LABORATORIO DE FÍSICA II GUÍA No. 1 (HIDROSTÁTICA)

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Material Didáctico Modificado por la Profesora Jonnei Gómez, Con fines Educativo. UNEFA - LARA. Periodo I-2015.

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA

COMANDANTE SUPREMO “HUGO RAFAEL CHÁVEZ FRÍAS” UNEFA

NÚCLEO LARA UNIDAD ACADÉMICA

EAD PREGRADO

CARRERA INGENIERÍA DE SISTEMAS

LABORATORIO DE FÍSICA II

GUÍA No. 1

(HIDROSTÁTICA)

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EAD PREGRADO

INTRODUCCIÓN

Un fluido es una sustancia no rígida, la cual no conserva su forma frente a fuerzas externas de distorsión. Los fluidos pueden ser líquidos y gases, donde los líquidos son aquellas sustancias que se caracterizan por poseer un volumen definido mas no una forma y también por tener la capacidad de adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. Mientras que los gases se caracterizan por no poseer ni volumen ni forma definida.

Su estudio puede realizarse a través de la estática de fluido, aquella encargada de analizar al fluido cuando está en reposo (Equilibrio), explorando los conceptos de densidad, presión y flotación. Y la dinámica de fluido, basada en plasmar el estudio de los fluidos en movimiento, tomando en cuenta las Leyes de Newton y la conservación de energía.

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NORMAS PARA EL USO DE LABORATORIO DE FÍSICA.

El Docente y el Auxiliar:

 Responsable del uso adecuado de los equipos e instrumentos asignados.  Informar sobre daños a equipos e instrumentos del laboratorio.

 Supervisar el orden y limpieza del laboratorio.

o Supervisar que los estudiantes coloquen los instrumentos ordenados en los estantes.

o Supervisar que dejen los bancos ordenados (forma de U) encima del mesón luego de terminar la clase.

o Supervisar que los estudiantes no dejen basura tirada en el piso.  No dejar la pizarra con escritos.

 No permitir que los estudiantes dejen materiales que se descomponen en el

laboratorio.

El Estudiante:

 Responsable del orden y la limpieza del laboratorio.  No ingerir alimentos. No fumar.

 No llevar camisa suelta, cadenas, anillos, reloj de pulsera, esclavas ni

bolígrafos metálicos.

 No realizar el encendido de equipos, salvo indicación contraria del docente.  Recuerde lo último en conectar es la fuente de alimentación.

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NOTA:

 Ambas partes son responsable de todos lo que se encuentra en el laboratorio

(instrumentos, materiales y proyectos realizados por los estudiantes) dentro de su horario de clase.

RECUERDE MATERIAL QUEBRADO O DAÑADO DURANTE LAS

PRÁCTICAS, EL GRUPO DEBE HACERSE RESPONSABLE Y DEBE

SUSTITUIR LOS DAÑOS POR UNO IGUAL.

1) ACTIVIDAD DE PRE PRÁCTICA

a) Leer la práctica Nº 1

b) Realizar el PRELABORATORIO:

1. ¿De qué depende la variación de la presión en fluidos y en sólidos?

2. ¿Es mayor la presión en el fondo de una bañera llena de agua hasta una profundidad de 30cm o en el fondo de una jarra de agua de 35cm de profundidad? 3. Tal vez haya notado que, cuanto menor es la presión de un neumático, mayor es el área de contacto entre él y el pavimento. ¿Por qué?

4. ¿En cuál de estos lugares a nivel nacional la presión es mayor? Ordenar en forma creciente. Barquisimeto, Mérida y Puerto Cabello.

5. ¿Porque las personas confinadas en la cama son menos propensas a tener llagas si usa un colchón de agua y no un colchón ordinario? Explique su Repuesta.

c) Traer los materiales necesarios para el desarrollo de las actividades de laboratorio. (previa consulta con el docente).

2) OBJETIVOS:

General

Demostrar los principios que rigen el estudio de la hidrostática, a través de la realización de actividades experimentales aplicadas a la vida cotidiana.

Específicos:

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 Determinar la densidad y peso específico de algunas sustancias.  Comprobar la aplicación del Principio de Pascal.

3) MARCO TEÓRICO

Densidad:

Se define como la razón entre la masa y la unidad de volumen, que posee cualquier material u objeto. Es importante tener en cuenta que la densidad para algunos materiales puede variar de un punto a otro; uno de esto es la atmosfera terrestre que es menos densa a mayor altitud y los océanos que son más densos a grandes profundidades. Así mismo que la densidad depende de la temperatura y la presión. Y sus unidades de acuerdo al sistema M.KS es Kg/ m³.Matematicamente se expresa como:

Densidad Relativa:

La densidad relativa de un material, se define como la razón entre su densidad y la del agua a 4.0 ºC, 1000kg/m³ y es un numero puro el cual no tiene unidades.

Matemáticamente la densidad relativa viene dada por:

Donde tenemos que;

 ρ(r) , es la densidad relativa.

 ρ(material), es la densidad del material.  ρ(agua), es la densidad del agua.

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La presión es la fuerza por unidad de área que se ejerce perpendicularmente a una superficie. Matemáticamente se expresa:

Es importante tener en cuenta que, en los líquidos la fuerza se origina de los movimientos que poseen las moléculas que conforman dicho fluido, en virtud de los choques continuos que tienen las mismas con su entorno.

Por otra parte, es necesario hacer notar que la presión de un fluido, es la misma para todos los puntos de igual profundidad y que la diferencia de la presión entre dos puntos cualesquiera de profundidades respectivas h1 y h2 viene dada por:

P: Po +ρg (h2 - h1) E (4)

Presión Manométrica ):

La presión manométrica, es la diferencia entre la presión absoluta P de un fluido y la presión atmosférica Po. Se expresa como:

El Principio de Pascal

Esta ley considera que “la presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución alguna a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente”.

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producido por un compresor se transmite por el aire hasta la superficie de aceite que hay en un depósito subterráneo. A su vez, el aceite transmite la presión a un pistón, que sube al automóvil. La presión relativa baja que ejerce la fuerza de subida con contra el pistón es aproximadamente igual a la presión del aire en los neumáticos de los vehículos.

4.) DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Actividad 1: Conocer las variables que influyen en la presión de un fluido en reposo.

Materiales:

 Guía de Laboratorio.  Lápiz.

 Borrador  Saca punta

a). En la figura que se presenta a continuación reconoce ¿En cuál de las partes del vaso comunicante la presión es mayor? Justifique su repuesta.

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

b). En la figura que se presenta: Escriba en orden creciente las presiones en los puntos indicados.

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c). Realice el siguiente problema:

Se hace salir agua de un extintor por medio de la presión de aire, como se ve en la figura derecha. ¿Cuánta presión manométrica de aire del tanque (arriba de la atmosfera) se necesita para que el chorro de agua tenga una rapidez de 30m/s, cuando el nivel de agua del tanque esté a 30 cm debajo de la boquilla?

ACTIVIDAD II. Observar los efectos que producen la presión a profundidad y la presión atmosférica en algunos materiales de uso domestico.

Materiales:

 Botella de Vidrio (Botella de Gatorade).  Huevo de gallina cocido.

 Botella de Refresco de litro y Medio.  Fosforo.

 2 Litros de Agua.

 Una cascara de lapicero transparente.

 Pequeños trozos de un material denso que se pueda introducir en el interior de

la carcasa del bolígrafo.

1. Coloca la botella de vidrio sobre el mesón, luego enciende un fosforo e introdúcelo rápidamente en la botella, seguidamente coloca un huevo cocido sin cascara en la boca de la misma. Y observa lo que sucede.

 Nota: La boca de la botella (su diámetro) debe ser menor

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Análisis de los Resultados:

a. ¿Qué se obtuvo como resultado de la experiencia?

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________

b. ¿A qué se debe lo sucedido?

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

2. Llena la botella de refresco con el agua, luego introduce el material denso en el interior de la cascara de lapicero, de tal manera que esta quede flotando y prácticamente sumergida, una vez tapado el agujero superior tapa la botella. Y observa lo que sucede cuando se presiona la botella.

Análisis de los Resultados:

a. ¿Qué le sucede al bolígrafo cuando se presiona suficientemente la botella? ¿Permanece igual el volumen del agua dentro bolígrafo?

_____________________________________________________________ _____________________________________________________________

b. ¿Qué le sucede al bolígrafo cuando se disminuye la presión? ¿A qué principio físico obedece el experimento?

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ACTIVIDAD III: Determinar la densidad y peso específico de algunas sustancias. Materiales:

 1 Balanza (Laboratorio).

 1 Recipiente Geométrico (Vaso o Envase Pequeño).  Alcohol Etílico.

 Aceite.  Agua.

Nota: Debe contarse con una cantidad suficiente de Alcohol, de Aceite y de Agua para desarrollarse con facilidad la actividad.

Instrucciones:

1. Con la ayuda de Ecuaciones Matemáticas, determina el volumen del recipiente con el que vas a trabajar, posteriormente calcula el valor de su masa.

2. Luego llena el recipiente hasta el borde con cada una de las sustancias antes indicadas y prosigue a calcular la masa del conjunto Recipiente - Sustancia, como también la densidad de la sustancia, densidad relativa y peso especifico. 3. Finalmente registra en la tabla, los datos obtenidos de las mediciones

realizadas con cada una de la sustancia.

Análisis de Resultados:

a). Si se usa un recipiente que tenga el doble de volumen ¿Cuál será el valor de la masa?

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b). ¿Varia el valor de la densidad si se utiliza el doble de líquido? Justifica tu Repuesta.

_____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________

c). ¿Varía el valor del peso específico si se utiliza el doble de líquido? Justifica tu Respuesta

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _____________________________________________________________

5. ACTIVIDAD POST – PRÁCTICA.

A. Elaborar un informe de acuerdo a las normas establecidos por la UNEFA. B. POSTLABORATORIO:

1. ¿Qué principio físico utilizan los frenos de los automóviles en su funcionamiento? Haga una representación Grafica.

2. Aquí en Barquisimeto ¿Qué pesa más un kilo de plomo o un kilo de algodón? ¿Qué sucede si calculamos el peso de cada uno de estos materiales en Mérida? Explique su repuesta.

3. Cite y explique tres ejemplos de la vida cotidiana donde se evidencie el principio de pascal.

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6. BIBLIOGRAFÍA

Ibarra Juan C. Guía Práctica para Laboratorio de Física I. Universidad Nacional Experimental

Politécnica de la Fuerza Armada Nacional. Núcleo Lara. Lara. Venezuela (2013).

Tipler Paul A. Física.Tomo I. Segunda Edición. Editorial Revertè. Barcelona (1986)

Sears Zemansky. Física Universitaria. Volumen I. Undécima Edición. Editorial PEARSON. México (2004)

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EAD PREGRADO

GUÍA No. 2

(HIDROSTÁTICA E HIDRODINÁMICA)

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COMANDANTE SUPREMO “HUGO RAFAEL CHAVEZ FRIAS” UNEFA

NUCLEO LARA UNIDAD ACADEMICA

EAD PREGRADO

CARRERA INGENIERIA DE SISTEMAS

INTRODUCCIÓN.

En los estudios de los objetos en los fluidos se destacan dos casos; uno que se puede sumergir el objeto y en el otro caso flotar. Como así lo afirma Arquímedes en su estudio, la cual menciona que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja. Cabe mencionar que el empuje hidrostático que recibe un cuerpo sumergido en un líquido, al ser contrario a la fuerza de gravedad, hace que disminuya su peso en un valor equivalente al peso del líquido desalojado.

Por otra parte, vamos a percibir en la realización de las actividades propuestas en la guía que Torricelli o principio de Torricelli es una aplicación o derivada del principio de Bernoulli, que estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio, o bien la rapidez de su salida.

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laboratorio.

El Estudiante:

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NOTA:

1) ACTIVIDAD DE PRE-PRÁCTICA

a) Leer la práctica.

1. ¿La fuerza de flotación de un objeto sumergido depende del peso del propio objeto, o del fluido que desplaza? ¿Y de un objeto que flota?

2. ¿Cómo se compara el volumen de un objeto totalmente sumergido con el volumen de agua que desplaza?

3. ¿Cómo es la densidad de un objeto sumergido comparada con la del agua si la fuerza de flotación que se ejerce sobre el objeto es:

a) Igual a su peso? b) Mayor que su peso? c) Menor que su peso?

4. Se tiene un tanque abierto con un agujero pequeño por donde se descarga el agua con cierta velocidad. ¿De qué depende el alcance horizontal del agua que sale por el agujero?

5. Imagine que flota en una canoa en el centro e una piscina. Un ave grande llega volando y se posa en su hombro. ¿El nivel del agua de la piscina, sube, baja o permanece igual?

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2) OBJETIVOS:

Objetivos General:

Demostrar los principios que rigen el estudio de la hidrostática, a través de la realización de actividades experimentales aplicadas a la vida cotidiana.

Objetivos Específicos:

 Conocer los vectores de fuerza en los diferentes objetos sumergidos.  Determinar la masa y la rapidez de los fluidos.

 Comprobar las aplicaciones del Principio de Arquímedes y el teorema de Torricelli.

3) MARCO TEÓRICO:

Flotación: Es el fenómeno donde un cuerpo sumergido en agua parece pesar menos que en el aire. Si el cuerpo es menos denso que el fluido, entonces flota. El cuerpo humano normalmente flota en el agua, y un globo lleno de helio flota en el aire.

Principio de Arquímedes: Si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, este ejerce una fuerza hacia arriba

sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.

Llamamos a esa fuerza hacia arriba la fuerza de flotación o empuje que actúa sobre el cuerpo sólido. La línea de acción de la fuerza de flotación pasa por el centro de gravedad del fluido desplazado, y en magnitud esta fuerza

es igual al peso mg del fluido que desplazó para colocar el cuerpo.

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fluido ideal es incompresible (su densidad no puede cambiar) y no tiene fricción interna (llamada viscosidad). Los líquidos son aproximadamente incompresibles en casi todas las situaciones y también podemos tratar a un gas como incompresible si las diferencias de presión de una región a otra no son muy grandes.

PARA FLUIDOS IDEALES:

Ecuación de Bernoulli: El trabajo efectuado sobre un volumen unitario de fluido por el fluido circundante es igual a la suma de los cambios de energías cinética y potencial por unidad de volumen que se dan durante el flujo. En otras palabras, Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones

variantes. Esta ecuación se puede expresar de una forma útil así:

 : Es la presión estática a la que está sometido el fluido, debida a las moléculas

que lo rodean

 : Densidad del fluido.

 : Velocidad de flujo del fluido.

 : Valor de la aceleración de la gravedad (9,8 m/s2 en la superficie de la Tierra).  : Altura sobre un nivel de referencia.

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recipiente es igual a la que adquiere un objeto que se deja caer libremente desde la superficie libre del líquido hasta el nivel del orificio”

4) DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Actividad Nº 1: Identificar las fuerzas sobre un cuerpo sumergido en un fluido. Materiales:

 Guía de laboratorio  Lápiz

 Goma de borrar  Saca punta

1. En las figuras siguientes se presentan tres casos de bloques sólidos sumergidos en un líquido. Si se designa por F1 la fuerza producto de la presión ejercida por el líquido sobre la cara superior del bloque y F2 la fuerza de presión en la cara inferior

Realice y conteste lo siguiente:

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b) Determine en cual caso los vectores de F1 y F2 son diferentes o iguales.

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

c) ¿Qué magnitudes representan cada una de las fuerzas?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Actividad Nº2: Demostrar experimentalmente y matemáticamente el principio de Arquímedes

Materiales:

 1 balanza (laboratorio).

 1 recipiente geométrico (cilíndrico).

 Un cuerpo geométrico (cilindro, paralelepípedo, cubo, esfera). Que quepa

dentro del recipiente.  Hilo de cocer.

 Agua.

Procedimiento:

1. Haciendo uso de la balanza medir la masa del recipiente.

2. Colocar agua en el recipiente sin llenarlo completamente. (De manera que se pueda sumergir el cuerpo geométrico).

3. Medir la masa del recipiente con el agua.

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 Matemáticamente determine la masa del agua

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

 ¿Qué medida marca la balanza?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

 Análisis de Resultados:

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

 Si existe alguna diferencia en las cantidades, explique la razón de esa

diferencia.

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Actividad Nº3: Aplicar experimentalmente el teorema de Torricelli. Materiales:

 1 recipiente de 2 litros de capacidad con tapa.

 1 recipiente tipo bandeja con capacidad de al menos 2 litros.  Cinta adhesiva.

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Procedimiento:

1. Realice tres perforaciones en el recipiente (botella), procure que el diámetro de los orificios sea aproximadamente 2 o 3 mm y que estén alineados de manera vertical. Se sugiere que las posiciones de cada orificio sean aproximadamente las siguientes: El primero colocado a 5 cm de la base del recipiente, el segundo ubicado aproximadamente en la parte media y el tercero a 8 cm del anterior. Observar la figura. (LLEVAR AL LABORATORIO ESTE PASO YA ELABORADO).

2. Para hacer los orificios utilice un clavo caliente, o un taladro con una mecha de diámetro adecuado. Asegúrese de que al momento de realizar los orificios el clavo o la mecha estén perpendiculares a la pared del recipiente. Verifique también que los orificios queden limpios de material del propio recipiente. 3. Tape los orificios con cinta adhesiva y llene el recipiente con agua.

4. Destape el orificio situado en la parte media y observe lo que ocurre con la velocidad de salida del agua conforme el nivel del agua desciende. Utilice el otro recipiente (bandeja) para evitar derramar líquido.

5. Vuelva a llenar el recipiente con agua y ahora destape los tres orificios. Observe el comportamiento de la velocidad de salida del líquido, así como el alcance horizontal que tiene cada uno.

6. Vuelva a tapar los orificios y llene nuevamente el recipiente con agua. Coloque la tapa del recipiente, procurando que quede bien cerrado para evitar la entrada y salida de aire. Destape únicamente el orifico del fondo y observe el comportamiento de la velocidad de salida de agua.

7. Posteriormente repita el procedimiento, destapando la botella y luego soplándola. Observe el comportamiento de la velocidad de salida de agua. 8. Trate de ser sistemático en las observaciones, tome nota de los hechos

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____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

9. Obtenga matemáticamente la velocidad de salida de agua en cualquiera de los orificios y el alcance del chorro de agua. Manteniendo la botella destapada

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5) ACTIVIDAD POST – PRÁCTICA.

Elaborar un informe de acuerdo a las normas establecidos por la UNEFA. POSTLABORATORIO

1. Resuelva el siguiente planteamiento (Problema).

En la figura se muestra un cilindro cuya área en la base es 10 cm2, flotando en un líquido con densidad de 3 g/cm3.

a. ¿Cuál es el volumen del líquido desplazado por el cilindro?

b. ¿Cuál será el empuje que el cilindro recibe? c. Si el cilindro fuese madera, ¿cuál es el peso del

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6) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Tipler P. (1986) Física. Tomo I. Segunda Edición. Editorial Revertè. Barcelona

Sears F., Zemansky M. (2004) Física Universitaria. Volumen I. Undécima Edición. Editorial PEARSON.

Serway R. (1986) Física Para Ciencias e Ingeniería. Tomo I. Editorial Interamericana

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EAD PREGRADO

GUÍA No. 3

(TÉRMICA Y OSCILACIONES)

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

DE LA FUERZA ARMADA

EAD PREGRADO

INTRODUCCIÓN

Toda la metería (Sólidos, Líquidos y Gases), está constituida de átomos o moléculas, las cuales se agitan continuamente bajo la presencia de un movimiento aleatorio. Puesto a que los átomos y moléculas de la materia tienen energía cinética, está en valor promedio de todas las partículas producen un efecto que a diario sentimos como es el calor, el cual se evidencia siempre que un objeto se calienta aumentando la energía cinética de sus átomos o moléculas.

En la vida cotidiana, es muy fácil aumentar la energía cinética de la materia, podemos calentar una moneda golpeándola con un martillo (debido a que el golpe hace que sus moléculas se agiten más aprisa). Así mismo si a un líquido le aplicas una llama este se calienta y por ultimo si comprimes rápidamente el aire que se encuentra en el interior de una bomba manual para inflar neumáticos, el aire se calienta. En base a esto tenemos que la variación de la temperatura (Movimiento aleatorio de las moléculas) es lo que conlleva a que sentimos calor. Es importante tener en cuenta que la temperatura es un parámetro que determina cuando los sistemas se encuentran en equilibrio térmico.

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laboratorio.

El Estudiante:

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NOTA:

1) ACTIVIDAD DE PRE-PRÁCTICA

a) Leer la práctica.

b.1) Recién que sacamos una torta de manzana del horno, la costra y el relleno están a la misma temperatura; pero, si probamos la torta, el relleno nos quema la lengua, pero la costra no ¿A qué se debe esta diferencia?

b.2) Un bloque de metal frio se siente más frio que uno de madera a la misma temperatura ¿Por qué? Un bloque de metal caliente se siente más caliente que uno de madera a la misma temperatura ¿Por qué?

b.3) Si sostienes una barra de hierro de manera que uno de los extremos este en contacto con un trozo de hielo, el otro extremo pronto se enfría. ¿Significa esto que hay flujo de frio del hielo hacia tu mano?

b.4) ¿Qué debe hacerse a la longitud de un hilo de un péndulo simple para: a) Duplicar su frecuencia b) Duplicar su periodo c) Duplicar su frecuencia angular?

c) Traer los materiales necesarios para el desarrollo de las actividades de laboratorio. (Previa consulta con el docente).

2) OBJETIVOS

General:

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Específicos:

 Determinar la conducción de calor que se produce entre varias sustancias.  Calcular el valor de la gravedad, a través de actividades experimentales.  Demostrar la variación del periodo de un péndulo de acuerdo a la masa y su

longitud.

3) MARCO TEÓRICO

Temperatura:

En términos macroscópicos la temperatura, es la cantidad que nos dice que tan caliente o que tan frio esta un objeto con respecto a cierta temperatura de referencia. En base a esto tenemos que la temperatura la expresamos por medio de un número que corresponde a una marca de cierta escala graduada (Escala Celsius, Escala Fahrenheit, Escala Kelvin). Por su parte en términos Microscópico la temperatura, está asociada con los movimientos aleatorios que tienen las moléculas de una sustancia, debido a que toda la materia (Líquido, Sólido y Gas), se componen de átomos y moléculas que se agitan continuamente, la cual conlleva que su movimiento sea aleatorio, y su energía cinética promedio aumente de tal manera que produzcan un efecto del cual podamos sentir calor.

Calor:

Es la energía que pasa de un cuerpo de cierta temperatura a otra temperatura menor (Transferencia de energía). Es importante tener en cuenta una vez que se ha efectuado la transferencia de energía, esta se convierte en energía interna.

Equilibrio Térmico:

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Cantidad de Calor:

Es la transferencia de energía que se da exclusivamente por una diferencia de temperatura, por lo tanto la energía transferida se llama calor.

Una caloría, es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5ºC a 15,5ºC. Equivalente a 1cal: 4186Joule.

Calor Específico:

Es la cantidad de calor necesaria Q para elevar la temperatura de una masa (m) de cierto material de una temperatura T1 a una T2, es decir que es proporcional al cambio de temperatura. Matemáticamente se Expresa:

Q: m.c.ΔT

Donde; m es la masa del material, c es la capacidad calorífica y ΔT es la variación de la temperatura. Es importante tener en cuenta, que esta ecuación tiene signo positivo si entra calor al cuerpo y su temperatura aumenta. Y tiene signo negativo si sale calor del cuerpo y su temperatura disminuye.

Capacidad Calorífica Molar

Describe la cantidad de sustancia en términos de números de moles (n) en lugar de la masa del material. Matemáticamente se expresa como:

Q: n.c.ΔT

Donde, n es el número de moles que tiene la sustancia, c capacidad calorífica y ΔT es la variación de la temperatura.

Expansión térmica

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Los átomos están en constante vibración respecto a una posición media de equilibrio. Cuando aumenta la temperatura se produce un incremento en la agitación de los átomos, haciendo que vibren con mayor amplitud. La fuerza que se manifiesta entre los átomos actúa como si los resortes fuesen más resistentes a la compresión que a la tensión. En consecuencia la distancia media entre los átomos se incrementa, ocasionando la Expansión del sólido.

Al separase los átomos, todas las dimensiones de un objeto aumentan, de modo que podemos considerar la expansión térmica de un objeto plano como una ampliación fotográfica.

Expansión Lineal

Considera que una varilla que tiene una longitud inicial (Lo), cuando se somete a una variación de temperatura su longitud L cambia. En este sentido, se tiene que ΔL, es directamente proporcional a ΔT. Matemáticamente se expresa:

ΔL: α.Lo. ΔT

Donde; (α) es el coeficiente de expansión lineal de la varilla, (Lo) es la longitud inicial de la varilla, (ΔT) es la variación de la temperatura.

Expansión de volumen

Considera que un aumento de temperatura conlleva a un aumento de volumen, tanto en líquidos como en sólidos. Se cumple siempre que ΔT sea menor a 100ºC. Matemáticamente se expresa como:

ΔV: β.Vo. ΔT

Donde; (β) es el coeficiente de expansión de volumen del objeto, (Vo) es el volumen inicial del objeto, (ΔT) es la variación de la temperatura.

Oscilación

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Elementos de una Oscilación

1. Amplitud (A): Es la magnitud máxima del desplazamiento con respecto a la posición de equilibrio. Sus unidades en el S.I es el metro. Es importante tener en cuenta que una vibración o ciclo completo es un viaje redondo de ida y vuelta (De A hasta A) y medio ciclo es el movimiento de un lado al otro es decir de A hasta –A.

2. El periodo (T): Es el tiempo que tarda un ciclo completo (Ida y Vuelta) y siempre es positivo. Sus unidades en el S.I es el segundo.

3. La frecuencia (f): Es el número de ciclos en la unidad de tiempo y siempre es positiva. Sus unidades en el S.I es el Herz.

Movimiento Armónico Simple (M.A.S.)

Este tipo de movimiento ocurre siempre que la fuerza restauradora que actúa sobre una partícula desplazada desde su posición de equilibrio es directamente proporcional al desplazamiento.

Es importante tener en cuenta que en ambos lados de la posición de equilibrio la componente X de fuerza y desplazamiento tienen signos opuestos. Es decir; para un sistema masa resorte opuesta a la fuerza ejercida sobre el cuerpo.

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El péndulo Simple

Es un modelo idealizado que consiste en una masa puntual suspendida de un hilo sin masa y no estiradle.

Es importante tener en cuenta que la trayectoria de la masa no va a ser recta sino un arco de un círculo de radio L igual a la longitud del hilo. Que la fuerza de restitución es directamente proporcional al eje X (Fuerza tangencial) de la fuerza neta.

4.) DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

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Materiales:

 1 Alambre de hierro (Alambre dulce).  1 Alambre de cobre.

 Chinches (Tachuelas pequeñas).  2 Velas pequeñas.

 Corcho.  Fósforos.

PROCEDIMIENTO:

1. Enrolla los alambres de diferentes metales por uno de los extremos a cada metal (como en la figura).

2. Introduzca los alambres enrollados en el corcho (como en la figura). LOS PASOS 1 Y 2 DEBEN LLEVARSE AL LABORATORIO YA ELABORADOS).

3. Coloque algunos chinches a lo largo de los alambres usando cera de vela como material adherente (como en la figura).

4. Coloca el dispositivo elaborado (alambres con chinches) sobre la llama de una vela pequeña, de modo que la llama incida sobre la parte enrollada de los alambres (como en la figura).

5. Observa lo ocurrido al transcurrir un determinado tiempo:

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Análisis de los resultados:

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2. Explica y fundamenta teóricamente lo observado en la experiencia:

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Actividad Nº 2: Determinar experimentalmente cómo afecta al periodo la variación de la longitud de un péndulo.

Materiales:

 1 masa (Piedra pequeña, metra, entre otros)  1 Hilo de coser o pabilo.

 1 Reloj cronometro

 1 Hoja de papel milimetrado  Reglas

 1 Péndulo

PROCEDIMIENTO:

1. Construye un péndulo amarrando la masa con un hilo de 20 cm de longitud medidos desde el punto de suspensión hasta el centro de la masa.

2. Desplaza la masa una amplitud aproximada de 15 cm desde su posición de equilibrio y mide el tiempo que tarda en hacer 10 oscilaciones.

3. Repite el procedimiento 3 veces aumentando la longitud del péndulo 5 cm en cada oportunidad.

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1. Construye una gráfica T² en función de L.

2. ¿Qué pasa con el periodo del péndulo conforme se aumenta la longitud?

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Actividad Nº 3: Determinar experimentalmente cómo afecta la masa al periodo de un péndulo.

Materiales:

 3 masas diferentes (3 Piedras pequeñas de tamaños diferentes, metras, entre

otros).

 1 Hilo de coser o pabilo.  1 Reloj (cronómetro).  Reglas.

 1 Péndulo.

PROCEDIMIENTO:

1. Construye un péndulo amarrando la masa con un hilo de 20 cm de longitud medidos desde el punto de suspensión hasta el centro de la masa.

2. Desplaza la masa una amplitud aproximada de 15 cm desde su posición de equilibrio y mide el tiempo que tarda en hacer 10 oscilaciones.

3. Repite el procedimiento 3 veces colocando una masa diferente en cada oportunidad. Mide con la balanza cada una de las masas.

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1. ¿Qué pasa con el periodo del péndulo conforme se aumenta la masa?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

2. ¿La masa del péndulo en influyente en el periodo?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

3. Si se tienen dos péndulos de longitudes iguales pero de masas diferentes, una de 10 kg y otra de 10 g. ¿Cuál de los péndulos tiene mayor periodo?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Actividad Nº 4: Calcular experimentalmente el valor de la gravedad. Materiales:

 Guía de Laboratorio.  Lápiz.

 Borrador  Saca punta.

PROCEDIMIENTO:

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3. Completa el siguiente cuadro:

Análisis de los resultados

1. ¿Qué errores se pudieron cometer en la experiencia?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

5. ACTIVIDAD POST – PRÁCTICA.

Elaborar un informe de acuerdo a las normas establecidos por la UNEFA. POSTLABORATORIO

1. Considere que sostiene dos barras de idénticas magnitudes, pero una de metal y otra de madera. Uno de los extremos de cada barra es colocada en una llama ¿Se podría seguir sosteniendo por mucho tiempo la barra de metal? ¿Se podría seguir sosteniendo la barra de madera por mayor tiempo? Explique su repuesta.

2. Una persona afirma que su abrigo es de buena calidad porque impide que el frio pase a través de él. ¿Esta afirmación es correcta? Explique.

3. Un niño descalzo y en una habitación con piso de cemento coloca su pie izquierdo directamente sobre el piso, y su pie derecho sobre un tapete (alfombra). El tapete y el suelo están a la misma temperatura. ¿En cuál de los pies tendrá el niño mayor sensación de frio? Explique.

4. ¿Por qué el aire acondicionado debe estar colocado en la parte alta de ambiente donde funciona?

(39)

6. BIBLIOGRAFÍA

Ibarra Juan C. Guía Práctica para Laboratorio de Física I. Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional. Núcleo Lara. Lara. Venezuela (2013).

Tipler Paul A. Física. Tomo I. Segunda Edición. Editorial Revertè. Barcelona (1986)

Sears Zemansky. Física Universitaria. Volumen I. Undécima Edición. Editorial PEARSON. México (2004)

(40)

EAD PREGRADO

GUÍA No. 4

(ELECTROSTÁTICA)

(41)

EAD PREGRADO

INTRODUCCIÓN.

La Electricidad abarca una variedad de fenómenos físicos originados por la existencia de cargas eléctricas y por la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra estacionaria, o estática, produce fuerzas eléctricas sobre las otras cargas situadas en su misma región del espacio; cuando está en movimiento produce, además, efectos magnéticos. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las partículas con carga.

En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas. La electricidad se ocupa de las partículas cargadas positivamente, como los protones, que se repelen mutuamente, y de las partículas cargadas negativamente, como los electrones, que también se repelen mutuamente.

En este laboratorio, se introducirá primero una reflexión sobre la naturaleza de la electricidad, conocimiento que permitirá abordar la Ley de Coulomb. Por otro lado, se expondrá las diferencias existentes sobre los materiales para ejercer o adquirir cargas eléctricas y la importancia que es la electricidad en la vida diaria.

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laboratorio.

El Estudiante:

 Al terminar la práctica, informar al docente o auxiliar.  Ordenar todo los instrumentos del laboratorio en su lugar.  Ordenar los bancos encima de los mesones en forma de U.  Limpiar y barrer los desperdicios que hayan hecho.

NOTA:

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1) ACTIVIDAD DE PRE PRÁCTICA

a) Leer la práctica Nº 4

b) Realizar el PRE-LABORATORIO:

1. ¿La vida sería distinta si los electrones tuvieran cargas positivas y los protones cargas negativas? ¿La elección de los signos eléctricos tiene importancia sobre las interacciones físicas y químicas? ¿Por qué?

2. ¿Explique por qué es más fácil producir cargas electrostáticas en una barra de plástico que la de vidrio?

3. Si tuvieras algo con una carga de 1c en una mano, y un objeto idéntico, con una carga de 1c, en la otra mano, y tuvieras los brazos extendidos ante ti y separados un metro, ¿qué fuerza notarías? ¿Serías capaz de resistir la repulsión y mantener los objetos quietos, o no? ¿Podrías ser capaz de vencer esa fuerza y forzar a los objetos a acercarse el uno al otro?

4. ¿Es conveniente clasificar los materiales en función de la capacidad con que los electrones se mueven a través del material? Justifique su respuesta de forma lógica.

c) Traer los materiales necesarios para el desarrollo de las actividades de laboratorio. (Previa consulta con el docente).

2) OBJETIVOS:

Objetivo General:

Conocer los fundamentos teóricos-matemáticos y experimentales, que rigen el estudio de la mecánica clásica de las leyes y principios del electromagnetismo.

 Analizar los principios que rigen el estudio de la electrostática, a través de

actividades aplicadas a la vida cotidiana.

 Determinar la fuerza de atracción y repulsión entre diferentes cargas, a través

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3) MARCO TEÓRICO.

 ¿Qué es electrostática?

La electrostática es la rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica.

Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las cargas eléctricas de distinto signo se atraen.

Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

 Ley de Coulomb:

“La fuerza de repulsión o de atracción entre dos cargas eléctricas puntuales es

directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.

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La electrización es el proceso mediante el cual un cuerpo adquiere una carga, esta electrización puede ser por:

A.-Electrización por Frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros, ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

B.- Electrización por Contacto: Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.

C.- Electrización por Inducción: Al acercar un cuerpo cargado al conductor neutro, las cargas eléctricas se mueven de tal manera que las de signo igual a las del cuerpo cargado se alejan en el conductor y las de signo contrario se aproximan al cuerpo cargado, quedando el conductor polarizado. Si se hace contacto con tierra en uno de los extremos polarizados, el cuerpo adquiere carga del signo opuesto.

4) DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

ACTIVIDAD I: Trasferencias de electrones

Materiales:

 1 Par de guantes quirúrgicos  1 Globo

 Tijera

 1 Royo de cinta de teflón

 1 Recipiente de refresco de 2litros  Agua

 1 Tobo.

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Procedimiento:

Parte A:

1. Se corta 60cm de largo de la cinta de teflón. 2. Se coloca los guantes quirúrgicos.

3. Ya puestos los guantes quirúrgicos, procedemos a frotar la cinta de teflón como se ve en la figura Nº 1. Luego responde:

¿Qué observo?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Sustente teóricamente lo observado:

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Parte B:

4. Se toma el globo, se procede a inflarlo y anudarlo

5. Luego se procede a frotar el globo sobre el cabello de cualquier persona presente 6. Se acerca el globo a la cinta de teflón y procedemos a responder lo siguiente: ¿Qué observo?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

¿Hay relación con la parte A? Si su respuesta es afirmativa o negativa justifique de forma lógica.

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Parte C:

7. Se toma el recipiente de refresco de 2litros y procedemos abrirle un orificio en un aproximado de 10 cm como se ve en la figura Nº 2, se procede a sellarlo con una cinta adhesiva y llenarlo de agua. (ESTE PASO DEBE YA TRAERLO HECHO DE SUS

CASAS).

8. Se procede a destapar el orificio del recipiente de refresco y se acerca el globo (previamente inflado y frotado) en el agua tal como sale en la Figura Nº 3, y responda:

¿Qué observo?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ¿Por qué actúa el agua como lo observo, sustente su respuesta teóricamente de forma lógica?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

ACTIVIDAD II: Interacciones de dos cuerpos cargados.

Materiales:

 2 bolitas de anime de 1cm de diámetro, recubiertas con

papel de aluminio.

 1 bolsa trasparente (La que usan en los supermercados)  Un pedazo de tela de polyester

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 1 hilo de cocer o pabilo

Procedimiento:

1. Se amarran cada bolita de anime ya recubiertas con el papel de aluminio con el hilo (cocer o pabilo), con una longitud de 20cm, (Se repite este procedimiento por cada bolita).

2. Se procede hacer un péndulo con ellas, de una separación de 4cm a 5cm, como se ve en la figura Nº 4.

3. Se toma la regla y se comienza a frotar junto a la bolsa unos 5min.

4. Luego de frotar la regla se procede acercarla junto a las bolas de aluminio, y observe.

5. Volvemos a proceder hacer lo mismo pero esta vez frotamos la regla con la tela de polyester. Ya realizado lo anterior, responda lo siguiente:

¿Qué observo?

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

¿Hay diferencia en frotar la regla con la bolsa y la tela de polyester? Y a qué se debe lo observado teóricamente:

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

5) ACTIVIDAD POST – PRÁCTICA.

Elaborar un informe de acuerdo a las normas establecidos por la UNEFA. POST-LABORATORIO:

1. Resuelva el siguiente planteamiento (Problema).

En los vértices de un cuadrado imaginario de 0,1 cm de lado hay cargas de q1=30

C, q2= -10 C, q3= 40 C y q4= 0 C. Encuentre la fuerza resultante sobre el vértice de

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6)BIBLIOGRAFÍA.

Hewitt. P. (2001). Conceptos de Física. Tercera edición. Editorial Limusa S.A. México.

Raymond Serway. (1986). Física Para Ciencias e Ingeniería. Tomo II. Sexta edición. Editorial Interamericana. México.

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EAD PREGRADO

GUÍA No. 5

(CIRCUITOS EN SERIE Y EN PARALELO)

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EAD PREGRADO

INTRODUCCIÓN.

La Electricidad abarca una variedad de fenómenos físicos originados por la existencia de cargas eléctricas y por la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra estacionaria, o estática, produce fuerzas eléctricas sobre las otras cargas situadas en su misma región del espacio; cuando está en movimiento produce, además, efectos magnéticos. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las partículas con carga.

En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas. La electricidad se ocupa de las partículas cargadas positivamente, como los protones, que se repelen mutuamente, y de las partículas cargadas negativamente, como los electrones, que también se repelen mutuamente.

En este laboratorio, se introducirá primero una reflexión sobre la naturaleza de la electricidad, conocimiento que permitirá abordar la Ley de Coulomb. Por otro lado, se expondrá las diferencias existentes sobre los materiales para ejercer o adquirir cargas eléctricas y la importancia que es la electricidad en la vida diaria.

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laboratorio.

El Estudiante:

 Al terminar la práctica, informar al docente o auxiliar.  Ordenar todo los instrumentos del laboratorio en su lugar.  Ordenar los bancos encima de los mesones en forma de U.  Limpiar y barrer los desperdicios que hayan hecho.

NOTA:

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1) ACTIVIDAD DE PRE PRÁCTICA

a) Leer la práctica completa.

b) Realizar el pre laboratorio.

c) Traer al laboratorio los materiales que se indican. Pre-Laboratorio:

1. Qué es el multímetro.

2. Tipos de multímetros y características.

3. Procedimiento para medir voltaje, corriente eléctrica y resistencia en un multímetro.

4. ¿Qué es un material óhmico?

5. ¿Cuáles son los factores de los cuales depende una resistencia?.

6. ¿Qué es un fusible y cuáles son las características que debe tener?

7. Explique porque un bombillo se considera como una resistencia.

2) OBJETIVOS

Objetivos General:

Determinar experimentalmente, el voltaje, la corriente eléctrica y la resistencia en circuitos en serie y en paralelo.

 Adquirir destrezas en el uso de amperímetros, voltímetros y ohmímetros.

(multímetros).

 Comparar las variables de voltaje, corriente eléctrica y resistencia medidas