamiento de hipótesis, experimentación, contrastación, resolución de problemas y comunicación) en la interpretación de fenómenos del mundo natural y/o tecnológico.
Compresión de mensajes e informaciones referidas a conceptos científicos expresadas en modo gráfico o analítico para realizar inferencias que den respuesta a las situaciones problemáticas cualitativas y/o cuantitativas planteadas.
Utilización de conceptos fundamentales (relación proporcional, tasa, energía interna, eficiencia, radiación, calor, trabajo, energía, conservación, transformación, degradación, variación) al explicar el mundo natural y/o tecnológico con ojos físicos.
Organización y codificación de la información y manejo adecuado de las herramientas conceptuales al enfrentarse con situaciones nuevas, medibles durante la comunicación tanto en forma oral como escrita, priorizándose: la claridad y precisión de las descripciones, los argumentos, las justificaciones, las hipótesis, las modelizaciones y las conclusiones que resultan del trabajo intelectual.
Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizajedurante el trabajo en los pequeños grupos y también mientras se realizan las puestas en común.
Responsabilidad, compromiso y cumplimiento personal en referencia a: Tener en las clases la cartilla impresa con las consignas de trabajo, la hoja de fórmulas y los útiles escolares; terminar la tarea asignada o pendiente; elaborar y traer a clase los informes solicitados y contar con el material concreto requerido específicamente para las distintas clases.
Incorporación al lenguaje cotidiano términos provenientes de la Física que permitan dar cuenta de fenómenos naturales y tecnológicos y del sentido crítico al momento de enfrentarse con información proveniente de los medios de comunicación, incluida la web.
CONTENIDOS CONCEPTUALES
Unidad Nombre de unidad Contenidos de la unidad
1
Electromagnetismo
(1) Efectos magnéticos de la corriente. Solenoides y bobinas. Campo magnético de un electroimán. Ley de Ampere. Fuerza de Lorentz. Leyes de la mano derecha. Inducción magnética. Motor y generador. Ley de Faraday-Lens. Funcionamiento de una linterna por movimiento. Transformadores. (6 h)2
Ondas mecánicas y
electromagnéticas
(1)Vibración y onda. Las ondas mecánicas. Velocidad, longitud de onda y frecuencia. Ondas sonoras. Ondas estacionarias. Resonancia. Funcionamiento de un parlante y un micrófono. Rayos y ondas. Trayectorias al chocarse con diferentes superficies. Reflexión y eco. Efecto Doppler. Interferencia. Difracción. Campos y ondas electromagnéticas. Espectro Electromagnético. Radar y Sonar. Ondas hertzianas. La óptica geométrica versus la teoría ondulatoria. (14 h)
3
No rota
ni se traslada.
Peso de un cuerpo y la ley de gravitación universal. La fuerza como una magnitud vectorial. Fuerzas como interacciones entre objetos. Diagrama del cuerpo libre. Sumatoria de fuerzas igual a cero: Equilibrio o movimientos. Sumatoria de fuerzas en 2D. Componentes perpendiculares. Efectos de las fuerzas: Traslación y rotación. Diagrama de cuerpo libre. Condiciones de equilibrio en cuerpos apoyados en un plano inclinado. Centro de gravedad de cuerpos extensos. Torque o momento rotor. Brazo de palanca. Cuerpos rígidos y deformables. (14 h)
1
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4
Movimientos en 2D.
Movimientos y su descripción. El control y la comprensión de los movimientos de cuerpos: mediante gráficos y ecuaciones. Parámetros de movimientos:velocidad y aceleración. Análisis cualitativo de movimientos diversos Movimientos variados y uniformemente variados. Aceleración de la gravedad y aceleración centrípeta. Composición de dos movimientos. Movimientos a rapidez constante y velocidad variable.
Uno de los problemas de la Física Clásica al inicio del siglo XX: la velocidad de la luz. Dilatación del tiempo y contracción de la longitud. (12 h)
5
Leyes de
conservación.
Conservación de la energía mecánica. Fuerzas conservativas y no conservativas. Conservación de la cantidad de movimiento en choques. Impulso. Transferencia de energía “estática”. Radiación infrarroja y temperatura. Calor como una forma de energía. Ley de conservación de la energía y la degradación de la misma. Temperatura interpretada como valor medio de la energía cinética de las partículas. La energía interna. Equilibrio térmico. (14 h)6
Fluidos en reposo
Peso, peso específico y densidad. Fuerza y presión. Presión hidrostática. Principio fundamental. Principio de Pascal. Aplicaciones: Prensa hidráulica y Frenos hidráulicos.Presión atmosférica. Experiencia de Torricelli. Medida de la presión atmosférica. Depresión atmosférica. Vacío. Principio de Arquímedes. Empuje o fuerza de flotación. Equilibrio de los sólidos sumergidos. Tensión superficial y cohesión de los líquidos. Detergentes. Capilaridad. Ejemplos de aplicaciones prácticas.(12h)
7
Fluidos en
movimiento
Caudal. Teorema de la continuidad. Ecuación de Bernoulli. Viscosidad. Ley de Poiseuille. Resistencia hidrodinámica. Ley de Ohm vs. Ley de Poiseuille. Flujo turbulento y laminar.(8 h)8
Física Moderna.
El fracaso del átomo como sistema planetario en miniatura. Cuantización de la energía. Los espectros atómicos. Suma clásica de velocidades. El postulado de la velocidad de la luz. Las primeras propuestas de solución: Einstein y Bohr: Las cuatro interacciones fundamentales en la Naturaleza. Campos y partículas mediadoras. La unificación electro-débil. La gran unificación. (8 h)
La evaluación será continua, sistemática, integradora, formativa, criterios y tanto cualitativa como cuantitativa, se evaluarán competencias en relación a conocimientos teóricos y prácticos, procedimientos, actitudes, habilidades y destrezas. La misma se ajustará a estos criterios de evaluación:
a) Análisis crítico de la información para la realización de las tareas y/o investigaciones pendientes, ajustándose a lo pedido y buscando coherencia en la presentación del escrito.
b) Realización en tiempo y forma de los trabajos planteados por el docente, tanto para la resolución en clase o en casa, en forma individual o grupal.
c) Interpretación y análisis coherente de situaciones físicas presentadas, a fin de reconocer el modelo físico asociado e identificar correctamente los datos, las variables y las constantes.
d) Habilidad en el tratamiento matemático de la información, tanto en el manejo algebraico como en la lectura y construcción de gráficos.
e) Uso correcto de las unidades.
f) Destreza en el trabajo con las unidades, con la toma de conciencia de las condiciones de aplicación, superando la mecánica “aplicación de recetas”.
g) Claridad y precisión en la expresión oral y escrita al momento de argumentar para sostener ideas. h) Integración de conceptos.
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Ebiana Marey (2016)
HOJA DE FÓRMULAS
A medida que se van desarrollando los contenidos los alumnos irán preparando su hoja de fórmulas. En ella figurarán las expresiones matemáticas de los modelos físicos abordados y servirá como apoyo memorístico al momento de interpretar y resolver problemas. Puede incluir todos los consejos que uno mismo se daría después de reflexionar sobre lo que inicialmente no salió, y se lo logró con ayuda, puntualizando dónde estaba el error o la traba...
Se sugiere usar la hoja de fórmulas siempre en clase, incluso en las instancias de evaluación.
Frente a lo dicho, se destaca entonces, que al momento de evaluar se busca algo más que reemplazar datos en las fórmulas…
INFORMES
Son escritos en papel (preferentemente digitalizados) centrados en la búsqueda de la solución a una problemática propuesta por el docente, en las actividades de Bob, el escritor o Bob, el constructor. Puede estar vinculado a una situación experimental o a la búsqueda de profundización bibliográfica.
En ellos se comentan los desafíos, los hallazgos, los obstáculos a superar y las variantes de interpretación o uso.
No faltarán fotografías ni gráficos aclaratorios y se incluirá cualquier comentario que se considere pertinente... Deben tenerse en cuenta, las recomendaciones dadas para la elaboración de los informes académicos y no superar las 5 páginas de extensión.
El día de la entrega, si la hubiera, se traerá a la clase el artilugio terminado y se mostrará cómo funciona. Si el profesor, pidiera re-entregar, se presentarán oportunamente el trabajo original, en el que figuran las observaciones del docente y la nueva producción.
RECOMENDACIONES PARA ELABORAR
LOS INFORMES ACADÉMICOS
Los informes, son escritos de elaboración grupal o personal que ponen de manifiesto cómo se han trabajado los conceptos implícitos en el trabajo/actividad del que se derivan y, centrándose en ese hecho, responden la problemática en cuestión. Esto significa, que el encuadre teórico está limitado a lo necesario y no va más allá…
En su formulación se responden estas preguntas:
1) ¿Qué cuestión (problema) se abordó?
La respuesta está en la Introducción. En la misma se define específicamente la problemática y se presenta la información relevante para el desarrollo del trabajo. Omitir datos que no están relacionados con el tema, facilitados por el copiar y pegar.
2) ¿Cómo se estudió el problema?
Se lo desarrolla en la sección Métodos. En esta sección se comenta qué se realizó, con qué y cómo para llegar a la solución. La información se acompaña de fotografías, cuadros, dibujos, etc. que hacen referencia y amplían lo que se está comentando, es decir no son solo elementos decorativos.
Física Clásica y contemporánea 6º NAT Página4 de 61 Se los describe lo más claramente posible en la sección denominada Resultados. Recordar que una imagen vale mucho más que mil palabras, y que un buen epígrafe no debe ser ignorado.
4) ¿Qué significan esos resultados?
La interpretación de los resultados se presenta en el apartado llamado Discusión. Puede incluir cuestiones que llevan al lector a seguir pensando, presentando situaciones o preguntas, que según el autor todavía no se cerraron y necesitan de profundizaciones y avances.
Debe además contar con:
a) Portada del trabajo: Debe figurar la institución, el docente, el titulo del informe (Es un párrafo descriptivo que especifica lo que el lector encontrará al leer el trabajo), el/los autor/es y la fecha. b) Bibliografía
Para dar valor agregado al trabajo, es conveniente la consulta bibliográfica. La misma se cita según estas pautas.
Textos y revistas: Se citan ordenados alfabéticamente, respetando este modo: Autor (Apellido, nombre). Año de ediciónentre paréntesis. Nombre del libro (en negrita). Subtítulo del libro. Ciudad de edición, nombre de la editorial. Opcionalmente pueden incluirse las páginas o los capítulos consultados.
Por ejemplo: Beker, Joanne (2011) 50 cosas que hay que saber de física. Buenos Aires. Ariel. 1ª edición. Páginas 179 a 192.
Sitios web, se citan separados de los textos. Es necesario indicar el tema consultado, la dirección exacta de la página y la fecha de consulta. La lista se ordena alfabéticamente. Por ejemplo:
La pila de hidrógeno. http://www.youtube.com/watch?v=vQzh25xkgcc&feature=related Fecha de consulta: 10 de abril de 2013
Ítems que se considerarán para la evaluación del informe
Capacidad para abordar la problemática propuesta // Manejo de la información // Presentación // Expresión gráfica y escrita // Registro de evidencias y/o razonamientos efectuados // Interpretación creativa de resultados // Originalidad y personalización del informe // Coherencia // Entrega en fecha y forma // Desarrollo en 5 páginas a lo sumo.
Los alumnos conocerán el modo de preparación del informe (individual o en pequeños grupos, máximo 3 alumnos) al momento de acordar la fecha de entrega del mismo. Cuando se utilicen palabras de otros, deberá realizarse la cita bibliográfica correspondiente, indicando autor, año, fuente y página.
Los informes deben entregarse en el interior de un folio transparente, perfectamente identificado y con las hojas numeradas
SITIO WEB
Tener en cuenta que existe el sitio web específico de la cátedra en
https://sites.google.com/site/fisicainmaculada/home donde se publica material complementario y la vez revisado: lecturas recomendadas, artículos científicos específicos, aclaraciones, comentarios, etc.
Cuando la actividad, el artículo o el recurso mencionado en el cuadernillo
2) Cuerpo que cuelga de una soga. (
F
F
neta
0
v
0
)El cuerpo está en equilibrio porque no sube ni se cae. Esto quiere decir que la fuerza que ejerce la soga al tirar para arriba (Tensión) tiene que ser igual al peso del cuerpo tirando para abajo.
T - P = m a = m 0 = 0
3) Cuerpo que es elevado hacia arriba con aceleración a. (
F
F
neta
m
a
) En esta situación el cuerpo no está en equilibrio ni se mueve arapidez constante. La grúa, mediante la soga, lo está acelerando hacia arriba. Lo levanta con aceleración a.
El diagrama de cuerpo libre y la ecuación correspondiente son:
T
- P = m a
Cuidado!!! "Tensión de la soga − Peso = m . a " y no: " P − T= m . a ".
¿Por qué? Porque según la convención tomada en la ecuación de Newton, a las fuerzas que van en sentido de la aceleración se consideran positivas (Y no al revés).
Observar que la tensión de la soga tiene que ser mayor que el peso. Esto pasa porque el cuerpo va para arriba. Si fuera al revés ( P > T ) el cuerpo bajaría en lugar de subir.
4) Dos cuerpos unidos por una soga que son arrastrados por una fuerza F.
(
F
F
neta
m
a
)En este ejemplo hay 2 cuerpos, de manera que habrá dos
diagramas de cuerpo libre y dos ecuaciones de Newton. Cada cuerpo tendrá su ecuación.
Los diagramas y las ecuaciones son:
Ebiana Marey (2016)
¿Se puede levantar a una persona con ocho dedos?
Colocar las manos tipo pistola… Dar 4 vueltas y rápidamentecolocar las manos “tipo pistola” abajo de cada axila y de cada rodilla para levantar, todos a la vez, al que está sentado en la silla
¿Son necesarias las vueltas? ¿Por qué?
Determinación analítica de fuerzas
1) Pasar el elástico por la manija. Sostener al objeto por los dos
extremos del elástico, tomados por cada mano, de modo que ambos permanezcan verticales y hasta que los brazos se cansen. Prestar atención a la fuerza que hacen los brazos para sostener el objeto.
2) Abrir lentamente los brazos, lo más que se pueda, mientras se sigue sosteniendo el objeto y evitando que se eleve. ¿Qué sucede con la sensación de fuerza hecha por los brazos para sostenerlo? ¿Qué se observa en los elásticos?
3) El peso del objeto no ha variado... ¿Cómo se explica el cambio en la fuerza?
4) Sostener mediante el elástico al objeto pasado, tomando el extremo de cada elástico con una mano de modo que ambas estés nuevamente en posición vertical. Dejar fija una mano y abrir la otra lo más que se pueda, mientras se sigue sosteniendo el objeto y evitando que se eleve. Probarlo varias veces. ¿Dónde se ubica el objeto pesado? Intentar explicar las razones.
5) ¿Pueden, entre dos personas que tiran, en sentido contrarios, una de cada extremo, mantener sin combarse una soga ubicada horizontalmente de la que cuelga en su punto medio un objeto “pesado”? ¿Y un objeto liviano? Probarlo y después contestar.
6) Para pensar: ¿Qué fuerzas te sostienen al colgarte de una barra horizontal con los brazos verticales? Si separas los brazos, de modo que tengan una inclinación de 30º respecto de la vertical, los brazos hacen más fuerza. ¿Por qué?
7) Atar ahora el elástico al objeto para sostener al objeto desde un punto fijo. Entre dos personas intentar sostener el objeto de modo que los elásticos no se abran lo mismo respecto de la vertical. ¿Cuál de las personas hace más fuerza? ¿Cuál elástico? Puedes probarlo tocando el elástico como si fuera la cuerda de una guitarra.
8) En la situación anterior, ¿Cuál elástico ejerce una mayor fuerza vertical? ¿Y horizontal? ¿Cómo te das cuenta? Estimar el peso del objeto y los ángulos respecto de la vertical de cada elástico y buscar un camino analítico que permita determinar la fuerza que realiza cada persona al sostener no simétricamente el objeto pesado.
Para trabajar analíticamente con la fuerza resultante y reconocer que si
0
F
el cuerpo “podría” estar en equilibrio…
1) Los diagramas 1, 2 y 3 representan dos fuerzas actuando sobre un objeto. Los A, B y C muestran la resultante. Completar los pares ordenados correspondientes (Fuerzas actuantes; resultante)
(Fig 1; ) (Fig 2; ) (Fig 3; )
1 2 3 A B C
Materiales:
Objeto muy pesado con manija. 1,5 m de elástico.
2) Elegir la respuesta que corresponde a las componentes e intensidad de la fuerza representada componentes (3 N,-4 N); intensidad 5 N;
componentes (-4 N,3 N); intensidad 25 N componentes (-4 N,3 N); intensidad 5 N componentes (3 N,4 N); intensidad 5 N.
3) ¿La resultante de dos fuerzas de componentes (2 N,0 N) y (-3 N,1 N) es (-1 N,1 N) ?
4) ¿La resultante de estas dos fuerzas (5 N,-1 N) y (-3 N,1 N) tiene alguna componente nula?
5) Sobre un cuerpo actúan estas tres fuerzas (4 N,-1 N);(-1 N,2 N) y (-3 N,-1 N). ¿Está en equilibrio?
6) Para pensar:
a) Cuatro fuerzas actúan sobre un cuerpo, equilibrándose mutuamente.
Tres de ellas son:
F1 de 25 kg-f cuya dirección forma un ángulo de 90º
en sentido antihorario con +x
F2 de 45 kg-f cuya dirección forma un ángulo de 110º
en sentido antihorario con +x
F3 de 45 kg-f cuya dirección forma un ángulo de 210º
con +x en sentido horario con +x
¿Cuál es la intensidad y la dirección de F4?
b) ¿Los sistemas están en equilibrio? Fundamentar.
7) ¿Qué fuerza realiza la señora para desplazar al changuito en el que lleva un peso P? Utilizar la geometría de la foto para determinar las medidas de los ángulos si hicieran falta.
8) Cuándo una pajarito se posa en un cable, ¿el esfuerzo que aparece a causa de su peso cambia según el lugar en donde se ubique?
9) Tres cuerdas, situadas en un plano vertical, están fijas por un extremo a tres puntos diferentes sobre el techo. Los otros extremos están unidos en el nudo A,
de donde cuelga un peso P. Los ángulos formados por las cuerdas con la horizontal son, 35 , 100 y 160 , respectivamente. Las tensiones en las primeras dos cuerdas son de 100 kg-f y 75 kg-f. Calcular la tensión en la tercera cuerda y el peso P. Rtas: Aproximadamente 155 kg-f y 73 kg-f
10) Preparar el diagrama de cuerpo libre del estante. Explicar bajo cuáles condiciones permanece horizontal. Suponiendo un peso 1,2 kg-f para la tabla de acrílico, hallar la fuerza de cada tensor oblicuo. Para los ángulos, aprovechar la geometría del dibujo.
Rozamiento en planos inclinados...
Cuando un cuerpo está apoyado sobre un
plano inclinado
y
permanece quieto... ¿Qué fuerzas actúan? Mostrarlas en un
diagrama de cuerpo libre
15º 70º
100 g-f 4,5 g-f
95,5 g-f
36º
45 g-f 60 g-f
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1) La Normal3 se presenta sobre los cuerpos apoyados, tanto sobre superficies horizontales como inclinadas o verticales… ¿Hacia dónde es en cada caso?
2) ¿Por qué se requiere una fuerza menor para empujar un cuerpo hacia arriba por una rampa que para levantarlo verticalmente? Considerando la rampa con una pendiente de 20º y al rozamiento despreciable, determinar la intensidad de la mínima fuerza requerida para subir al bloque de 500 kg-f. ¿Y si el coeficiente de rozamiento vale 0,3?
3) Los vehículos, de media tonelada, están detenidos sobre rampas de cemento.
a) ¿En cuál de las situaciones se requiere una mayor fuerza de rozamiento? ¿Por qué?
b) Calcular el coeficiente de rozamiento entre las ruedas del vehículo y la rampa en ambas situaciones
4) ¿Qué detalles hay que corregir en el diagrama de cuerpo libre4? ¿Por qué?
5) El sistema presentado a la derecha, ¿desliza hacia alguno de los lados? ¿Por qué? (Suponer despreciable el rozamiento)
6) Una piedra resbala por un plano inclinado sin rozamiento.
a) Identificar las fuerzas que actúan sobre ella y trazar los vectores de fuerza adecuados.
b) Usando la regla del paralelogramo trazar la fuerza resultante sobre la piedra (Recordar que debe tener una dirección paralela a la del plano inclinado, coincidente con la dirección de la aceleración de la piedra).
c) Ahora la piedra está en reposo, interactuando con la superficie del plano inclinado y también con un bloque. a) Identificar todas las fuerzas que actúan sobre la piedra y trazar los vectores de fuerza adecuados. Recordar que la fuerza neta sobre la piedra debe ser nula.
Sugerencia 1: hay dos fuerzas normales sobre la piedra.
Sugerencia 2: asegurarse de que los vectores trazados representen fuerzas que actúan sobre la piedra, y no que representen fuerzas ejercida por la piedra sobre otros objetos.
7) Un cuerpo de 3 kg descansa sobre un plano inclinado. Lentamente se incrementa el ángulo de inclinación, hasta que el cuerpo comienza a deslizar cuando = 30º. Determinar el coeficiente de rozamiento estático a partir del valor de . Rta: =0,57
8) Determinar la velocidad con que llega a la base de la rampa el bloque de 300 g que se suelta desde una altura de 4m. ( dinámico = 0,05) Rta: 8,45 m/s
3
Normal en matemática significa perpendicular.
4
Desafío: Para que la persona se mantenga en esta posición,
¿alguno de los brazos hace más fuerza?
Equilibrio en una tabla
Parte A: Introducción
1) Colocar los dos matafuegos, uno de cada lado y quitar los soportes para que la tabla del tobogán permanezca horizontal. ¿Hay más de una posición? ¿Qué tienen en común todas las posibles?
2) Mantener en equilibrio el tacho de basura a 75 cm del centro de rotación con un matafuego del otro lado.
3) A 1 m del centro se apoya el tacho. ¿Se puede equilibrar con un matafuego?
4) Colocar dos matafuegos del mismo lado. Uno a 1 m del centro de rotación y otro a 25 cm del otro matafuegos. Equilibrar la varilla, colocando el tacho de basura del otro lado. Hay dos posibilidades. ¿Cuáles son?
5) A 1,75 m del centro de rotación se ubica un tacho. Probar que no puede equilibrarse colocando un único matafuego, pero si colocando dos.
Ebiana Marey (2016) Parte B: balanza de laboratorio
7) Pueden equilibrase una pilita de 4 pesas colocadas de un lado con dos grupos de pesas (2 pesas y otras 3) ubicadas en la otra semi-mitad de la tabla Buscar la distribución.
8) A 1 m del centro se colocan 10 kg. ¿Se puede equilibrar la balanza? ¿Cómo? Buscar varias alternativas.
9) Del mismo lado se apoyan la pesa de 10 kg, la de 15 kg y la de 20 kg. ¿Se puede equilibrar con la pesita que queda suelta?
10) ¿Qué puede decirse de los efectos rotatorios que produce una misma fuerza cuando se duplica su distancia al centro de rotación?
¿Y si se mantiene el lugar, pero se triplica el peso? ¿Y si el peso se reduce a la mitad? ¿Cómo expresarías simbólicamente estas situaciones?
11) Ya estás en condiciones de autoevaluarte… Puedes comenzar con el Juego. Probar con todos los niveles.
PHET: balancing-act_es(1).jar
La interacción con el phet anterior, permitió familiarizarse con los
efectos rotatorios, se vinculan con el concepto de momento rotor.
(5)Para aplicar lo aprendido
Con un palito de 40 cm de largo, un trozo de hilo y varios clips idénticos, podría improvisarse una balanza.
1) Se podría mantener en equilibrio un ganchito a 6 cm del centro de rotación con una cadena de dos clips del otro lado. ¿Dónde debe colocarse? ¿Y si fuera una cadenas de tres ganchitos?
2) Si se colgara una cadena de 4 ganchitos a 4 cm del centro de rotación y se equilibrara la varilla, colocando del otro lado:
a) una cadena de 2 ganchitos b) una cadena de 8 ganchitos ¿A qué distancia del centro de rotación debería estar suspendida cada cadena?
3) ¿Podrían equilibrase una cadena de 7 ganchitos con una de 4 ganchitos? ¿Existe más de una solución?
4) Si a 10 cm del centro se colgara una cadena de 5 clips. ¿Se podría equilibrar la balanza con una cadena de 25 clips? ¿Y con una de 2 clips? ¿Dónde deberían colgarse?
5) Si del mismo lado de la balanza se colgaran dos cadenas, una de 4 clips a 8 cm y otra de 2 clips a 4 cm.
a) ¿Dónde debería colgarse una cadena de 8 clips para mantener la varilla horizontal?
b) ¿Cuántos ganchitos habría que colocar a 8 cm del centro de rotación?
c) ¿Y cuántos a 10 cm del centro de rotación? d) Y a 12 cm, ¿se puede?
(5)
6) El clip pequeño está en el extremo, el grande a un tercio de la distancia. ¿Qué relación hay entre los pesos de los objetos? ¿Por qué?
7) La última de las situaciones permite interpretar el funcionamiento de una balanza romana. Si la pesa es de 250 g, ¿qué peso máximo puede medir la que se presenta en la foto? ¿Por qué?
Armar un mini-árbol en miniatura que tenga las ramas tal como el de la
fotografía, ubicado en Obligado esquina Ing. White en Temperley y que
permanezca de pie al colocarlo sobre la mesa.
¿Cuál es la diferencia entre fuerza y momento rotor?
Materiales: Una regla o palo de 1 metro, una bolsa plástica con manijas, un paquete de azúcar de 1 kg
A veces el momento rotor y la fuerza se confunden… Pero no son exactamente iguales. Sus diferencias serán evidentes en esta actividad.
1) Colocar el paquete de azúcar en la bolsa
2) Sostener firmemente, rodeando con una de las manos, y por uno de los extremos, a la regla o el palo, de modo que el dedo índice de esa mano quede a unos 7 cm del borde. Mientras la regla o palo está en posición horizontal, hacerlos girar, alrededor del dedo índice, haciendo fuerza con la
misma mano de tal manera que el otro extremo suba y baje. Observar qué tan difícil o fácil es subir y bajar el extremo libre.
3) Mientras la regla se sigue sosteniendo del mismo modo, colgar la bolsa con el paquete de azúcar a unos 15 cm del dedo índice que hace de punto de pivote. Hacer fuerza con esa misma mano para que el extremo libre de la regla suba y baje. Repetir este procedimiento con la bolsa a 40 cm, 60 cm, 80 cm y 95 cm del pivote.
Para reflexionar
1) ¿Es más fácil o más difícil girar la regla a medida que la masa se aleja del centro de rotación?
2) ¿Aumenta el peso de la bolsa cuando la alejas del centro de rotación (dedo índice de la mano)?
Ebiana Marey (2016)
Intentar unir los dedos índices que sostienen horizontalmente el palo de un escobillón o una escoba con palo... ¿Qué ocurre con cada dedo? ¿Dónde se unen? ¿Por qué?
Cuatro voluntarios por favor
Se disponen las sillas en los vértices de un imaginario cuadrado, con los respaldos hacia fuera, de modo que cuatro personas quepan sentadas de costado, tan cerca, que luego, al recostarse, sus espaldas descansen en las rodillas del vecino. Los voluntarios deben tener las plantas de los pies bien firmes sobre el suelo, las piernas en 90 grados y levantar los brazos al momento de acostarse en el regazo de su compañero. Los brazos del medio deben tomarse y los de afuera colocarse al costado del cuerpo.
De a uno por vez, se retiran las 4 sillas. Si fuera necesario se pide que levanten un `poquito la cola al momento de sacar la silla.
¿Por qué se consigue el equilibrio?
Para sostenernos, ¿los pies hacen más fuerza que cuando estamos de pie?
¿Puede hacerse con 5, 6, 7 personas?
Situaciones para pensar
1) Una de las dos situaciones (A o B) es físicamente imposible. ¿Cuál? ¿Por qué?
2) Determinar cuáles de las reglas apoyadas en sus puntos medios y cargadas con monedas, están o no en equilibrio.
3) La distancia entre la mano y la articulación del codo de una persona es de 45 cm. El músculo bíceps se une al brazo en un punto situado a unos 5 cm del codo.
Si una persona sostiene en su mano una masa de 20 kg, de tal manera que se forma un ángulo de 90º, ¿qué fuerza está haciendo el bíceps? Calcular también el momento ejercido por dicho músculo.
4) Analizar el chiste de VIUTI que se presenta a la derecha, buscando las situaciones físicas que explican lo que se ve en el primer cuadro y lo representado en el segundo.
5) El señor de esta segunda pareja pesa 105 kg-f, ¿cuánto pesa la señora?
6) ¿En cuál de las situaciones el momento rotor es el máximo? ¿Por qué? Para responder, dibujar el brazo de palanca en las seis situaciones.
7) Cada caja del semáforo “pesa” 10 kg. La distancia entre las cajas es de 1 m. El momento neto producido por las dos cajas es de 70 kg.m. Calcular la distancia existente entre cada caja y el centro de giro “o”.
8) Un fuerte viento, produce una deformación del semáforo, de manera que el travesaño horizontal queda inclinado. ¿Cuánto vale el momento neto producido por las cajas del semáforo? Rta: 60,5 kg-f.m
9) Una tabla de peso despreciable de 1,5 m de longitud se encuentra apoyada sobre dos soportes como se muestra en la figura. Sí se coloca una caja de peso 12 kg-f en la posición indicada, hallar la fuerza que realiza cada soporte. Rta: 9,6 kg-f y 2,4 kg-f
10) Repetir el problema anterior pero considerando que la tabla pesa 40 N.
11) Dos niños de 25 kg-f y 40 kg-f se sientan en un sube y baja de 3 m de longitud. Si uno de ellos se sienta en un extremo, ¿Dónde se deberá sentar el otro para equilibrarlo?
12) Dónde habrá que colocar el punto de apoyo en la palanca AB (de peso despreciable) de la figura, si se desea levantar una piedra de peso 225 kg-f aplicando en el extremo A una fuerza de 25 kg-f. Rta: a 20 cm del extremo B
13) Dos trabajadores Pablo y José transportan una piedra de 120 kg, suspendida de una barra de 2 m de longitud y de peso despreciable, que llevan a
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14) Considerando el ejemplo anterior calcular los esfuerzos que realizan cada uno de ellos si el paquete que transportan se encuentra colgando a 30 cm por delante de Pablo.
15) Indicar si las proposiciones son verdaderas o falsas:
F = 0 es suficiente para que exista el equilibrio estático.
F = 0 es necesario para que exista el equilibrio estático.
En equilibrio estático, el momento resultante respecto a cualquier punto es nulo, Para que un objeto esté en equilibrio estático es necesario que sobre él no actúe ninguna fuerza.
16) ¿Qué información importante brinda la figura ilustrativa6?
17) Hallar el esfuerzo mínimo F que se debe realizar para mover un paquete de 80 kg-f en los siguientes casos:
6
18) ¿Con qué ventaja se cuenta al hacer la fuerza en la situación D en relación con la B? ¿Y en la situación D en comparación con la C? ¿Y en la B respecto de la A?
Rtas:FA = 80 kg-f FB = 40 kg-f FD = 40 kg-f
FC>440 kg-f pero no puede determinarse porque faltan datos
19) Hallar el esfuerzo que realiza la cuerda que sostiene la barra homogénea de longitud AB = 4 m y peso despreciable si se cuelga en cada caso un paquete de peso 90 kg-f. Rtas: a) Ten B = 41,5 7 kg-f Ten C =
65 kg-f.
20) Explicar por qué el tratamiento con las fuerzas es el mismo para un malakate o trono que para una polea fija. ¿Qué ventaja tiene el torno con respecto a la cuerda?
¿El reel de pesca es un torno?
21) Para elevar del pozo de un aljibe un balde, se utiliza un torno como se muestra en la figura. La manivela de longitud L se encuentra solidaria al cilindro de radio r. La cuerda que se enrosca en dicho cilindro sostiene al balde de peso P.
a) ¿Qué fuerza mínima de módulo constante se deberá aplicar, perpendicular a la manivela, para elevar dicho balde?
b) ¿Qué trabajo se deberá ejercer para elevar el balde 4 m?
Ebiana Marey (2016)
UNIDAD 4:
La predicción de los movimientos
.
Movimientos a velocidad constante
Si no hay fuerzas aplicadas sobre un móvil y se está moviendo, lo hace a velocidad constante…
Se mueve en línea recta, esto significa que no dobla, pues no cambia la dirección ni el sentido de la velocidad y a su vez el “rapidómetro” indicaría siempre el mismo valor!!!
Los físicos suelen construir gráficos que muestren valores de la velocidad a lo largo del tiempo. Aquí se presentan tres gráficos de velocidad en función del tiempo, llamados v(t) (Se lee “ve de te”)
1) Con las unidades correspondientes calcular el área bajo la curva del v(t), que coincide con la porción rayada. ¿En qué unidad da el resultado? ¿Qué representa? ¿Cómo se interpreta un valor negativo?
2) ¿Cuál móvil recorrió más cuadras? 3) ¿Alguno terminó en el lugar de partida? ¿Por qué?
4) ¿Alguno de ellos retrocedió y luego avanzó?
5) Estos otros v(t) corresponden a movimientos con rapidez variable. ¿Cómo te das cuenta?
6) ¿En qué momentos los móviles están frenando? ¿Se acercan o alejan del observador?
Del v(t) a las ecuaciones horarias del MRU y del MRUV Una puede considerarse un caso particular de la otra. ¿Por qué?
Movimientos con rapidez variable…
1) En un único gráficos v(t) representar los tres movimientos que se detallan. Analizar las situaciones y determinar cuál es el vehículo que se desplaza más.
¿Las respuestas son correctas?
El movimiento de ida de otro vehículo que marcha a 100 km/h al momento de comenzar a estudiarlo (t=0s), pero que va frenando paulatinamente durante 20 segundos.
El movimiento de un vehículo que arranca acelerando constantemente, de modo que a los 15 segundos se mueve a 150 km/h y que en los siguientes 5 segundos, frena, de modo que cuando el reloj señala 20 segundos está detenido.
2) Un auto (750 kg) marcha a 100 km/h y va acelerando progresivamente de modo que diez segundos más tarde el rapidómetro indica 140 km/h. ¿Cuánto metros se ha desplazado en el tiempo que duró la acelerada? ¿Qué fuerza media es la responsable de esa acelerada?
3) ¿Cuál de los gráficos muestra una mayor frenada? ¿Por qué? ¿Cuántas cuadras recorrió cada vehículo? Rtas: Casi 2 y 14 cuadras.
a) Suponiendo que el primer vehículo era un auto de 800 kg y que el segundo una camioneta de 3 tn, ¿qué fuerza frenó a cada móvil?
4) Un auto tiene una aceleración constante de 3 km/h en cada segundo. ¿Al minuto de la partida que velocidad lleva? ¿Cuántos kilómetros ha recorrido? Analizar si el enunciado tiene implícito la expresión matemática de la aceleración. Rta: Aproxim.180 km/h y 15 cuadras.
5) Un auto marcha a 72 km/h y empieza a frenar a ritmo constante a razón de 10 m/s/s (usualmente se lo escribe m/s2). ¿Cuántos segundos necesita para quedar detenido por completo? ¿Cuánto avanza en la frenada? Rtas: 2 seg y 20 m.
6) Un Boeing 747-400 parte del reposo con aceleración constante y carretea 1000 m por la pista, durante 30 segundos, hasta despegar. ¿Con qué velocidad abandona la pista? Construir el v(t)
a) Ese Boeing, cargado a pleno para un viaje de largo alcance, llega a las 397 toneladas. ¿Qué fuerza neta se realiza sobre el avión al despegar? Rtas:240 km/h; 882222 N
Unas preguntas... Se responden primero y solo después se corroboran!!
1) Dos botellas iguales, una vacía y otra llena de agua se tiran desde lo alto de un edificio. ¿Cuál llega antes al suelo?
2) ¿Qué cae antes, una moneda o una pila de 10 monedas?
3) ¿Cómo puede hacerse caer un libro y un papel de modo que ambos lleguen al suelo al mismo tiempo?
4) El experimento consiste en tomar una lata de tomate o una botella plástica, sin tapa y vacía. Hacerle un agujero en el fondo con un clavo y llenarla de agua. Naturalmente el agua comenzará a escaparse por el agujero.
Si al recipiente se lo suelta antes de que se vacíe por completo y se observa la salida de agua por el agujero, ¿qué ocurre durante la caída?
a) Deja de salir agua de la lata
b) Sale más rápido que antes
c) Sale más despacio que antes
100
10 t(s) v(
h km)
5 t(s) v(
h km)
Ebiana Marey (2016)
Caída de dos bolitas diferentes
En la fotografía sacada usando destellos estroboscópicos de un flash disparado cada 1/30 segundos, se ven caer dos bolitas de diferente tamaño. Las mismas fueron liberadas en un tubo hermético al alto vacío desde una altura determinada. Los números naturales de las regletas de los bordes corresponden centímetros.
1) ¿Alguna bolita llega antes al suelo? ¿Cómo lo reconoces? 2) ¿Durante cuánto tiempo se fotografió la caída de las bolitas? 3) Suponiendo al observador en el lugar de lanzamiento de las bolitas y tomando t0 = 0 seg, determinar para una de las bolitas:
la posición leyendo las regletas auxiliares y el instante de tiempo, evaluando los destellos del flash.
Para reducir los errores se sugiere medir siempre desde el mismo punto de cada esfera, el mínimo por ejemplo y registrar el tiempo en función de 1/30 segundos.
Medición Nº x (cm)
t (seg)
4) En la columna libre, anotar t2 (seg2) y completarla.
5) Usando una escala adecuada, preparar dos gráficos: x en función de t y x en función de t2. Si se copian los datos medidos en una planilla de Excel, este programa realizará los gráficos.
Pedir dispersión de puntos XY
Caída de cuerpos y tiro vertical
1) A Juan se le escapa el vaso de vidrio que tiene en la mano, en la terraza de la torre Taipei, en Taiwán, a 508 m de altura. ¿Cuánto tiempo tiene que esperar Juan para estar seguro de que le vaso no lastimó a nadie? ¿Con que velocidad impactaría en el piso? Rta: Casi 100 m/s en 10 s.
2) ¿Con qué rapidez debería impulsarse una piedra para que llegue hasta el 10° piso de un edificio?
¿Cuánto demora en subir? (hpiso= 3m) Rta: 24,6 m/s
3) Un cuerpo que desciende en caída libre, pasa por los puntos A y B de su trayectoria con velocidades vA = 20m/s y vB = 50m/s. Hallar la distancia AB. Rta: Aprox 105 m
Antes de seguir
1) Cuando el “velocímetro” de un auto indica 140 km/h, el conductor ve que los vehículos que van dos cuadras mas adelante, frenan. Si para detener al vehículo. desde esa velocidad son necesarios 11 segundos. ¿Choca con los autos detenidos? Sugerencia: Calcular los metros recorridos para detenerse y compararlos con las dos cuadras.
2) En el problema anterior,
a) ¿Dónde se ubicó el observador? Determinar los signos de la velocidad y los de la aceleración.
b) Verificar que coincidan con los usados para el cálculo.
c) Construir el x(t) y el v(t)
3) Para resolver el problema anterior, un alumno planteó y resolvió lo siguiente:
Analizando el problema desde el momento en que empieza a frenar resulta:
2 11s s m 9,8 11s h km 140 0m 200km 2 2 ¿Cuál es el dato erróneo? ¿Por qué está mal?
4) Otro alumno planteó lo siguiente:
2 11s h km 140 0 11s h km 0 0m 200km
¿Cuál es el dato erróneo? ¿Por qué está mal?
5) Una cañita voladora se eleva verticalmente 150 metros... Desde esa altura, comienza a caer nuevamente. ¿Qué velocidad la impulsó hacia arriba? ¿Cuánto tiempo estuvo ascendiendo?
a) Sabiendo que se detiene un instante y comienza a caer... ¿es necesario un nuevo cálculo? Fundamentar.
b) Construir el x(t), el v(t) y el a(t) de la subida y de la bajada analizando el movimiento desde el suelo.
Movimientos en dos dimensiones
Juan maneja una avioneta y deja caer un paquete. Explica cómo ven moverse el paquete los pasajeros de la avioneta y cómo las personas que están en tierra esperando el paquete…
El profesor anotó:
Bien el planteo de signos
pero mal un dato.
La corrección fue:
Ebiana Marey (2016)
Tiro Parabólico
(Introducción multimedia)
1) Una bala se dispara con un tiro horizontal a una rapidez de 300 m/s. El blanco que está 20 metros adelante. Es un disco de 30 cm de radio que tiene su centro 10 cm por debajo de la línea de lanzamiento. ¿Impacta?
2) Un nadador se tira desde un acantilado con un tiro horizontal en dirección al mar. El acantilado tiene una altura de 60 m y el hombre parte con una rapidez de 10 m/s. ¿A qué distancia del acantilado cae? ¿Con qué ángulo penetra en el agua? Rta: 35 m; 73º con la sup. del agua
3) Un avión de combate vuela a 1 mach (340 m/s) en dirección al blanco que debe bombardear. Lo hace a una altitud de 350 m para evitar ser alcanzado por el fuego enemigo. ¿Cuántos metros antes de sobrevolar el blanco debe dejar caer las bombas? Rta: Aprox 2,8 km
4) Se lanza una piedra directamente hacia arriba a 100 m/s. ¿Cuál es la rapidez en el instante en que alcanza el punto más alto de su trayectoria? Determinar a qué altura está. Rta: 0 m/s; 510m
5) Otra piedra se lanza con la misma velocidad (100 m/s) y con un ángulo de 40º en sentido antihorario respecto de la horizontal. ¿Qué rapidez tiene al alcanzar el punto más alto de la trayectoria? ¿A qué altura está? ¿Qué rapidez tiene al volver al suelo ? Rta: 76,6 m/s; 210 m;100 m/s
Arrojando un bollito de papel
Materiales: Cinta métrica, calculadora, bollito de papel. Prohibido usar reloj.
La experiencia consiste en arrojar con un tiro parabólico un bollito de papel una sola vez y para ese tiro medir la altura máxima y el alcance. Ponerse de acuerdo en quien será el responsable de cada medición porque el movimiento sucede muy rápido. Preparar un dibujo con los datos y determinar cuál fue, en km/h, la velocidad del lanzamiento7 del bollito de papel. `
6) Juan patea una pelota para devolverla. Quiere que traspase la pared de 6 metros de altura ubicada a 30 metros de él. Al patearla la pelota adquiere una rapidez de 24 m/s mientras forma un ángulo de 28º con respecto al suelo. ¿Encuentra la pared en la subida o en la bajada? ¿Pasa? Rta: En la bajada. Le sobran más de 10 cm.
7) Unos jóvenes están practicando acrobacias con las bicicletas para saltar obstáculos usando rampas. Se lanzarán a 36 km/h y horizontalmente se desplazarán 10,18 m durante cada vuelo que dura 1 segundo con 44 centésimas. ¿Qué ángulo debe formar la rampa con el piso para lograrlo? ¿Cuánto se elevaran como máximo del suelo? Rta: 45º y 2,55 m
8) Un jugador de fútbol ejecuta un tiro libre, lanzando la pelota con un ángulo de 30º con la horizontal y a una velocidad de 20m/s. Un segundo después, otro jugador corre para alcanzar la pelota a velocidad constante, de unos 20 metros más adelante de la posición de tiro libre. Calcular con qué velocidad debe correr para alcanzar la pelota cuando esta llegue al suelo. Despreciar, como siempre la fricción del aire. Rta: 51,84 km/h.
¿Qué dice la teoría especial
de la relatividad?
El CD interactivo permitirá
que te enteres...
7 La velocidad de lanzamiento es un vector. La rapidez es la suma vectorial de la velocidad horizontal y vertical. La dirección queda
determinada al indicar el ángulo que forma con la horizontal.
Un par de boleadoras
Describir y caracterizar el movimiento de las boleadoras...
Movimiento Circular
1)
2) Explicar por qué es correcto el siguiente párrafo: “El movimiento de un cuerpo que, al correr sobre una pista a 100 km/h, debe girar manteniendo siempre la misma rapidez, se llama acelerado”.
3) ¿Cuál es la fórmula que se usa para calcular la velocidad angular? ¿En qué unidad da el resultado?
4) Cinco personas por cada fila, componen la columna de un gran desfile. Cada fila da ¼ de vuelta en 10 segundos cuando llegan a una esquina.
Completar la tabla:
Señor Ángulo girado
t (en s)
x (en m)
vlineal
(en )
vangular
(en ) A
B C D E
5) Determinar la velocidad angular y lineal de la Luna, en su vuelta alrededor de la Tierra. Tarda 29 días y está a 380.000 kilómetros de la Tierra. Rta: 952 m/s
6) En cada segundo, el láser lector de un CD explora un tramo de 1.3 metros de longitud. La información está alineada en una espiral que nace en el centro del CD. ¿Es constante la velocidad lineal o la angular? Rta: La lineal
7) Una calesita da 4 ¾ vueltas en el tiempo que dura la canción EL REINO DEL REVÉS (2 minutos 38 segundos). Determinar la velocidad angular y la velocidad lineal en los barrales y en el centro, si se sabe que el diámetro de la calesita es 6,5 m. Rta: 1,8 rpm; 0,61 m/s y 0 m/s
8) Un auto tiene ruedas de 50 cm de diámetro y marcha a 100 km/h. Determinar la velocidad angular en r.p.m. Las ruedas de otro auto que también se mueve 100 km/h son más grandes. ¿La velocidad angular es igual, mayor o menor? Fundamentar. Rta: 1030 rpm
9) Una bici tiene rodado 26. Con esto se informa que el diámetro de la llanta es de 26 pulgadas. Considerando que la goma agrega unos 10 cm más al diámetro neto de la rueda y que la bici hace 2 cuadras en 3 minutos, determinar: la velocidad angular y la velocidad lineal en un punto cualquiera de la periferia de la rueda. 1 pulgada = 2,54 cm. Rta: 1 m/s y 28 rpm
10) Los movimientos circulares `puede ocurrir a rapidez constante a variable, sin embargo sobre ellos siempre existirá la aceleración centrípeta. ¿Cómo se calcula? Averiguarlo.
11) ¿Qué fuerzas actúan sobre el agua en un balde que gira en un plano vertical alrededor del brazo? Evaluarlas en los diferentes puntos de la trayectoria. ¿Cae el agua?
Expresan velocidades.
Rapidez
r.p.m.
Una es la velocidad lineal. La otra, la angular.
¿Cuál es cuál?
¿Por qué?
50 cm 50 cm 50 cm 50 cm
A B C D E
Ebiana Marey (2016)
F
t = F
t=
F
t
UNIDAD 5:
.
Leyes de conservación
¿Por qué duele mucho el pelotazo de una pelota de vóley que te pega cuando estás distraído y no tanto, cuando esperas la pelota para devolverla?
Lo explica la física con la idea de impulso, a la que puede llegarse desde la 2ª ley de Newton.
a
m
F
puede escribirset
v
m
F
Reacomodando, resultaF
t
m
v
Al término
F
t
se lo llama impulso y am
v
se lo conoce como variación de la cantidad de movimiento, un poco más adelante entenderás por qué.El impulso depende de la masa del objeto y de la diferencia entre la velocidad final y la inicial, que puede suceder muy rápido o muy lentamente…
Dependiendo de ese tiempo, la fuerza del impacto será grande o pequeña y consecuentemente el dolor que sentimos.
Para reflexionar
1) ¿Qué se entiende por impulso en el campo de la física?
2) Si por un instante empujas con tu mano una pared, ¿le estas dando un impulso? ¿Cambia la cantidad de movimiento de la pared? Justificar las respuestas.
3) Un auto de 850 kg consigue acelerar de 0 a 100 km/h en 5 décimas de segundo. ¿Qué fuerza neta se aplicó sobre el vehículo?
4) ¿Qué fuerza hay que realizar sobre una locomotora de 3 toneladas, detenida en la estación, para que al cabo de 200 m se mueva a 90 km/h?
5) Una pelota de tenis (55 gramos de masa) se mueve con una velocidad de 8 m/s cuando golpea frontalmente con una raqueta, con la que interactúa durante dos centésimas de segundo. La raqueta la obliga a rebotar y se despega del encordado con una velocidad de 6 m/s.
a) Suponiendo que el tiempo de frenado de la pelota es el mismo que el de la aceleración ¿Con qué fuerza impacta la pelota? ¿Y cuál le devuelve el encordado?
b) Si la interacción pelota-encordado durase el doble de tiempo, ¿las fuerzas aumentan o se reducen?
6) Un paquete de arroz de 1 kg objeto se cae desde los 5 m de altura. ¿Con qué fuerza impacta sobre el suelo? Si en el rebote asciende 6 cm, ¿qué fuerza recibió por parte del piso? Tener en cuenta que el contacto con el suelo dura 3 céntimas de segundo, correspondiendo un 50% a la frenada y el restante a la acelerada
8) Supongamos que ubicamos a un lanzador de bala sobre una plataforma especial que permite medir el instante y la intensidad de las fuerzas horizontales que se ejercen contra ella durante la ejecución de un lanzamiento. Las mediciones halladas, se vuelcan a un grafico8. Resultan positivas las fuerzas que tienen la dirección del lanzamiento, y negativas en caso contrario.
El área de la curva de este gráfico, corresponde al impulso.
a) Las unidades lo confirman. ¿Por qué?
b) En función de lo dicho, ¿cómo se determina ese impulso?
c) Sabiendo que el peso de la bala es de 7,260 kg para los hombres9, ¿con qué velocidad sale impulsada la bala? ¿Por qué es correcto decir que se impulsa a la bala?
Investigación bibliográfica sobre choque
1) ¿Qué entienden los físicos por choque?
2) ¿Coincide con la idea cotidiana de choque? Fundamentar.
3) Tomar nota de las consideraciones teóricas que hay que hacer para resolver un problema de choque.
4) Proponer un ejemplo para cada tipo de choque.
5) Para caracterizar la elasticidad de un choque entre dos masas se define
un coeficiente de restitución que compara la velocidad relativa del cuerpo 2 respecto del cuerpo 1 después de la colisión con la correspondiente velocidad relativa antes de la colisión. ¿Por qué es cero para un choque plástico? ¿Cómo se interpreta un coeficiente igual a 1?
6) ¿Por qué es un choque el hecho de que la pelota se frene sobre la cara de un jugador de futbol?
7) ¿Cómo se justifica la conservación de la cantidad de movimiento en estos tres choques?
8
Ebiana Marey (2016)
En el artilugio de Newton, pueden verse las leyes del choque. Analizar por qué
Trabajo analítico con choque
1) Un bloque de masa mA se desplaza sobre un plano horizontal sin rozamiento de izquierda a
derecha con una velocidad vA. En igual dirección pero con sentido contrario se desplaza otro bloque
B de masa mB = 4 mA y velocidad vB = vA/4. Si se produce un choque un choque plástico entre ambos
bloques, la pérdida de energía cinética del sistema será:
a) 0% b) 25% c) 50% d) 60% e) 80% f) 100%.
2) Una granada, inicialmente en reposo, estalla en dos fragmentos de distintos tamaños y masas. Entonces las cantidades de movimiento de cada uno de ellos son:
a) iguales en módulo y dirección b) iguales en dirección y sentido
c) de igual sentido d) cero ambas
e) no guardan ninguna relación f) cero una de ellas y la otra distinta de cero.
3) Un bloque de 2 kg se desplaza sobre un plano horizontal sin rozamiento con 5 m/s y choca plásticamente con otro bloque de 3 kg que estaba en reposo. La variación de energía cinética del sistema es:
a) -15J b) -20J c) -25J d) -30J e) -35J f) -40J
4) Una masa de 2 kg en reposo que contiene una pequeña carga explosiva de masa despreciable se desintegra en tres fragmentos. Dos de ellos tienen masas idénticas de 0,50 kg cada uno; el tercero tiene una masa de 1,00 kg. Las velocidades de los fragmentos de 0,50 kg forman un ángulo de 60° entre sí y la magnitud de dichas velocidades es de 100 m/s.
Entonces el módulo de la velocidad del fragmento de 1,00 kg será:
a) v3 = 6,6 m/s b) v3 = 86,6 m/s c) v3 = 50,5 m/s
d) v3 = 22,2 m/s e) v3 = 70,1 m/s f) v3 = 100 m/s
5) Se recubre el borde de dos discos idénticos de hockey sobre hielo de 100 gramos con una cinta Velcro®, de modo que los dos discos se adhieran al chocar. Inicialmente el disco 1 tiene una velocidad de 8 m/s en la dirección de las x positivas, y el disco 2 tiene una velocidad de 10 m/s formando un ángulo de 120° respecto a la dirección de las x positivas. Los dos discos chocan y se pegan. ¿Qué fracción de la energía cinética total inicial no se disipa en la colisión?
a) 25% b) 40% c) 75% d) 99% e) 53% f) 9%
6) En un choque frontal perfectamente elástico con una masa en reposo, la masa incidente retrocede hacia atrás con una velocidad mitad de su velocidad incidente. La razón m2/m2 de sus masas es:
a) 1/3 b) 1 c) 1/6 d) 1/2 e) 1/4 f) 1/5
¿Qué es el infrarrojo?
El infrarrojo es un tipo de radiación que no podemos ver con nuestros ojos. Nos muestra cuánta energía térmica tiene alguna cosa y nos da información sobre la temperatura de un objeto. Todas las cosas tienen algo de energía térmica e irradian luz infrarroja. Incluso las cosas que nosotros pensamos que son muy frías, como un cubo de hielo.
En las fotografías infrarrojas,
Choques en el fútbol y Fuegos artificiales.
“en colores falsos” para que nuestros ojos las vean, revelan la radiación emitida por los cuerpos. La emisión más brillante o de color rojo, cuando la termografía es en color, proviene de las áreas más calientes, mientras que las zonas frías, que casi no produce emisión, se ven oscuras.
¿Cómo es la vida a través de la RIR?
What Your Life Looks Like In Thermal
Observar a ojo desnudo el emisor de un control remoto mientras funciona. Fotografiar y filmar al emisor cuando está emitiendo. ¿Fotografiamos lo que vemos?
¿Cómo se cuantifica la radiación infrarroja?
Young, H. y Freedman, R. (2009) Sears - Zemansky. Física Universitaria. Addison-Wesley. México. Volumen 1. Páginas 696 y 597. (Adaptación)
Todos hemos sentido el calor de la radiación solar y el intenso calor de un asador de carbón, o las brasas de una chimenea. Casi todo el calor de estos cuerpos tan calientes no nos llega por conducción ni por convección en el aire intermedio, sino por radiación. Existiría esta transferencia de energía aunque sólo hubiera vacío entre nosotros y la fuente de calor.
Todo cuerpo, a cualquier temperatura, emite energía en forma de radiación electromagnética. A temperaturas ordinarias, digamos 20 °C, casi toda la energía corresponde a ondas del infrarrojo. Al aumentar la temperatura, la energía irradiada resulta de mayor frecuencia. A 800 °C, un cuerpo emite suficiente radiación visible para convertirse en objeto luminoso “al rojo vivo”, aunque aun a esta temperatura la mayoría de la energía se transporte en ondas de infrarrojo. A 3000 °C, la temperatura de un filamento de bombilla incandescente, la radiación contiene suficiente luz visible como para que el cuerpo se vea “al rojo blanco”.
La tasa de radiación de energía de una superficie es proporcional a su área superficial A, y aumenta rápidamente con la temperatura, según la cuarta potencia de la temperatura absoluta (estos significa medida en Kelvin).
La cantidad de energía radiada también depende de la naturaleza de la superficie; esta dependencia se describe con una cantidad e llamada emisividad: un número adimensional entre 0 y 1 que representa la relación entre la tasa de radiación de una superficie dada y la de un área igual de una superficie radiante ideal a la misma temperatura. La emisividad e suele ser mayor para superficies oscuras que claras.
La cantidad de energía por unidad de tiempo, H, debida a radiación de un área superficial A
con emisividad e a la temperatura absoluta T se puede determinar:
siendo es la constante física fundamental llamada constante de Stefan-Boltzmann.
La relación se llama ley de Stefan-Boltzmann en honor de sus descubridores de finales del siglo XIX. El mejor valor numérico actual de es
Radiación y absorción
Si bien un cuerpo a temperatura T está radiando, su entorno a temperatura Te también lo hace, y el
cuerpo absorbe parte de esta radiación. Si el cuerpo está en equilibrio térmico con su entorno, T = Te
y las tasas de radiación y absorción resultan iguales.
Ebiana Marey (2016)
En esta ecuación, se nota que, la corriente de energía transferida depende de la diferencia de temperatura entre dos cuerpos. A su vez, un valor positivo de H implica salida neta de energía del cuerpo. Esto significa que el cuerpo se enfría. Por el contrario un valor negativo explica que el cuerpo se calienta. ¿Cómo se interpreta este hecho analizando la expresión de la ecuación?
Para pensar:
Calcular la energía “perdida” por radiación cuando una persona está esperando el colectivo, si tiene cubierto todo el cuerpo menos la cara. Tener en cuenta que la emisividad del cuerpo es muy cercana a la unidad, sea cual fuere la pigmentación de la piel, que la espera se prolonga por 15 minutos, que la temperatura de la cara es 34 ºC y que la del ambiente 5ºC. ¿El tamaño de la cara? Determinarlo proyectando la tuya sobre una hoja cuadriculada.
Aplicaciones de la radiación
La transferencia de calor por radiación es importante en algunos lugares sorprendentes. Un bebé prematuro en una incubadora se puede enfriar peligrosamente por radiación, cuando las paredes de la incubadora están frías, aunque el aire de la incubadora esté tibio. Algunas incubadoras regulan la temperatura del aire midiendo la temperatura de la piel del bebé.
Un cuerpo que es buen absorbedor debe ser buen emisor. Un radiador ideal, con emisividad de 1, también es un absorbedor ideal, y absorbe toda la radiación que incide en él. Tal superficie ideal se denomina cuerpo negro ideal o simplemente cuerpo negro. En cambio, un reflector ideal, que no absorbe radiación, también es un radiador muy poco eficaz.
A esto se debe el recubrimiento plateado de las botellas de vacío (“termos”) inventadas por Sir James Dewar (1842-1923). Dichas botellas tienen doble pared de vidrio, y se extrae el aire del espacio entre las paredes; esto elimina casi toda la transferencia de calor por conducción y convección. El plateado de las paredes refleja casi toda la radiación del contenido de nuevo al recipiente, y la pared en sí es muy mal emisor. Por ello, el termo puede mantener agua caliente durante varias horas. El frasco Dewar, empleado para almacenar gases licuados muy fríos, se basa exactamente en el mismo principio.
Para pensar:
1) ¿Por qué motivo te mueres de calor cuando caminas en verano con una remera negra?
2) Puestos al sol dos remeras idénticas, una blanca y otra negra bien mojadas… ¿cuál se secará más rápido? ¿Por qué?
3) ¿Por qué te quemas igual en la playa aunque estés todo el tiempo debajo de la sombrilla?
4) Los envases de telgopor de los helados y la mayoría de las heladeras tradicionales son blancos mientras que son negras las paredes de la mayoría de los hornos. ¿Por qué?
5) Tres personas grandes están discutiendo sobre la manera en que calentaban la cama por la noche cuando eran chicos. Juan, dice que usaba un ladrillo caliente. Berta llevaba un trozo de hierro caliente y Oscar, una bolsa con agua caliente. Suponiendo que la protección o el contenedor se compartan de manera equivalente y que la temperatura y tamaño de los objetos son idénticos, ¿con cuál de los elementos la cama se calentaba más rápido? Tener en cuenta: ehierro= 0,70; eagua= 0,67; eladrillo= 0,90
¿Qué se siente? ¿Por qué?
¿Cuándo hablar de calor como mecanismo para el intercambio de energía?
La respuesta está en lo que tienen en común estas cuatro situaciones:
La bolsa con agua caliente que algunos se llevan a la cama, las frías noches de invierno, ¿durante cuánto tiempo es efectiva?
Indefectiblemente se derretirán los cubitos de hielo sacados de la heladera. ¿Por qué? Si esperas unos minutos podrás tomar sin quemarte la sopa recién servida.
Después de unos minutos no sentirás tan fría la silla en la que te sientas.
¿Qué es el calor y qué es la temperatura?
a) Leer el artículo que sigue:
Calor y temperatura. Energía interna
Desde lo antigua Grecia hasta comienzos del siglo XIX, muchos sostenían que el calor era una sustancia material, que se comportaba como un fluido elástico que llenaba todos los cuerpos y cuya densidad aumentaba con la temperatura. Esta teoría opuesta a la del movimiento de las partículas que forman los cuerpos que sostenía Isaac Newton, entre otros, llegó a tener una aceptación general, hasta tal punto que a este fluido, el célebre químico Lavoisier en 1787, lo bautizó con el nombre de calórico. Hoy esta teoría ha sido descartada, pues se ha comprendido la manera en que los cuerpos se calientan o se enfrían.
Temperatura y energía cinética de traslación
Los átomos y las moléculas que forman los cuerpos están en continuo movimiento, tienen energía cinética. No todas las moléculas de un cuerpo se mueven con la misma rapidez; algunas lo hacen más rápidamente y otras, más lentamente.
Según cuáles sean las características de un material, las moléculas pueden realizar diferentes tipos de movimientos: trasladarse de un lugar a otro, girar en torno a un eje como trompos, vibrar como resortes, etc.
El valor promedio de la energía cinética de traslación de las moléculas está directamente relacionado con la temperatura del cuerpo que forman. Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es el valor promedio de la energía cinética de traslación de sus moléculas. Un cuerpo se calienta cuando sus moléculas ganan energía cinética de traslación. Se puede calentar un pedazo de hierro a martillazos o poniéndolo sobre una llama. En ambos casos, las moléculas de un material (martillo o gas de la llama) transfieren energía cinética a las deI cuerpo que se calienta.
La temperatura está relacionada con el valor promedio de la energía cinética de traslación, no con la suma de la energía cinética de todas las moléculas. Por ejemplo, dos recipientes están a la misma temperatura. El que contiene más moléculas (mayor masa) guarda más energía cinética, pero el valor promedio de la energía cinética molecular es el mismo para ambos recipientes.
La temperatura mide la energía cinética de traslación de las moléculas de un cuerpo. Por este motivo, no parece haber un valor máximo de temperatura posible. Pero sí existe un límite inferior, cuando el movimiento de las moléculas de un cuerpo se reduce al mínimo, sin que resulte posible extraer más energía de ellas. Este límite es el cero absoluto de temperatura, el menor valor de temperatura posible, que equivale a 0 K o bien a -273 ºC.
Energía interna
