cuadernillo_de_clase_seg_parcial_físicaii(15)

CBT No2 ISAAC GUZMÁN VALDÍVIA, CHIMALHUACÁN
CAMPO DISCIPLINAR DE CIENCIAS NATURALES Y EXPERIMENTALES
MATERÍA: FÍSICA
CUADERNILLO DE CLASE
“EDUCAR POR COMPETENCIAS INCLUYE SABER PENSAR PARA
HACER UNA ACTITUD DETERMINADA”. EN DONDE EL SABER ES
EL CONOCIMIENTO, EL PENSAR SON LA HABILIDADES DEL
PENSAMIENTO Y EL HACER LAS DESTREZAS JUNTO CON LAS
ACTITUDES.
LA EDUCACION POR COMPETENCIAS SE FACILITA CUANDO EL
DOCENTE.
 PROPICIA QUE EL ESTUDIO DE LA FISICA RESULTE AMENO
E INTERESANTE.
 PROMUEVE LA REALIZACION DE DIVERSAS ACTIVIDADES,
INCLUIDAS LAS EXPERIMENTALES, QUE RESULTEN
INTERESANTES PARA LOS ESTUDIANTES.
 FORTALECE EL AUTOAPRENDIZAJE, DE MODO QUE LOS
ESTUDIANTES APRENDAN A APRENDER, DOMINANDO UN
METODO
PARA
REALIZAR
SUS
CONSULTAS
E
INVESTIGACIONES.
 EVALUA DE MANERA CONSTANTE EL DESEMPEÑO DDE
CADA ESTUDIANTE, CON BASE EN SUS PARTICIPACIONES
EN CLASE, INVESTIGACIONES Y CONSULTAS REALIZADAS
EN
DIFERENTES
FUENTES
DE
INFORMACION,
EXPOSICIONES ANTE EL GRUPO, TRABAJO INDIVIDUAL Y
EN EQUIPO, PARTICIPACION EN LAS ACTIVIDADES
EXPERIMENTALES, EXAMENES ESCRITO Y ORALES.
COMPETENCIAS GENERICAS
APRENDE DE FORMA AUTONOMA.
ATRIBUTO:
 APRENDE POR INICIATIVA E INTERES PROPIO A LO LARGO
DE LA VIDA.
TRABAJA EN FORMA COLABORATIVA
ATRIBUTO:
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
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MATERÍA: FÍSICA
 PARTICIPA Y COLABORA DE MANERA EFECTIVA EN
EQUIPOS DIVERSOS.
ACTIVIDAD No.1 REALIZAR UNA PORTADA PARA TU CUADERNILLO DE
CLASE.
EVALUACION DIAGNOSTICA
1. ¿CÓMO EXPLICARIAS CON EJEMPLOS DE TU ENTORNO QUE SON LOS FLUIDOS?
2. ¿CÓMO PUEDES DEMOSTRAR
INCOMPRENSIBLES?
QUE
LOS
LIQUIDOS
SON
PRACTICAMENTE
3. ¿CÓMO DEMOSTRARIAS DE MANERA SENCILLA QUE UN GAS SE PUEDE EXPANDIR Y
TAMBIEN COMPRIMIR?
4. EXPLICA QUE ES PARA TI LA TEMPERATURA DE LOS CUERPOS
5. DESCRIBE QUE ES PARA TI EL CALOR.
6. EXPLICA LOS MECANISMOS
TRANSFERENCIA DE CALOR.
POR
MEDIO
DE
LOS
CUALES
SE
PRODUCE
7. ¿UN OBJETO FRIO PUEDE TRANSMITIR CALOR A UN CUERPO CALIENTE? SI O NO Y
POR QUE.
8. EXPLICA LA CAUSA QUE PROVOCA LA DILATACION DE LOS CURPOS.
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9. EXPLICA POR QUE UNA BOTELLA DE REFRESCO SE ROMPE CUANDO SE CONGELA
DESTRO DE TU REFRIGERADOR.
10. DESCRIBE CUANDO CEDE Y CUANDO ABSORBE CALOR UN CUERPO.
UNIDAD II.-TERMOLOGÍA (CALOR Y TEMPERATURA).
Concepto de temperatura
La temperatura y su medida es una parte importante de la información que recibimos del
exterior la obtenemos a través del tacto. Nuestro sentido del tacto nos da una idea de la
temperatura del cuerpo o del ambiente dentro de cierto rango. Sin embargo, el cuerpo,
humano esta capacitado para detectar con exactitud cual es la temperatura de un cuerpo.
Por ejemplo no es posible notar la diferencia entre el agua a 64°C y agua a 67°C en otro
recipiente. Por otra parte, la diferencia de valores de conductividad térmica en los cuerpos
provoca, entre otras cosas, confusión en la apreciación de temperaturas al tacto. Así por
ejemplo, debido a la mejor conductividad de los metales, una pieza de acero parece más
fría al tacto que un trozo de madera situado en el mismo lugar, y por tanto igual a la
temperatura. Tanto la madera como el acero, pueden estar a la misma temperatura: sin
embargo, el acero es mejor conductor de calor. Si al tocarlo nuestra mano esta a mayor
temperatura, el calor, fluye de la mano al acero mas rápidamente que de esta a la
madera, dándonos la sensación del que el acero esta más frió. Figura. 50. El sentido del
tacto no es adecuado para apreciar la temperatura de un objeto, porque nos podemos
quemar. Por ejemplo, el cuerpo humano se quema al tratar de apreciar la temperatura del
agua hirviendo o del aceite caliente. En virtud de que la experiencia nos enseña que la
temperatura se relaciona con lo caliente o lo frió que esta un objeto, es que definimos a la
temperatura como una medida o indicación relativa de calor frió. En la actualidad se sabe
que la temperatura de un objeto esta directamente relacionada con la energía cinética
promedio de los átomos y las moléculas que componen dicho objeto.
Ley cero de la termodinámica
La construcción de los termómetros está basada en la ley cero de la
termodinámica, la cual establece que dos cuerpos aislados entre si, pero en equilibrio
térmico con un tercer cuerpo están en equilibrio térmico entre sí.
El equilibrio térmico se refiere al hecho de que dos o más cuerpos en
contacto térmico tienen la misma temperatura. Si por el contrario al poner en contacto dos
cuerpos, éstos no tienen la misma temperatura inicial, entonces decimos que no están en
equilibrio térmico. Pero si estos cuerpos están separados por una superficie que permite
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que un cuerpo descienda su temperatura y la del otro cuerpo aumente hasta que se
obtenga una temperatura común e igual para los dos cuerpos, diremos que se ha
alcanzado el equilibrio térmico.
Escalas termométricas
Para asociar la temperatura a un cuerpo se recurre primeramente a una
propiedad física mensurable del cuerpo que cambie con la temperatura. Existe una gran
cantidad de propiedades que cambian al variar la temperatura, estas propiedades reciben
el nombre de propiedades termométricas.
Como los primeros termómetros se basaban en la dilatación de un fluido en
un tubo, las primeras escalas termométricas se apoyaron en la medición de la longitud de
la columna de agua, de alcohol o mercurio en el termómetro. La elección es arbitraria,
pero las temperaturas de referencia o puntos fijos más empleados son:
 El punto fijo inferior (punto de congelación) es la temperatura a la cual coexisten agua
y hielo en equilibrio térmico bajo presión de 1 atm.
 El punto fijo superior (punto de ebullición del agua) es la temperatura en la que
coexisten agua y vapor de agua en equilibrio térmico bajo la presión de 1 atm.
En la vida diaria, la escala Celsius y Fahrenheit son las más usadas, pero en los estudios
científico y tecnológicos se emplean las escalas Kelvin y Rankine (especialmente en
Estados Unidos e Inglaterra).Fórmulas para conversión de un de unidades termométricas
absolutas y relativas.
De Fahrenheit a Rankine
°R = °F+460
De Centígrado a Rankine
°R = (1.8°C) + 492
De Kelvin A Rankine
°R = (°K-273)(1.8) + 492
De Centígrado a Kelvin
°K = °C + 273
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De Fahrenheit a Kelvin
°K =
°F-32
+ 273
1.8
De Rankine a Kelvin
°K =
°R-492
+ 273
1.8
De Centígrado a Fahrenheit
°F = 1.8°C + 32
De Rankine a Fahrenheit
°F = °R – 460
De Kelvin a Fahrenheit
°F = (°K-273)(1.8) + 32
De Fahrenheit a Centígrado
°C =
°F - 32
1.8
De Rankine a Centígrado
°C =
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MATERÍA: FÍSICA
°R-492
1.8
De Kelvin a Centígrado
°C = °K - 273
EJERCICIOS:
TRANSFORMAR
11. 60°C A °K
12. 130°C A °K
13. 390°K A °C
14. 220°K A °C
15. 70°C A °F
16. 108°C A °F
17. 60°F A °C
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MATERÍA: FÍSICA
18. 140°F A °R
19. 330°R A °F
CALORIMETRÍA
Concepto de calor
Cuando mezclamos un litro de agua hirviendo con otro litro de agua a la
temperatura ambiente hemos observado que el agua adquiere una temperatura
intermedia, entre la ebullición del agua y la del ambiente.
De esta experiencia y otras semejantes concluimos que, entre dos cuerpos a diferentes
temperaturas que entran en contacto térmico la temperatura del cuerpo más caliente
disminuye y la temperatura del cuerpo mas frió aumenta. Si se deja en contacto durante
cierto tiempo, alcanzan una temperatura común de equilibrio cuyo valor están
comprendidos entre las temperaturas iniciales. Cuando ocurre dicho proceso, se dice que
transfirió energía en forma de calor del cuerpo más caliente al cuerpo más frió. Esto se
debe a que las partículas del cuerpo más caliente tienen más energía, más agitación que
las del segundo; al ponerlos en contacto las partículas del primero golpean sobre las del
segundo y aumentan el movimiento de éstas, por consiguiente, aumenta la temperatura y
la energía térmica del segundo y disminuye la temperatura y energía del primero.
La energía fluye de un cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura recibe el
nombre de calor o energía calorífica. El cuerpo que gana energía por este mecanismo se
dice que adsorbe calor y el que la pierde decimos que desprende calor. El calor se
considera positivo cuando es adsorbido por el cuerpo y negativo cuando es desprendido
por el cuerpo. El calor se representa por el símbolo Q. En este sentido definieron a la
caloría (cal) como la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 g de
agua de 0°C. A 1 °C. Para el sistema ingles se definió la unidad térmica británica (BTU)
como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 lb (libra) de agua de
32°F a 33°F.
1 cal = 4.18 Joule
Capacidad calorífica
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MATERÍA: FÍSICA
Si en un vaso con agua hirviendo se introducen dos cuerpos de masas
iguales pero de sustancias diferentes y después de un breve rato los sacamos y medimos
sus temperaturas encontraremos que estas no son iguales, debido a que la capacidad
calorífica de cada sustancia es diferente.
La capacidad calorífica, C, de cualquier cuerpo se define como la cantidad
de energía calorífica que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura del
cuerpo.
Los cuerpos cuya capacidad calorífica es alta se calientan más lentamente,
porque deben absorber mayor cantidad de calor, también se enfrían con mayor lentitud,
porque debe liberar más calor matemáticamente, la capacidad calorífica se obtiene con la
siguiente expresión.
C
Q
T
Capacidad calorífica = calor adsorbido o cedido / cambio de temperatura
La capacidad calorífica se puede expresar en cal/°C o J/°C.
Calor específico
La capacidad calorífica de un cuerpo no indica gran cosa acerca de las propiedades
térmicas del material que esta hecha; por ejemplo, la capacidad calorífica de 1 kg de
cobre es diferente de la que tiene 1 kg de aluminio; también es distinta de la de 2 kg de
aluminio. Para obtener el valor característico del calor absorbido en relación con un
mismo cambio de temperatura por el cobre, el aluminio o cualquier otro material, se deben
comparar las capacidades caloríficas de masas iguales de tales materiales. Al hacer esta
comparación se obtiene un valor característico de cada sustancia conocido como calor
específico o capacidad calorífica específica.
El calor específico de un cuerpo es característico del material de que esta hecho. Se dice
que el calor específico es la capacidad calorífica de un material por unidad de masa.
Además numéricamente igual a la cantidad de calor que se debe suministrar a una
cantidad de masa de dicho material para que su temperatura se eleve en un grado. Su Q
es la cantidad de calor necesario de temperatura, T, en un material de masa (m),
entonces el calor específico ( c ), se obtiene de la siguiente ecuación.
C
Q
mT
Reordenando:
Q = mcT
Donde:
T = T – To
De manera que la cantidad de calor necesaria para producir cierto cambio en la
temperatura de un cuerpo es igual al producto de la masa de material por su calor
específico y por dicho cambio de temperatura. El calor específico puede expresarse por
cal/g°C o por J/kg°C.
ACTIVIDAD N.2
DIFERENTES.
Calor latente
INVESTIGA
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EL
CALOR
8
ESPECIFICO
DE
5
MATERIALES
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La cantidad de calor (energía) que participa en un cambio de fase por unidad de masa se
conoce con el nombre de calor latente expresión que significa “oculto”, pues el calor se
proporciona o se extrae sin que haya cambios en la temperatura, es decir que durante el
cambio de fase, por ejemplo de sólido a líquido, la temperatura permanece invariable
durante este proceso hasta que le sólido se haya fundido completamente.
Fusión y calor latente de fusión
El cambio de fase de sólido a líquido, recibe el nombre de fusión, y la temperatura a la
cual ocurre este cambio se denomina temperatura o punto de fusión de la sustancia y la
cantidad de calor necesaria para fundir una unidad de masa de una sustancia en un punto
de fusión se llama calor latente de fusión. El calor latente de fusión Lf o (Hf) se calcula de
la siguiente expresión matemática.
Lf 
Q
m
La cual se puede expresar como:
Q = mLf
Donde:
Q = Calor absorbido
M = Masa de la sustancia
Lf = Calor latente de fusión.
El calor latente de fusión en el S.I. se expresa en J/kg, sin embargo
también se acostumbra expresar en cal/g y Btu/lb. En la tabla 3 se muestran algunos
calores latentes de fusión.
Vaporización y calor latente de vaporización. El cambio de fase de líquido a gas recibe el
nombre de temperatura o punto de ebullición de la sustancia. La cantidad de calor
necesaria para vaporizar la unidad de masa de una sustancia en su punto de ebullición se
llama calor latente de vaporización Lv se calcula de la siguiente expresión matemática:
Lv 
Q
m
La cual se puede expresar como:
Q = mLv
Donde:
Q = calor absorbido.
m= masa de la sustancia.
Lv = Calor latente de fusión.
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MATERÍA: FÍSICA
El calor latente de vaporización en el S.I. También se expresa en
J/kg. Sin embargo, se acostumbra expresar en cal/g y Btu/lb.
 Condensación y calor latente de condensación. El paso del estado gaseoso
a líquido recibe el nombre de condensación y la temperatura a la cual ocurre este
proceso es igual a la temperatura de ebullición. En este cambio de fase se extrae
energía del gas equivalente al requerido para la vaporización. Por tanto, el calor
de condensación es equivalente al calor de vaporización. La diferencia estriba
solamente en la dirección de la transferencia de energía.
 Solidificación y sublimación. El paso del estado líquido al sólido recibe el nombre de
congelación o solidificación y la temperatura a la cual ocurre este cambio es la misma
que la temperatura de fusión. El calor latente de solidificación es exactamente igual al
calor latente de fusión. La diferencia que existe entre solidificación y fusión estriba en si
la energía (calor) se libera o se absorbe.
Por otra parte, es importante señalar que en condiciones apropiadas de temperatura y
presión, es posible que una sustancia cambie de la fase sólida a la fase gaseosa sin
pasar por la fase líquida, este proceso recibe el nombre de calor latente de sublimación.
Calorimetría
La calorimetría es la parte de la termodinámica que se encarga de medir el calor. El
principio fundamental de la calorimetría es la conservación de la energía. Si un cuerpo
caliente y un cuerpo frió se ponen en contacto térmico y no fluye calor a los alrededores
sino del cuerpo mas caliente al frió, se cumple que.
Calor perdido
=
(por el cuerpo caliente)
Calor ganado
( Por el cuerpo mas frió)
El poder medir el calor permite conocer el calor específico, o los calores latentes de una
sustancia, la temperatura final de una mezcla, etc.
Para medir el calor se emplea el calorímetro, el cual por definición, es un sistema
adiabático, esto es, que se puede intercambiar trabajo, pero no calor, entre su interior y su
vecindad. En el calorímetro ocurre la transferencia de calor entre las sustancias que se
vierten en el, debido a que aísla térmicamente. Dichas sustancias para que el calor no
pueda fluir a la vecindad (ambiente) o viceversa. El termo común es un ejemplo perfecto
de calorímetro. Suponiendo que en el calorímetro se vierten dos sustancias con diferentes
temperaturas, el calor fluirá, de la sustancia a mayor temperatura a la de menor
temperatura hasta que ambas lleguen a la misma temperatura, o sea hasta que se
establezca el equilibrio térmico. Al aplicar la ley de la conservación de la energía en el
interior del calorímetro. Se encuentra que el calor ganado por una de las sustancias ( la
de menor temperatura ) es cedido por la otra sustancia ( La de mayor temperatura ) o sea
que la suma de los intercambios de calor en el calorímetro de calor en el calorímetro es
cero. En otras palabras, la energía total de las sustancias aisladas dentro del calorímetro
no cambia.
Los tipos de intercambio de calor que se puede dar en el calorímetro son:
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 Que una masa m de una sustancia experimente un cambio de temperatura de To a Tf
de manera que el calor ganado (positivo) se calcula por:
Q = mc (Tf – To)
Donde:
C = calor específico.
Es importante señalar que esta ecuación se emplea en intervalos de
temperatura que no incluyan un cambio en la fase de la sustancia.
 Que se funda una masa m de la sustancia, de manera que el calor requerido para que
esto suceda sin que exista un cambio de temperatura se calcula por Qf = mLf, sin
embargo si la sustancia se solidifica el calor se obtiene de Qs = -mLf.
 Que se evaporice una masa m de la sustancia de manera que el calor requerido para
que esto suceda durante su temperatura de ebullición se obtiene de QV= mLv, pero si se
condesa entonces el calor cedido se calcula por Qc = -mLv.
Determinación del calor específico de una sustancia
Para determinar el calor específico de una sustancia se puede emplear un calorímetro con
agua en su interior.
Supóngase que mx es la masa de la sustancia de la cual se quiere conocer su calor
específico cx y Tox es su temperatura inicial. Similarmente sean ma, ca y Toa los
correspondientes valores para el agua.
Si Tf es la temperatura final de equilibrio después de que se mezcla todo en el interior del
calorímetro, se encuentra que el calor ganado por el agua es:
Q = MaCa (Tf – Toa)
El calor cedido por la sustancia, la cual se considero tenía una
temperatura inicial mayor que la del agua, se obtiene de:
Q = -mx cx (Tf – Tox)
Como en el interior del calorímetro se cumple que el calor ganado por una
de las sustancias es igual al cedido por la otra se tiene que:
MaCa (Tf – Toa) = -mx cx (Tf – Tox)
Despejando cx se obtiene:
M a C a (Tf  Toa)
mx(Tf  Tox)
ACTIVIDAD N.4 INVESTIGA LOS TIPOS DE TRANSFERENCIA DEL CALOR
Cx 
CONDUCTIVIDADES TÉRMICAS
Actualmente se pretende el ahorro de energía, razón por la cual se debe conocer en los
materiales la resistencia térmica que describe sus propiedades aislantes.
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MATERÍA: FÍSICA
La resistividad térmica es el recíproco de la conductividad térmica.

1
k
La resistencia térmica se expresa en términos de valores de R el cual esta
definido por:
R  L 
L
K
La utilidad del conocimiento del valor de R es el poder determinar como va
a ser la conducción de calor a través de los materiales compuestos que constituyen las
placas de los suelos o las paredes. En ciertas condiciones el valor efectivo o total de R es
simplemente la suma de los valores R de las capas que constituyen el material
compuesto. En la industria de la construcción el valor de R se expresa en:
(pie)2 °F h
Btu
El valor de R se determina para un cierto espesor del material. Por ejemplo,
un espesor de una pulgada de fibra de vidrio tiene un R = 3 en el sistema ingles, mientras
que una pulgada de madera tiene una R= 1, y por tanto, la fibra de vidrio es tres veces
mejor aislante que la madera. Para las superficies verticales se debe tomar en cuenta la
capa delgada de estancamiento de aire para determinar el valor total de R para una
pared.
Uno de los aislantes mas importante es el aire el aislamiento de las casas y
el de las ropas de abrigo utilizan estas característica. Las ventanas de doble vidrio usan el
aire atrapado entre los dos cristales para reducir las perdidas de calor por conducción.
Los tejidos del cuerpo humano también son buenos aislantes.
Aplicaciones del calor
La compresión de lo que es calor,
calor y de las propiedades térmicas, no tan sólo
gran cantidad de fenómenos que ocurren en
conocimientos en beneficio del hombre. A
aplicaciones.
de los mecanismos de transferencia de
nos ha permitido la compresión de una
la naturaleza, sino de aplicar dichos
continuación se describen algunas
El calor y el frió han sido utilizados para propósitos médicos durante siglos.
La termografía es la parte de la medicina que se encarga de hacer un registro de la
temperatura del cuerpo humano, que puede usarse en el diagnóstico de las
enfermedades y la terapia del enfermo; mientras que la criogénica y la criocirugía son
términos referidos a los usos del frió, en la curación y el tratamiento de los pacientes.
Al mapa de la temperatura corporal se conoce como termo grama y se usa
sobre todo, en el diagnóstico del cáncer, ya que este se caracteriza porque sus células se
encuentran a temperaturas relativamente mayores que las restantes; por ejemplo la
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temperatura de la piel, sobre un tumor que puede ser interno, es de 1°C arriba del
promedio.
Para conservar durante más tiempo la temperatura de las comidas, se
cocinan en cazuelas de barro, ya que el barro es mal conductor de calor. Es decir una vez
que deja de estar bajo fuego, tarda más tiempo que una olla metálica en disminuir su
temperatura y mantiene así la comida caliente durante más tiempo.
Leyes de la termodinámica
La termodinámica es la rama de la física que se ocupa del estudio de la
transmisión del calor y de los cambios de energía que este produce. Su formulación se
basa en las llamadas leyes de la termodinámica. El desarrollo formal de esta ciencia
empezó hace menos de 200 años, debido principalmente al intento de idear máquinas
térmicas más eficientes para convertir la energía calorífica en trabajo mecánico como el
motor diesel y el motor de gasolina. Las leyes de la termodinámica son indispensables
para explicar el funcionamiento y diseño de las máquinas térmicas y bombas de calor.
Una bomba de calor es dispositivo que emplea la energía o trabajo
mecánico para transferir calor de una fuente con temperatura inferior a una región más
elevada. Esto es precisamente lo que hacen los acondicionadores de aire y los
refrigeradores.
Conceptos básicos de la termodinámica
En la termodinámica como en cualquier otra rama de la física, se aísla la
porción del universo que nos interesa y será objeto de nuestro estudio. A esta porción del
universo la llamamos sistema termodinámico o simplemente sistema. Es claro que ya sea
que se trate de un trozo de metal, de un líquido en un recipiente o del aire de una
habitación, en todos los casos la selección del sistema la hace el observador.
Esa porción de material bien definida puede considerarse limitada por una
superficie cerrada real o imaginaria llamada pared o frontera. La región no incluida en el
sistema constituye el exterior o alrededores del sistema o vecindad. Si el Sistema no
intercambia energía con el exterior, se llama sistema aislado.
El equilibrio termodinámico o estado de un sistema, esta determinado por
los valores de la presión, volumen, temperatura y capacidad de sustancia que un sistema
puede tener, cuando este en equilibrio mecánico, térmico o químico.
Estas propiedades se llaman variables termodinámicas, las cuales definen
un estado del sistema, o para ser más precisos un estado de equilibrio del sistema,
cuando no cambian con el tiempo, es decir cuando permanecen constante.
Cuando un sistema es afectado por sus alrededores y la interacción tiene
como consecuencia un cambio en el estado del sistema, diremos que se ha efectuado un
proceso o transformación.
ENERGÍA INTERNA
Un sistema puede efectuar o recibir trabajo y también puede entregar calor
o recibir calor del exterior; en consecuencia, trabajo y calor son los medios de transferir la
energía. Un sistema esta caracterizado también por su energía interna (U).
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MATERÍA: FÍSICA
La energía interna de un sistema o cuerpo representa la suma de las
diversas formas de energía (energía cinética más energía potencial) que poseen las
moléculas y los átomos de dicho cuerpo o sistema.
Como resultado de la interacción del sistema con sus alrededores
Un sistema puede pasar de un estado inicial a otro final, con lo que su
energía interna puede sufrir variaciones y pasar de un valor inicial Ui a otro final Uf de
manera que la energía interna tendría una variación ΔU = Uf – Ui.
Como se mencionó tanto el trabajo como el calor pueden hacer variar la
energía interna de un sistema, por tanto, es conveniente tomar en cuenta las siguientes
convenciones de signos.
a) el trabajo (T o W) hecho por el sistema se considera positivo mientras que el
trabajo hecho sobre el sistema es negativo.
b) El calor (Q) que recibe el sistema se considera positivo, mientras que el calor
entregado por el sistema es negativo.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La primera ley o principio de la termodinámica es una ley de conservación de la energía. Afirma
que, como la energía no puede crearse ni destruirse, la cantidad de energía transferida a un
sistema en forma de calor, sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energía interna del
sistema.
El calor y el trabajo son mecanismos por lo que los sistemas intercambian energía entre sí.
En términos matemáticos, esta ley se expresa por la siguiente ecuación:
ΔQ = ΔU + W
Esta ecuación expresa él hecho general de que, cuando una cantidad de calor ΔQ
se agrega a un sistema o se extrae de el, hay un cambio en la energía interna ΔU
en el sistema y se realiza trabajo sobre el.
Es importante señalar que las variables de la ecuación deben expresarse en las
mismas unidades y que un sistema aislado en el cual no hay intercambio de
energía con el exterior . La energía interna es constante de acuerdo con la
ecuación ∆Q = ∆U + W.
Este hecho se puede enunciar de la siguiente manera; La energía interna de un
sistema aislado no puede modificarse por ningún proceso interno del sistema.
PROCESOS TERMODINÁMICOS
Proceso cíclico
Es cuando un sistema después de una serie de procesos vuelve a su
estado inicial aplicando la primera ley de la termodinámica:
∆Q=∆U + W
Si Ui = Uf
∆U = 0
Entonces
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MATERÍA: FÍSICA
∆Q = W
Es decir, el calor recibido por el sistema se ha transformado en
trabajo.
Proceso adiabático
Es cuando un sistema no gana ni pierde calor, es decir, cuando
ecuación ∆Q= 0. Este proceso ocurre cuando el sistema ésta rodeado de una
pared adiabática (aislante térmico). Aplicando la primera ley de la termodinámica.
∆Q =∆U + W
Si
∆Q = 0
entonces
∆U = -W
Es decir el trabajo realizado sobre el sistema se convierte en energía interna, o inversamente, si el
sistema realiza trabajo, la energía interna disminuye. Cuando aumenta la energía interna del
sistema su temperatura también aumenta, pero si la energía disminuye, la temperatura del
sistema disminuye.
Proceso isocoro o isovolumétrico
Es un proceso a volumen constante , es decir, que el trabajo en este
proceso es cero (W = 0). Aplicando la primera ley de la termodinámica:
∆Q=∆U + W
Si
W=0
Entonces
∆Q =∆U
Es decir, que en este proceso, el calor suministrado al sistema se emplea en el aumento de su
energía interna.
Proceso isobárico
Es un proceso en el que la presión permanece constante. Para determinar la
manera en que esta condición afecta al sistema, determinaremos la relación entre
la presión y el trabajo. Para esto, consideremos el trabajo efectuado por el gas
contenido en un cilindro que se expande empujando el pistón desde a hasta b.
La fuerza que hace el gas sobre el émbolo o pistón es F = PA, donde
P es la presión del gas y A es el área del pistón.
El trabajo hecho por el gas para un desplazamiento ∆d es :
W = F∆x
Esta ecuación se transforma en:
W = P∆V = P(Vf-Vi)
Ya que
F = PA y ∆V = A∆d
Donde:
∆V = Vf-Vi
Vf = Volumen final
Vi = Volumen inicial.
Aplicando la primera ley de la termodinámica:
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MATERÍA: FÍSICA
∆Q = ∆U + W = ∆U + P∆V
Es decir, la energía calorífica que se agrega al sistema es igual al incremento de la
energía interna del sistema más el trabajo hecho por él.
Proceso isotérmico
Es un proceso a temperatura constante. Para el caso de que el
sistema sea un gas ideal la energía interna permanece constante al ser la
temperatura constante. Así al aplicar la primera ley de la termodinámica, el calor
agregado es igual al trabajo hecho por el sistema, es decir.
∆Q = W
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La segunda ley de la termodinámica afirma por su parte, que el calor
no puede pasar de un cuerpo frió a otro caliente sin aportación externa de energía.
Esto implica que en todos los procesos en los que se haga circular calor, este
debe pasar de un cuerpo caliente a otro que ésta más frió que él. Éste es el
principio que rige el funcionamiento de todos los tipos de motores que se basan en
la obtención de energía a partir de un combustible, cuya combustión produce
aumento de energía interna y trabajo realizado contra el medio. En este tipo de
procesos, cuanto más alta es la temperatura inicial tanto mayor es la cantidad de
energía que puede transformarse en trabajo, que a efectos prácticos ésta limitada
por la temperatura a la que se produce la combustión del gas inyectado en el
motor y la de los gases que salen por el tubo de escape.
Esta ley puede enunciarse de varias formas, todas ellas equivalentes
entre si, mencionaremos aquí tres de estos posibles enunciados, de los cuales el
primero es debido a Clausius por una parte y el segundo a Kelvin-Planck por otra.
El físico alemán Rodolfo Clausius se basó en el trabajo de Sadi
Carnnot para enunciar el segundo principio o segunda ley de la termodinámica, en
la forma que ahora lleva su nombre:
Clausius: Es imposible construir un dispositivo que operando en un
ciclo, tenga como único efecto extraer calor de un cuerpo y transferirlo a un cuerpo
caliente.
Casi simultáneamente Lord Kelvin y Max Planck enunciaron el mismo
principio en forma equivalente.
Kelvin-Planck: Es imposible construir una maquina que, operando en ciclo tenga
como único efecto extraer calor de un cuerpo caliente y convertirlo íntegramente
en trabajo.
Entropía
Entre los conceptos más importantes de la termodinámica destaca el
de la entropía, que puede definirse como una medida del desorden. De este modo,
si por ejemplo todas las moléculas de aire contenidas en una habitación se
encontrasen inicialmente en una esquina, se repartirían uniformemente, siendo
prácticamente imposible que se verifique el proceso contrario, es decir, que las
moléculas de la habitación se concentren por si solas en una de sus esquinas.
Esto significa que la entropía nunca disminuye durante los cambios de estado del
sistema. Así mismo cuanto mayor es el desorden tanto mayor es la entropía del
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MATERÍA: FÍSICA
sistema. Es decir la entropía de un sólido cristalino es menor que la dicha
sustancia fundida, ya que dicho estado las moléculas no están situadas en
posiciones fijas de la red cristalina, sino que se mueven con un grado mayor de
libertad, siendo mayor el desorden.
TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La tercera ley de la termodinámica nos dice.
Es imposible alcanzar una temperatura del cero absoluto.
Este es un enunciado resultado de la evidencia experimental, ya que
hasta la fecha no se han podido alcanzar el cero absoluto experimentalmente. Es
posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a
él.
Máquinas térmicas
La termodinámica, desarrollada a partir del estudio de las máquinas
térmicas, es importante desde el punto de aplicación. Muchas de sus aplicaciones
practicas en esta parte de la Física (máquinas térmicas) fueron desarrolladas
empíricamente antes de tener un conocimiento teórico de su funcionamiento.
La primera máquina térmica de que se tiene evidencia fue diseñada
en la antigüedad por el ingeniero y matemático griego Heron de Alejandría (siglo
1). Esta maquina recibió el nombre de eolipila y consistía de un globo hueco
soportado por un pivote de manera que podía girar alrededor de un par de
muñones uno de ellos hueco. Al ser expelido el vapor, el globo reaccionaba a una
fuerza y giraba alrededor de su eje.
La primera máquina de vapor construida y vendida en gran cantidad fue la
diseñada por Thomas Newcomen y Thomas Savery en 1712 en Inglaterra, sin
embargo el que merece la mayor parte del crédito es James Watts, que comenzó
a construirla por el año de 1783, al hacer de la máquina de vapor practica y un
autentico motor, capaz de mover las máquinas de la naciente industria, por esta
razón se le considero como el verdadero instrumento de la revolución industrial.
La operación de una máquina térmica se describe mejor por medio
de un diagrama similar al que se muestra en la figura 81. Ocurren tres procesos
durante la operación de una de estas máquinas.
 Se suministran una cantidad de calor Qc a la máquina desde un recipiente a
alta temperatura Tc.
 La máquina efectúa un trabajo mecánico W producido por una parte del calor
de entrada.
 Cierta cantidad de calor Qs se libera al recipiente a baja temperatura Ts.
Ya que el sistema regresa periódicamente a su estado inicial, el
cambio neto de la energía interna es cero. Aplicando la primera ley a la máquina
térmica en la que ∆U es igual a cero, se obtiene que ∆W = ∆Q. O lo que es lo
mismo:
Trabajo de salida = Calor de entrada – calor de salida
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MATERÍA: FÍSICA
W = Qe-Qs
Hay dos clases de máquinas térmicas muy importantes: Las de
combustión externas y las de combustión internas.
 Máquinas de combustión externas. Son las que producen el calor afuera de
la maquina, por lo general en una caldera. Con el calor producido se obtiene vapor
sobrecalentado, que ejerce fuertes presiones y que se utiliza como fuente de
energía mecánica para mover barcos y trenes.
 Máquinas de combustión interna. Son las que producen el calor dentro de la
misma máquina. Utilizan fuerza de expansión de los gases, producidos después
de la combustión a presión de diferentes combustibles, como gasolina, gas, diesel
o alcohol entre otros. Los motores de automóviles, motocicletas, camiones y
aviones son de combustión interna.
Eficiencia térmica
La eficiencia térmica (E) de una máquina térmica se define como la
razón del trabajo neto realizado por la maquina; o sea del trabajo de salida entre el
calor absorbido por ésta o de entrada. Matemáticamente lo anterior se expresa
con la siguiente ecuación:
W
E
Qc
Eficiencia = Trabajo de salida /calor de entrada
En función de los calores de entrada y salida en una máquina
térmica, la eficiencia se obtiene se la siguiente expresión matemática:
Qe  Qs
E
Qe
O sea que:
Qs
E  1
Qe
Calor de salida
Eficiencia  1 
Calor de entrada
Se puede pensar en la eficiencia de una máquina térmica como la
razón entre el trabajo útil realizado por la máquina y el calor que se le suministra,
que puede expresarse como un porcentaje; es decir:
W
% E  x100
Q
Esta es la expresión matemática que se utiliza con mayor frecuencia
para determinar la eficiencia de una máquina térmica.
Por ejemplo, un motor que absorbe 1000 calorías para realizar un trabajo de 300
calorías tiene una eficiencia del 30% en este caso se esta desaprovechando un
70% del calor proporcionado.
Puesto que los científicos han demostrado que cantidades de calor
son proporcionales a las temperaturas absolutas, la eficiencia se puede expresar
como una función de las temperaturas absolutas, la eficiencia se puede expresar
como una función de las temperaturas absolutas de las fuentes calientes y frías,
es decir:
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E  1
Ts

Te
Cabe señalar que las temperaturas de los depósitos en este caso
son temperaturas absolutas (de Kelvin), cuanto mayor sea la diferencia entre
temperaturas de las dos fuentes, mayor será la eficiencia de una máquina térmica.
Una máquina térmica con eficiencia del 100% (E = 1) es aquella en
que todo el calor de entrada se convierte en trabajo útil y el calor de salida o
desecho es cero.
La segunda ley de la termodinámica establece que esto es
imposible, o sea, que no existen las máquinas térmicas con una eficiencia del
100%.
La máquina de Carnot tiene la máxima eficiencia posible para una
máquina que absorbe calor de una fuente a alta temperatura realiza trabajo
externo, y deposita calor en un recipiente a baja temperatura. La eficiencia de una
maquina dada puede por tanto determinarse al compararla con una maquina de
carnot que trabaje entre las mismas temperaturas.
EVALUACIÓN SUMATIVA
INSTRUCCIONES: ANOTA “V” E EL PARENTESIS DE LA IZQUIERDA SI EL ENUNCIADO ES
VERDADERO Y “F” SI ES FALSO
20. (
)
MARIO DICE QUE LA TEMPERATURA INDICA LA CANTIDAD DE CALOR QUE TIENE
UNA SUSTANCIA
21. (
)
RICARDO AFIRMA QUE NUESTRO ORGANISMO NO DETECTA LA TEMPERATURA,
SINO PERDIDAS O GANANCIAS DE CALOR.
22. (
)
ANDREA COMENTA QUE EL CERO ABSOLUTO DE TEMPERATIRA EQUIVALE A 0°C
23. (
)
DIANA SEÑALA QUE EXISTE UN LIMITE MINIMO DE TEMPERATURA: 0°K= -273 °C,
PERONO HAY UN LIMITE MAXIMO DE ELLA.
24. (
)
PACO INDICA QUE LA TEMPERATURA A LA CUAL HIERVE EL AGUA AL NIVEL DEL
MAR ES IGUAL A 100°C = 373 °K
25. (
)
MARGARITA AFIRMA QUE EL CALOR ES ENERGIA EN TRANSITO Y SIEMPRE
FLUYE DE CUERPOS FISICOS U OBJETOS DE MAYOR TEMPERATURA A LOS DE
MENOR TEMPERATURA QUE SE ENCUENTRAN EN CONTACTO TERMICO.
INSTRUCCIONES: COMPLETA DE MANERA BREVE LOS SIGUIENTES ENUNCIADOS.
26. ¿QUÉ UNIDAD UTILIZARIAS INTERNACIONAL PARA MEDIR EL CALOR ABSORBIDO POR
UN CUERPO O UN SISTEMA?
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MATERÍA: FÍSICA
27. GABRIELA ESTA CALENTANDO CON UN MECHERO DE BUNSEN UN EXTREMO DE UNA
VARILLA METALICA Y DETECTA POCO A POCO QUE ESTA CALENTANDO EL RESTO DE
ELLA. ¿QUÉ FORMA DE TRANSMISION DE CALOR SE ESTA PRODUCIENDO EN LA
VARILLA?
28. UN GRUPO DE AMIGOS SE ACUESTA PARA RECIBIR LOS RAYOS DEL SOL. DESPUES
DE UN BREVE TIEMPO SE RETIRAN, PUES NO DESEAN SUFRIR QUEMADURAS. ¿Cuál
FORMA DE TRANSMISION DE CALOR QUE EXPERIMENTAN?
29. JUAN COLOCA UN POCO DE ASERRIN SOBRE EL AGUA CONTENIDA EN UN VASO DE
PRECIPITADO PARA OBSERVAR QUE SUCEDE EN LAS MOLECULAS DE AGUA AL SER
CALENTADAS. DESPUES DE CIERTO TIEMPO. OBSERVA COMO SUBEN Y BAJAN LAS
PARTICULAS DE ASERRIN. ¿CUÁL ES LA FORMA DE TRANSMISION DE CALOR QUE SE
PRODUCE EN EL LIQUIDO?
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
20
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30.- INSTRUCCIONES: COMPLETA EL SIGUIENTE MAPA CONCEPTUAL
Temperatura
Es la
Es una
magnitud
física
propiedad
intensiva
El valor
Para medirla
Que de ella
Se emplean
Tiene
Que
Los
Ya que
una
sustancia
s
Depende
de
Pueden
ser de
De la
Está una
sustancia u
objeto
Respecto a
un
Cantidad de
materia de
un objeto o
sistema
Ni de su
Mercurio
-130ºC a 357ºC
O
Promedio de
sus
moléculas
Por ello
Objeto que
se toma
como base o
patrón
Sino del
Ambiente
en que se
encuentre
En el cero
absoluto
(0 K)
La
Energía cinética
translaciones de
las moléculas
Dicho
objeto
o el
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sistema
físico
Resistencia(
Para altas
temperaturas
)
vale
21
Alcohol
-130ºC a -139ºC
Tolueno y Éteres
de petróleo
(Temperaturas
menores de
-130ºC)
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31.- ACTIVIDAD N.5 INVESTIGA LOS CUATRO TIEMPOS DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN E
ILUSTRALOS (anéxalo a las hojas de tu cuadernillo)
PROBLEMARIO
32. A una temperatura de 22°C una varilla de hierro tiene una longitud de 7m. Calcula cual será su
longitud al aumentar la temperatura a 32 °C
DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
Lo=7m.
Lf=?
To=22°C
Tf=32°C
α= Lf - Lo/ Lo [1+α (Tf -To ]
Lf = 7m [1+11.7x 10 -6 0 C -1
(32°C -- 22°C ) ]
Lf = Lo [1+α (Tf- To ) ]
Lf = 7.000819m
αfe=11.7x 10
C
33.
Un balín de hacer a 18°C tiene un volumen de o.oo2m3. Calcula el volumen final que
tendrá a los 28°C
-6 0
-1
DATOS
Vo=0.002 m
Vf=?
To=18°C
Tf=28°C
SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
3
Vf = Vo [1+β (Tf- To ) ]
Vf = Vo [1+11.7x 10 -6 0 C -1
(32°C -- 22°C ) ]
Lf = 7.000819m
βacero=11.734.5x 10 -6 0 C
-1
34.
Calcula la cantidad de calor que se necesita suministrar a 2 litros (2000g) de agua para que
eleve su temperatura de 22°C a 78°C
DATOS
∆Q=?
m=2000g
To=22°C
Tf=78°C
CeH2O = 1 cal/g°C
SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
∆Q = mCe∆T
∆Q=2000g(1 cal/g°C)( 78°C-22°C)
∆Q=2000g
35. Se tiene 850g de agua a 100°C y se combinan con 850g de agua a 22°C. calcula el valor de la
temperatura final de la solución
FORMULA
DATOS
m1 CeH2O (T1o -T1f )= m2 CeH2O (T2f –T2o )
∆Q=?
m1= 850g
T1o= 100°C
T1f=?
m2= 850g
T2o= 22°C
T2f=?
CeH2O = 1 cal/g°C
SUSTITUCION Y RESULTADO
850g1 cal/g°C(100°C- T1f ) = 850g1 cal/g°C(T1f -22°C )
85000cal-850cal/°C (Tf ) =850cal/°C (Tf ) -18700cal
85000cal+18700cal= 850cal/°C (Tf )+ 850cal/°C (Tf )
103700cal= 1700 cal/°C (Tf )
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Tf =103700cal = 61°C
Tr= 1700 cal/°C
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36. El profesor dejara que investigues 6 ejercicios de este tema.(anéxalo al final del cuadernillo)
UNIDAD III ELECTRICIDAD, ONDAS Y ACÚSTICA
Actividad de la unidad: realiza una investigación de los temas siguientes (resumen
o síntesis); mínimo 5 cuartillas de cada tema con formulas de cada tema y elabora
10 preguntas de estos mismos temas., ademas realiza una sopa de letras,
crucigrama, mapas, etc. (obtén evidencias de tu trabajo y colócalos al final del
cuadernillo, orden progresivo)
3.1 Electrostática
3.2 Electrodinámica
3.3 Magnetismo
PROBLEMARIO
41. Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas que tienen los siguientes valores: q1 = -5
microcoulombs, q2 = 6 microcoulombs, al estar separadas en el vacío por una
distancia de 5 cm.
Datos
q1 = -5 microcoulombs
q2 = 6 microcoulombs
k = 9 x 109 Nm2/C2
r = 5 cm = 0.05 m.
Fórmula: F = kq1q2
r2
F = (9x109Nm2/C2) (-5x10-6C 6x10-6C)
(0.05m)2
F = -108 N.
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MATERÍA: FÍSICA
En el resultado si el signo es positivo quiere decir que los cuerpos se
rechazan y si es negativo los cuerpos se atraen.
EJERCICIOS
ALUMNOS)
DE
REAFIRMACIÓN
(RESUELTOS
POR
LOS
42. Determinar la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1 = --5µC,
q2=-4µC, al estar separadas en el vacío a una distancia de 20cm.
DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
F= k q1 q2 / r2
F= 4.5N
43.-. Calculas la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1=-2mC,
q2=6mC al estar separadas en el vacío por una distancia de 40cm. Determina también la magnitud
de la fuerza eléctricas las cargas fueran sumergidas en agua.
DATOS
SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
2
F= k q1 q2 / r
ɛr=F/F´ F´=F/ ɛr
F= 6.75x105N
-9
44. Una carga de 7x10-9 C se encentra en el aire a 0.1 m de otra carga de 3x10
C determinar la
F´= 8.38x103N
magnitud de la fuerza eléctrica entre ellas. Calcular también la magnitud de la fuerza eléctrica si
las cargas se sumergieron en gasolina
SUSTITUCION Y RESULTADO
DATOS
FORMULA
3
F´= 8.38x10 N
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24
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MATERÍA: FÍSICA
45.- La magnitud de la fuerza con que se rechaza una carga de 8µC con otra carga es de 4x10-1N.
Determinar el valor de la carga desconocida si las dos cargas están en el aire con una distancia de
50cm.
SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
DATOS
F= k q1 q2 / r2
q1 =1.38 x10-6 C =1.38 µC
46.-Una carga de -3µC se encuentra en el vacio a 30 cm de otra carga de 6µC, como se ve en la
figura.
a) determinar la magnitud de la fuerza ejercida sobre q1, por q2
b) ¿La magnitud de la fuerza f2 ejercida sobre q2 por q1 es igual o diferente a f1?
c) calcular la magnitud de la fuerza eléctrica entre las cargas si estuvieran sumergidas en aceite.
DATOS
SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
F= k q1 q2 / r2
ɛr=F/F´ F´=F/ ɛr
q1= -3 µC
q2= 6 µC
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
r= 30cm= 0.3m
k= 9x109Nm2/C
a) F = ?
a) F1 = 9x109Nm2/C (-3x10-6C) (6x10-6C )/(0.03)2
F1= -1.8N
25 b) F1 =F2
c) F´=-1.8N/2.8
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MATERÍA: FÍSICA
47.- Dos cargar iguales se encuentra en el aire a 20 cm de distancia y se rechazan con una fuerza
cuya magnitud es de 8x10-1 N ¿Cuánto vale cada carga?
DATOS
FORUMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
F= k q1 q2 / r2
q=1.88x10-6 C
q=√ Fr2 /k
48.-Calcular la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas de 4x10-7C cada una al
rechazarse con una magnitud de 5x10-2N
FORMULA
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
r=1.697m = 16.97 cm
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26
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MATERÍA: FÍSICA
49.- Calcular la magnitud de la fuerza de repulsión entre dos protones que se encuentran a una
distancia de 4.2x10-15m en un núcleo de cobalto
SOLUCION Y RESULTADO
DATOS
FORMULA
F=k q1q2/r2
F=13.06 N
50.-una carga q1= -9 µC se encuentra a una distancia de 30cm de otra carga q3= -3µC como se
ve en la figura:
30cm
15cm
q1= -9µC
-
+
q2=5µC
q3= -3µC
Si una carga q2 = 5µCse coloca en medio de las cargas q1 y q3, calcular la magnitud de fuerza
resultante así como su sentido.
SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
DATOS
F2-1 = 9x109Nm2/C (-9x10-6C) (5x102
6
F= k q1 q2 / r
q1= -9 µC
C )/(0.15)2 = -600N
q2= 5 µC
q3=-3 µC
r= 30cm= 0.3m
9
2
k= 9x10
NmJIMÉNEZ
/C
JULIO
CRISPÍN
RAMÍREZ
F3-1 = 9x109Nm2/C (-3x10-6C) (5x106
C )/(0.3)2 = -1500N
27
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MATERÍA: FÍSICA
51.-Una carga q1= -2µC recibe una fuera de atracción debido a dos cargas : q1=-7µC y q3=-6µC
distribuidos como se muestra:
Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica resultante que actúa sobre q1, así como el ángulo
formado respecto al eje horizontal.
SUSTITUCION Y RESULTADO
DATOS
F2-1= ?
F3-1= ?
Angulo= ?
q1= 2µC
q2=-7µC
q3=-6µC
r= 0.3 m
k= 9x109Nm2
FORMULA
Calcular F2-1, F3-1 y
aplicamos el teorema de
Pitágoras.
El ángulo α se determinar
función TAN.
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
28
F2-1=9x109Nm2(7x10-6C)(2x106
C)/(0.3 m)2
F2-1=1.40x10-1 N
F3-1= 9x109Nm2(6x10-6C)(2x106
C)/(0.3m)2
F3-1=1.20x10-1 N
FR=√F22-1+ F23=√(1.40x10-1 N)2 + (1.20x10-1 N)
=1.84 N
Tan α= F3-1/ F2-1
=1.20x10-1 N/1.40x10-1 N
=40.60° respecto de la horizontal
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MATERÍA: FÍSICA
52.- Determinar la magnitud de la intensidad del campo eléctrico en un pinto donde se coloca
una carga de prueba de 7uc, la cual recibe una fuerza eléctrica vertical hacia arriba cuya
magnitud es de 5x10-3 N
SUSTITUCION Y RESULTADO
DATOS
FORMULA
q= 7µC
F= 5x10-3N
E=?
E= 5x10-3N /7 x10-6C
E= F/q
E= 7.1x102 N/C
53.-Determinar la magnitud de la fuerza que actúa sobre una carga de prueba de 2x10-7C al
situarse en un punto en que la intensidad del campo eléctrico tiene una magnitud de 6x104N/C
FORMULA
DATOS
SUSTITUCION Y RESULTADO
E= F/q
F= Eq
E=1.2x10-2 N
54.-Calcular la magnitud de la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 40cm de una
carga de 9uC
DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
E= k q / r2
E= 5.06x105N
55.-La magnitud de la intensidad del campo eléctrico producidito por una carga es de 4x105 N/C
a 50cm de distancia de esta. ¿Cual es el valor de la carga eléctrica?
DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
E= k q / r2
E= 1.1x10-5 =0.11µC
.q= r2 E/ k
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29
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MATERÍA: FÍSICA
56.- Lla magnitud de la intensidad del campo eléctrico producido por una carga de 7µC en un
punto determinado es de 5x105 N/C ¿A que distancia del punto considerado se encuentra la
carga?
FORUMULA
DATOS
5
SUSTITUCION Y RESULTADO
E= k q / r2
E=5x10 N/C
r=35.5 cm
57.- Una esfera metálica de 11 cm de radio esta electrizada con una carga de 2µC que se
encuentra distribuida uniformemente en su superficie. Determina la magnitud de la intensidad del
campo eléctrico a 10cm de distancia de la superficie de la esfera.
DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
E= k q / r2
E= 4.8x105 N/C
58.- Determinar la magnitud de la intensidad del campo eléctrico en el punto medio
P entre dos puntos entre dos cargas puntuales de 5µC cada una separa da 15 cm como se indica
a continuación.
15cm
E2
E1
+ -------------------------------------------------------------------------- +
- P
.q2=µC
.q1 =5µC
DATOS
q1=2µC
q2=2µC
q3=2µC
r=15cm
2
-6
Er= Kq/r (q1q2)10 C
k= 9x109Nm2/C
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SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
30
Er= 9x109Nm2/C /0.075m2(5-5)10-6C
Er=0
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59.- Calcular la intensidad del campo eléctrico en el punto medio P entre dos cargas puntuales
q1= -3uC y q2 = 6uC separadas a una distancia de 8cm como se ve en la figura. Determinar
también la fuerza que actuaria sobre una carga de 4uC al colocarse en el punto P.
SUSTITUCION Y RESULTADO
DATOS
q1=-3µC
q2=6µC
r=8cm
FORMULA
Er= Kq/r2(q1q2)10-6C
F=Eq
k= 9x109Nm2/C
E=?
9
2
Er= 9x10 Nm /C /0.08 m2 (3-6)10-6C
Er=5.06x107N/C
F=5.06x107N/C(4x10-6C)
F= 2.02x102 N
8cm
E2
E1
+ -------------------------------------------------------------------------- +
- P
.q2=6µC
.q1 =-3µC
60.- Calcular la intensidad de la corriente eléctrica en amperes y en miliamperes, si por una
sección de un conductor circulan 65 coulombs en 30 minutos.
DATOS
I=?
q=65C
t=30min=1800seg
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
I=q/t
I= 65C/1800seg= 0.036A
o.o36A 1mA
= 36mA
1x10-3A
61.- Determinar la cantidad de electrones que pasan cada 10 segundos por una sección de un
conductor donde la intensidad de corriente es de 20 mA.
DATOS
SUSTITUCION Y RESULTADO
FORMULA
I=q/t
1mA
1x10-3A
62.- Calcular el tiempo requerido para que por una sección de un conductor circulen 5 coulombs;
la intensidad de la corriente eléctrica es de 5 mA.
DATOS
FORMULA
t=q/I
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31
SUSTITUCION Y RESULTADO
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MATERÍA: FÍSICA
63.- Calcular la resistencia eléctrica de 0°C de un alambre de platino de 0.5m de longitud y 0.7mm2
de área en su sección transversal.
DATOS
P = 11.05X10-8Ω-m
L = 0.5m=0.5x103m
A = 0.7mm2
R =?
FORMULA
SUSTITUCIÓN Y RESULTADO
R= (11.05X10-8Ωm)(0.5x103m) =
0.7x10-6m2
R=7.89X10-2Ω
R= р L
A
Transformación de Unidades
1m=1000mm
(1m)2 = (1000mm)2
1m2 = 1x106mm2
0.7mm2x
1m2 = 0.7x10-6m2
1x106m2
64.- Determinar la longitud que debe tener un alambra de cobre enrollado de 0.5mm2 de área en
su sección transversal para que 0°C su resistencia sea de 12 Ω.
DATOS
FORMULA
SUSTITUCIÓN Y RESULTADO
65.- Un alambre de plata tiene una resistencia de 5 Ω a 0°C ¿Cuál será su resistencia a 25°C?
DATOS
FORMULA
SUSTITUCIÓN Y RESULTADO
R0 = 5 Ω
Rt = R0 (1+ α t)
Rt = 5 Ω (1+3.7x10-3°C-1 (25°C))
αAg = 3.7X10-3°C
Rt = 5.46 Ω
t = 25°C
Rt = ?
66.- Determina la resistencia de un termómetro de platino de 500°C, si a 50°C su resistencia es de
3.8 Ω
DATOS
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FORMULA
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MATERÍA: FÍSICA
Como desconocemos el valor de la resistencia del termómetro de platino a °C primero calculamos
R0 de la siguiente manera:
SUSTITUCIÓN Y RESULTADO
1+ α t
R0 = 3.18 Ω
Rt = 3.18 Ω (1+3.9x10-3°C-1X500°C) =
Rt = 9.8 Ω
67.- Calcular la intensidad de la corriente que pasa por una resistencia de 20Ω al conectarse a un
acumulador de 12V.
SUSTITUCION Y RESULTADO
DATOS
FORMULA
I=1.6A
I=V/R
68.- Determinar la resistencia del filamento de una lámpara para que deje pasar 0.6 A de
intensidad de corriente al ser conectado a una diferencia de potencial de 120V.
DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
I=V/R
R=13.95 Ω
69.- Por una resistencia de 10Ω circula una corriente de 2 A. ¿Cuál es el valor de la diferencia de
potencial a la que están conectados sus extremos?
DATOS
FORUMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
I=V/R
V=20 V
70.- Calcular la resistencia de un conductor que al conectarse a una diferencia de potencial de 12V
deja pasar una corriente de 90 miliamperes.
DATOS
FORMULA
R= 133.33Ω
I=V/R
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SUSTITUCION Y RSULTADO
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MATERÍA: FÍSICA
71.- Determina el valor de la resistencia equivalentes de dos resistencias cuyos valores son:
15Ω
= 23Ω conectado primero en serie luego en paralelo.
=
DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
𝑅 = 15Ω
𝑅𝑇 = 𝑅 +𝑅
𝑅𝑇 = 15Ω+23Ω= 38Ω
𝑅 = 23Ω
𝑅𝑇 =
1
𝑅1
+
𝑅𝑇 =
1
𝑅2
1
15𝛺
+
1
23𝛺
= 9.0 Ω
72.- Calcula el valor de la resistencia equivalente de 3 resistencias cuyos valores son:
12Ω
= 25Ω conectados primero en serie y luego en paralelo.
DATOS
R = 17Ω
R = 12Ω
R = 25Ω
Rt =?
r
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULTADO
𝑅𝑇 = 𝑅 +𝑅 +𝑅
𝑅𝑇 = 17Ω+12Ω+25Ω= 54Ω
Rt = _____1_______
R1 + R2 + R3
𝑅𝑇 =
1
17𝛺
+
1
1
+
12𝛺 25𝛺
= 17Ω
=
= 𝟓. 𝟒 Ω
𝑅
73.- calcula el valor de la resistencia que al conectarse en paralelo con otro de 28Ω reduce la
resistencia de un circuito de 8Ω
DATOS
𝑅 = 28Ω
𝑅𝑇 = 8Ω
𝑅 =?
FORMULA
1
1
1
=
+
𝑅𝑇
𝑅
𝑅
1
1
1
=
−
𝑅
𝑅𝑇 𝑅
SUSTITUCION Y RESULTADO
= 8𝛺 + 8𝛺= 0.089Ω
𝑅
𝑇
𝐑𝟏 =
𝟏
𝟏𝟏.𝟐
Ω
74.- Determina la equivalencia equivalente de cuantas resistencias cuyos valores son: = 3Ω
=
1Ω
= 4Ω = 2Ω conectados primero en serie y luego en paralelo.
SUSTITUCION Y RESULTADO
𝑅𝑇 =10Ω
DATOS
FORMULA
𝑅𝑇 = 𝑅 +𝑅 +𝑅 +𝑅
𝑅𝑇 = 2.08
𝑅𝑇 =
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1
𝑅1
+
1
1
1
+ +
𝑅2 𝑅3 𝑅4
34
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MATERÍA: FÍSICA
75.- Elabora un dibujo que resistencia la conexión en serie de 3 focos de 40Ω 50Ω 60Ω
respectivamente conectados a una batería de 40v. Calcula:
a) La intensidad de la corriente que circule por el circuito
b) La caída de tensión en cada resistencia
FORMULA
DATOS
SUSTITUCION Y RESULTADO
𝐼
𝑉
𝐼𝑅
1
V1=IV1
V2=IV2
V3=IV3
𝐑 𝟏 = 40Ω
𝑹𝟐 = 50 Ω
𝐑 𝟑 = 60Ω
60Ω
-
40v
+
76.-De acuerdo con el circuito electrónico representado en la siguiente figura, Calcula:
a) La resistencia equivalente del circuito.
b) La intensidad total de la corriente que circula por el circuito
c) El valor de la intensidad de la corriente que circula por cada resistencia
DATOS
FORMULA
𝑅𝑇 = 𝑅 +𝑅 +𝑅
SUSTITUCION Y RESULTADO
𝑅𝑇 = = 10.71 Ω
𝑉
𝐼𝑅
1
𝐈 = 1.86v
77.- Siete focos de Navidad con una resistencia de 30Ωcada uno, se conecta en serie con una
diferencia de potencial de 90v. Calcula:
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MATERÍA: FÍSICA
a)La resistencia equivalente del circuito
b)la intensidad de la corriente que circula por cada resistencia
c)La caída de tensión en cada unos de los focos
78.- Dibuja un circuito que representa 3 resistencias de 19Ω ,25Ω, y 30Ω respetivamente
conectados en paralelo a una botella de 40v. Calcula:
a)La resistencia equivalente del circuito
b)La intensidad de corriente suministrada por la batería
c)El amperaje que circula por cada resistencia
DATOS
FORMULA
V=40V
𝑅𝑇 =
𝑉
𝐼=𝑅
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1
𝑅1
+
SUSTITUCION Y RESULTADO
1
𝑅2
𝑅𝑇 = 7.9Ω
1
𝑅3
+
⬚
36
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MATERÍA: FÍSICA
79.- Si una batería con una fem de 12v y una resistencia interna 1Ω, se conecta a dos resistencia
en serie de 5 y 10Ω respetivamente como sebe en la figura Calcula:
a)La
resistencia
total
del
circuito
b)La
intensidad
de
la
corriente
que
circula
por
el
circuito
c)La
caída
de
tensión
en
cada
una
de
las
resistencias
d)El voltaje real suministra la batería cuando está cerrado el circuito
DATOS
FORMULA
𝑅𝑇 = 𝑅 +𝑅 +𝑅 +𝑅
SUSTITUCION Y RESULTADO
𝑅𝑇 117Ω
𝑣=12v
𝑉
𝐼𝑅
1
80.- En cada una de las siguientes conexiones mixtas de resistencia, determina
a)La
resistencia
equivalente
de
circuito
b)La intensidad de la corriente total que circula por el circuito
1)DATOS
FORMULA
SUSTITUCION Y RESULDAO
R1=60Ω
Rt=R1+R2+R3+R4
Rt=60Ω+30Ω+27Ω
R2=30Ω
Rt = 117Ω
R3=45Ω
R4=70Ω
I=V/R
I=15V/117Ω
I =0.13 A
Rt=1/45+1/70
Rt =0.02+0.014
Rt=0.036
Rt =27Ω
2)DATOS
R1=2Ω
R2=1.28Ω
R3=6Ω
R4=0.5Ω
R5=2Ω
R6=4Ω
3)DATOS
R1=6Ω
R2=1.55Ω
R3=7Ω
R4=8Ω
FORMULA
Rt=R1+R2+…RN
SUSTITUCION Y RESULTADO
Rt=2Ω+1.28Ω+6Ω+0.5Ω+2Ω+4Ω
Rt =15.8Ω
I=V/R
I=12V/15.8Ω
I=0.75 A
FORMULA
Rt=R1+R2+…RN
SUSTITUCION Y RESULTADO
Rt=6Ω+1.55Ω+7Ω+8Ω
Rt=22.6Ω
I=V/R
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I=18V/22.6Ω
I =0.8 A
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MATERÍA: FÍSICA
CAPACITORES ELÉCTRICOS
Un capacitor eléctrico es un dispositivo empleado para almacenar cargas
eléctricas, también se llama condensador. La capacidad o capacitancia de un
condensador se mide en Faradios (F) que es la unidad derivada de capacitancia eléctrica
formada por la relación entre Coulomb y Volts (V).
Matemáticamente se expresa de la forma siguiente:
C=Q
V
Donde:
C = capacidad del capacitor, en Farads (F)
Q = carga almacenada por el capacitor, en Coulombs (C)
V = voltaje entre las placas del capacitor, en volts (V)
TAREA: INVESTIGAR CAPACITORES: CERÁMICOS, ELECTROLÍTICOS,
TANTALIUM
ONDAS Y TIPOS DE ONDAS
Ondas Electromagnéticas.
Teoría de Maxwell de las ondas electromagnéticas. En 1873 el científico
escocés, James Clero Maxwell, que se había interesado por los descubrimientos sobre
electromagnetismo de Oersted y Faraday, demostró
por medio de ecuaciones
matemáticas que el movimiento de las cargas eléctricas originan un campo eléctrico y
magnético que emite ondas electromagnéticas. Afirmó también que emite ondas
electromagnéticas. Afirmó también que cuando se conocieran estas ondas, se observaría
que tiene la misma velocidad de la luz: 300 000 km/s
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38
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MATERÍA: FÍSICA
Fuente: Rincón. Ondas electromagnéticas. 1991
El científico alemán Heinrich Hertz, creyó que si una carga eléctrica en
movimiento podía emitir las ondas electromagnéticas, ésta podía transformarse
nuevamente en cargas eléctricas.
En 1888 realizó los experimentos que demostraron la existencia de las
ondas electromagnética, las pudo producir y detectar por medio de un aparato que él
mismo construyó.
El aparato es un oscilador eléctrico.
Las ondas electromagnéticas llamadas también hertzianas, se caracterizan
por su velocidad, que es igual a la de la luz, su longitud de onda y su frecuencia no. La
frecuencia es tanto mayor cuando menor es la longitud de la onda.
Los diferentes tipos de ondas electromagnéticas que forman el espectro
electromagnético son las siguientes:
Nombre
Como son detectadas
Ondas de radio
Radio y televisión
Calor o rayos
Radiómetro, películas
Infrarrojos
Fotografías especiales
Luz visible
Ojo y cámara fotográfica
Rayos ultravioleta
Materiales fluorescentes,
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MATERÍA: FÍSICA
Películas fotográficas.
Rayos X
Películas fotográficas,
Pantallas fluorescentes.
Rayos gamma
(Emitidos por el radio y otras
Como los rayos X
y electroscopios.
sustancias radiactivas)
ONDAS
El movimiento ondulatorio estudia y analiza todo lo relacionado con las
ondas, en cualquier estado físico de la materia, ya sea sólido, líquido o gaseoso.
Las ondas siempre han existido, ya que siempre ha existido la luz y ésta es
una onda electromagnética, y como los sonidos también producen ondas y siempre ha
habido sonidos es una prueba más de lo antes mencionado, e incluso las ondas más
notorias son las del agua y desde siempre ha existido agua. Las ondas de agua pueden
ser producidas lanzando objetos a ésta o cuando los insectos caminan sobre la
membrana de elasticidad de la misma.
Los movimientos ondulatorios pueden ser de dos tipos tomando en cuenta
como se muevan las partículas del medio: Longitudinales y transversales.
Las ondas son
una propagación de vibraciones producidas
alternadamente. Cabe mencionar que una onda continua tiene como centro emisor una
fuente de la misma forma.
De acuerdo a sus características existen ondas de segunda y tercera
dimensión.
ONDAS MECÁNICAS.
“Una onda mecánica representa la forma como se propaga una vibración o
perturbación inicial, transmitida de una molécula a otra en los medios
elásticos”
El lugar de donde surgen o nacen las ondas se llama foco o centro emisor
de ondas. En este tipo de onda lo que se desplaza es ella, no las partículas del medio,
transmitiendo energía a causa de las perturbaciones provocadas en ella.
Las ondas se clasifican, de acuerdo a las características de las partículas
en movimiento, en longitudinales y transversales. Y de acuerdo a como se propagan las
ondas se clasifican en: lineales, superficiales y tridimensionales.
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MATERÍA: FÍSICA
ONDAS LONGITUDINALES
Se tiene este tipo de ondas cuando las partículas del medio material vibran
paralelamente a la dirección de propagación de onda, o sea, en la misma dirección del
movimiento de la onda; generalmente oscila de arriba a abajo. Se les conoce también con
el nombre de ondas compresariales.
Se propagan en los siguientes medios: sólidos, líquidos y gaseosos.
Un ejemplo de éste tipo de onda son las sísmicas.
Ondas transversales
Este tipo de onda se presenta cuando las partículas del medio vibran o se
mueven en forma perpendicular a la dirección en que se propagó o transmite la onda.
La mayoría de ellas se propagan en medios sólidos
Algunos ejemplos de este tipo de onda son:
- La onda que se produce cuando se arroja un a piedra en un estanque.
- Al mover una cuerda de arriba hacia abajo.
- Las ondas que produce la luz.
Ondas estacionarias
Se producen cuando dos ondas se mueven en direcciones opuestas y se
interfieren. Siendo un patrón de nodos y antinodos.
Nodo es el lugar de la onda donde no hay movimiento y antinodo es el
lugar de la onda donde encontramos el movimiento máximo de ésta.
Fuente: Tippens. Nodo y Antinodo. 2001
Ondas lineales
Son las ondas que se propagan en una sola dimensión.
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41
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MATERÍA: FÍSICA
Ondas superficiales
Este tipo de ondas se propagan en dos dimensiones.
Algunos ejemplos son:
- Las ondas que producen las láminas metálicas.
- Las ondas del agua.
Ondas tridimensionales
Se propagan en todas direcciones o sea hacia todos lados.
Algunos ejemplos son:
- Las ondas producidas por la luz.
- Las ondas producidas por el calor.
- Las ondas producidas por el sonido.
Onda de sonido
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MATERÍA: FÍSICA
Características de las ondas
Longitud de onda.
Es la distancia entre dos frentes o dos crestas de onda, a esta longitud se
representa con la letra griega lamda () y sus unidades de medida son metros sobre ciclo.
1
Frecuencia.
Es el número de ondas emitidas por el centro emisor en un segundo, esta
frecuencia no se altera cuando se transmite de un medio a otro, sus unidades de medida
son ciclos sobre segundo por lo tanto se mide en hertz.
Ciclos/segundos = hertz
La expresión algebraica con la cual se calcula es: F = 1
T
Periodo
Es el tiempo que transcurre al formarse un ciclo de la honda. Y un ciclo es
el tiempo que toma la onda en formar un valle y una cresta completa.
Cuando hay un móvil en movimiento circular se dice que es cuando el móvil
ha dado una vuelta completa.
El periodo es el recíproco de la frecuencia.
Su expresión algebraica es: T = 1
F
Nodo.
Es el punto donde se intersecan o cruzan, la línea de equilibrio y la onda.
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MATERÍA: FÍSICA
Nodo
Elongación
Es la distancia que hay entre un punto de la onda y un punto de la línea de
equilibrio, siendo ésta perpendicular a la línea de equilibrio.
La elongación de la onda puede ser también su amplitud.
1
Amplitud de onda
Es la distancia más grande entre un punto de la onda y la línea de
equilibrio, esta distancia debe ser perpendicular a la línea de equilibrio. Existen dos tipos
de amplitud de onda: amplitud máxima y amplitud mínima.
- Amplitud máxima.- es la distancia que existe entre la cresta de la
onda y la línea de equilibrio.
- Amplitud mínima.- es la distancia que existe entre el valle de la onda
y la línea de equilibrio.
Amplitud de onda
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44
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MATERÍA: FÍSICA
Velocidad de propagación
Es la velocidad con que se propagan los frentes de onda en la misma
dirección, siendo ésta dependiente de las propiedades del medio en el que se viaja,
mientras más elástico sea mayor velocidad habrá; siendo ésta constante en cada medio.
La expresión algebraica con que se calcula la velocidad de propagación es:
V = .
T
Siendo:
V = Velocidad.
 = longitud de onda.
T = Periodo.
Teniendo presente que:
T= 1
F
Siendo:
T = Periodo.
F = Frecuencia.
Entonces:
V = () (F)
En una onda transversal se utiliza la siguiente expresión algebraica para
calcularla:
V=
F
m
l
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45
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MATERÍA: FÍSICA
Siendo:
F = tensión de la cuerda.
m = masa de la cuerda.
l = longitud de la cuerda.
En una onda longitudinal.
- En un medio sólido.
V=
E
P
Siendo:
E = el módulo Young
P = la densidad.
- En un medio líquido.
V=
B
r
Siendo:
B = módulo volumétrico.
r = radio.
- En un medio gaseoso.
V=
Pr
P
V=
RTr
M
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MATERÍA: FÍSICA
Siendo:
r = exponente del proceso adiabático que relaciona el calor
específico de los gases a presión constante entre el calor específico a volumen constante.
P = densidad.
P = presión.
R = constante de los gases.
T = temperatura.
M = peso molecular.
PROPIEDADES DE LAS ONDAS
Reflexión
Se presenta cuando encuentra un obstáculo que impide propagarse,
chocan y cambian de sentido sin modificar sus características. Las ondas al chocar
también se dice que se reflejan.
El ángulo de reflexión de la onda es igual al ángulo de choque o de
incidencia. Siendo este un ángulo del rayo de la onda incidente.
Superposición
“Es el desplazamiento que experimenta una partícula vibrante equivalente a la
suma vectorial de los desplazamientos que cada onda le produce”1
Interferencia
Este fenómeno ocurre cuando se sobreponen dos o más trenes de onda, o
cuando dos ondas pasan sobre la misma región del espacio al mismo tiempo.
Interferencia constructiva
Es cuando los dos trenes de onda tienen la misma frecuencia y longitud de
onda y con el mismo sentido; entonces la onda que resulta tiene la misma frecuencia,
pero mayor amplitud.
Interferencia destructiva
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MATERÍA: FÍSICA
Ocurre cuando se sobreponen dos ondas con diferente fase y las
amplitudes se oponen entre sí.
Refracción
Es cuando pasan las ondas de un medio a otro de distinta densidad o su
velocidad es diferente, se conoce con el nombre de refracción; También cuando se tiene
el mismo medio pero en condiciones diferentes.
Difracción
Se da cuando una onda encuentra un obstáculo y lo rodea o lo contornea,
la cantidad de difracción depende de la longitud de onda y del tamaño del obstáculo.
Ondas sonoras
Estas ondas son mecánicas longitudinales, como por ejemplo las que
trasmiten el sonido que en adelante llamaremos solo sonido. El sonido se produce cuando
vibra un cuerpo con una frecuencia entre los 16 ciclos/segundo y 20 000 ciclos/segundo.
Cuando un sonido es menor de ésta frecuencia es infrasónico y cuando es mayor es
ultrasónico. El sonido se propaga a través de medios elásticos pero nunca en el vacío.
Su unidad de medida es: ciclos/segundo = hertz. Por Heinrich Hertz, que
fue el primero en emitir y recibir ondas de radio.
SONIDO
Acústica
Es la parte de la física que se encarga de estudiar lo relacionado con el
sonido.
Producción del sonido
El sonido es un movimiento ondulatorio, que se transmite a través de un
medio elástico, siendo una perturbación de compresión que viaja a través de un material,
si no hay material éste no puede trasladarse, por lo tanto no hay sonido en el vacío.
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MATERÍA: FÍSICA
Fenómenos acústicos
Reflexión
Se produce cuando las ondas sonoras se reflejan al chocar con un
obstáculo duro.
Eco
Se origina al reflejarse un sonido siendo la repetición de éste. Para
escuchar el eco se debe uno de esperar 0.1 segundos.
En la marina utilizan un instrumento que se llama sonar y con él miden la
profundidad del mar gracias al eco que éste aparato reporta.
Resonancia
Se da cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro o vibra el mismo
con la misma frecuencia. Las corrientes de aire pueden hacer vibrar una construcción de
tal manera que hay resonancia entre ella tanto que a veces produce su propia
destrucción.
Reverberación
Es cuando gracias al eco un sonido después de cierto tiempo aún persiste
en un local o lugar cerrado.
Propagación del sonido
Velocidad del sonido
La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s.
La velocidad del sonido en los gases se calcula mediante la siguiente
expresión algebraica:
V=
RTr
M
Siendo:
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49
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MATERÍA: FÍSICA
r = relación de los calores específicos de los gases.
R = constante de los gases.
T = temperatura.
M = peso molecular.
La velocidad del sonido se incrementa en 0.6 m/s por cada grado
centígrado que aumenta la temperatura.
La velocidad del sonido al aire a 0º C. es de 331 m/s siendo igual que 1086
pies/segundo.
La velocidad del sonido es distinta en cada uno de los estados físicos. Por
ejemplo a una temperatura de 20 grados centígrados en:
-
el aire es de 344 m/s
el agua es de 1 460 m/s
el acero es de 4 990 m/s.
Efecto Doppler
Se llama así en honor a Christian Johann Doppler, ya que fue el primero en
explicar éste efecto. El efecto Doppler es un cambio aparente en la frecuencia de un
sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente sonora.
La fuente sonora es el lugar de donde se desprende el sonido en forma de
ondas.
El sonido cambia de acuerdo si el observador o la fuente sonora se acercan
o se alejan. Si el observador o la fuente sonora se acerca el sonido se va haciendo más
agudo y si se aleja cualquiera de los dos se va haciendo más grave.
Para calcular la frecuencia del sonido se tienen los siguientes casos:
a) Para calcular la frecuencia, cuando la fuente sonora esta en movimiento
y el observador en reposo, se tiene la siguiente expresión algebraica.
Si la fuente sonora se aleja: F’ = F V
V+v
Si la fuente sonora se acerca: F’ = F V
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50
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MATERÍA: FÍSICA
V–v
Siendo:
F’ = la frecuencia aparente escuchada por el observador, se mide
en ciclos/s.
F = frecuencia real sonido emitido por la fuente sonora, se mide en
ciclos /s.
V = velocidad del sonido en el aire, se mide en m/s
v = velocidad de la fuente sonora, se mide en m/s
b) Para calcular la frecuencia cuando el observador se encuentra en
movimiento y la fuente sonora está en reposo se tiene la siguiente expresión algebraica.
Si el observador se acerca: F’ = F (V + v)
V
Si el observador se aleja: F’ = F (V – v)
V
Siendo: F’ = frecuencia aparente escuchada por el observador, se mide en
ciclos/s.
F = frecuencia real del sonido emitido por la fuente sonora, se
mide en ciclos/s.
V = velocidad del sonido en el aire, se mide en m/s.
v = velocidad de la fuente sonora, se mide en m/s.
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MATERÍA: FÍSICA
Ejemplo:
81.- “Una patrulla lleva una velocidad de 50km/h y su sirena suena con una frecuencia de
80 Hz. ¿Qué frecuencia aparente escucha un observador que esta parado?, cuando:
a) La ambulancia se acerca a él.
b) La ambulancia se aleja de él. Considere la velocidad del sonido en el aire
de 340m/s.
Datos
Fórmula
V = 70Km/h
a) F´= F V
F = 80 Hz.
V+v
F´ =?
b) F’ =
V =340m/s
FV
V–v
Conversión de Unidades
50 Km x 1000 m x 1 h =13.8888 m/s
h
Km
3600s
Sustitución y resultados.
a) F´= 80 ciclos/s x 340 m/s = 76.8602 Hz
340 m/s + 13.88 m/s
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MATERÍA: FÍSICA
b) F´= 80 ciclos/s x 340 m/s = 83.4071 Hz
340 m/s - 13.88 m/s
ÓPTICA
Al estudio de las características y manifestaciones de la energía luminosa
o comúnmente llamada luz, se le denomina óptica.
La óptica estudia diversos fenómenos que se refieren al recorrido de los
rayos luminosos cuando interactúan con los diversos materiales de nuestro entorno, así
como los fenómenos que tienen relación con su naturaleza ondulatoria y su efecto al
interactuar con los átomos que forman la materia misma.
El comprender los fenómenos ópticos es de suma importancia para el ser
humano, porque la luz es la que nos permite conocer el mundo, para así poder utilizar su
comportamiento en aplicaciones reales que nos permitan mejorar nuestro conocimiento
de la naturaleza y nuestra calidad de vida.
Justo por estas razones, el estudio de la óptica se divide en 3 temas
básicos:
 Óptica física.
 Óptica electrónica
 Óptica geométrica.
Así pues, cuando un fenómeno pueda ser explicado de acuerdo a la
naturaleza ondulatoria de la luz, corresponderá su estudio a la óptica física, como son, por
ejemplo, la interferencia, polarización y difracción de la luz.
No siempre pueden explicarse los fenómenos de acuerdo a la teoría
ondulatoria de la luz, como por ejemplo la emisión de colores por algunas sustancias. La
teoría cuántica nos dice que la luz viaje en forma de quantos o paquetes de energía
llamados fotones, que al interactuar con los electrones de la materia los promueven o
excitan a estados energéticos mayores. Al reacomodarse los electrones en sus orbítales
originales se desprenden de la energía en forma de radiación o luz con longitud de onda
determinada y específicas para cada tipo de sustancia. Estos fenómenos los estudia la
óptica electrónica.
De la óptica geométrica diremos que estudia el comportamiento de los rayos
luminosos al interactuar con espejos o superficies diversas y también cuando pasa a través de
diversos materiales o medios transparentes como los lentes, prismas y diversos sólidos líquidos o
gases. Los rayos luminosos son emitidos o reflejados por algunos cuerpos y viajan siempre en
línea recta. De acuerdo a este planteamiento, la óptica geométrica utilizará los principios
fundamentales de la geometría plana para explicar las trayectorias de éstos haces de luz. Sin
duda, esta parte de la óptica resultará muy familiar para el lector, porque es la que observa con
mayor frecuencia en su vida cotidiana.
Recordemos que las fuentes luminosas conocidas son el sol, los focos eléctricos,
las velas y lámparas de combustión, los cerillos y fogatas por mencionar algunos. El lector deberá
comprender que todas estas fuentes tienen en esencia la misma naturaleza, que despenden luz en
forma de rayos luminosos y que estos son una forma de energía llamada radiación
electromagnética.
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MATERÍA: FÍSICA
Otros cuerpos no son fuente de luz. A estos se les llama objetos iluminados y pueden ser opacos,
semiopacos y transparentes. Los cuerpos opacos no dejan pasar la luz a través de ellos y pueden
o no reflejarla, como el caso de una pared. Los cuerpos traslúcidos dejan pasar parcialmente la luz
y retienen o reflejan otra parte, o la luz se dispersa, como es el caso de unos lentes oscuros (lentes
para el sol) y el vidrio esmerilado. Los cuerpos transparentes permiten el paso de la luz a través de
su estructura física, como es el caso de los cristales de una ventana.
Naturaleza y propiedades de la luz
Viajando un poco en la historia nos damos cuenta que la luz siempre ha inquietado al ser humano.
Muchos hombres han tratado de explicar ese fenómeno y aplicarlo para solucionar algunas de sus
necesidades, por ejemplo, se cuenta una anécdota de Arquímedes, unos 300 años antes de Cristo,
quien aprovecho sus conocimiento acerca de la propagación de la luz para quemar las naves de un
ejercito invasor. Se cuenta que formó a miles de soldados en la costa en forma de semicírculo y
con ayuda de sus escudos metálicos perfectamente pulidos, reflejó la luz del sol hacia los barcos
enemigos incendiándolos debido a la concentración de los rayos sobre un punto.
Al hacer uso de la luz con algún fin el hombre demuestra que conoce el fenómeno
muy bien, pero eso lleva sin duda un proceso, primero, se tuvo que observar el comportamiento de
este tipo de energía, para conocer las leyes que lo rigen, después se pudo utilizar para diversos
propósitos.
Los científicos de épocas pasadas sentaron los principios sobre los cuales ahora
podemos utilizar la luz en nuestras actividades actuales a la hora que lo deseemos. Newton por
ejemplo, nos presenta una hipótesis donde se presenta a la luz con una naturaleza corpuscular.
Casi literalmente decía: “la luz son multitudes de inimaginables pequeños y velocísimos
corpúsculos de varios tamaños”. Esto nos indica que la luz actúa como una partícula que viaja en
el espacio de forma similar a muchas balas disparadas por una pistola. Esto explicaba
perfectamente la propagación rectilínea de la luz, la reflexión y la refracción de los rayos luminosos
(la desviación que sufre un rayo de luz al pasar de un medio físico a otro diferente), pero no pudo
explicar otros fenómenos como la interferencia (superposición de ondas) y la difracción (rodeo que
hace una onda al encontrarse con un objeto en su trayectoria) de la luz.
Es Cristian Huygens, quien presenta una segunda hipótesis acerca de la
naturaleza de la luz, donde la describe con un carácter ondulatorio, es decir que la luz no es una
partícula, sino una onda, que viaja en el espacio dela misma manera que las ondas que se forman
en la superficie del agua al ser golpeada por un proyectil o como lo hace el sonido que viaja como
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una vibración ondulatoria del aire. Esta segunda teoría explicaba perfectamente los fenómenos de
interferencia y difracción de la luz, pero no pudo explicar como viajaba la luz en el vacío.
Nuevamente se tuvo que pensar en una explicación y así nació el concepto de
2
éter , que era, según el pensamiento de la época, una sustancia elástica e indetectable que
“llenaba” el universo y que las ondas de luz utilizaban como medio para poder transportarse.
Destacan en este campo Joung y Fresnel. El concepto no pudo sostenerse debido a que
presentaba contradicciones, pues para poder explicar la velocidad de la luz (alrededor de 300 000
Km/s) debería tener una densidad casi nula y una elasticidad casi infinita.
Tiempo después James C. Maxwell presentó una nueva hipótesis en la cual
describía a la luz como ondas electromagnéticas, que no necesitaban de un “éter” para
transportarse. Se afirmó en esa época que la luz viajaba a velocidad constante en el vacío
e independiente del sistema de referencia que se tome.
Investigando Hertz en 1887, observó un nuevo fenómeno, llamado efecto
fotoeléctrico, que es la transformación de la luz en corriente eléctrica, que se produce
cuando la luz que choca con una placa metálica provoca que los electrones del metal se
“muevan” provocando una diferencia de potencial. Este fenómeno solo puede ser
explicado si la luz es un conjunto de partículas que bombardean el metal. Albert Einstein
recibió el premio Nobel en 1921 por establecer la ley del efecto fotoeléctrico.
Nuevamente se descubrió un fenómeno interesante y complejo, llamado
radiación de cuerpo negro. Un cuerpo negro es un sistema ideal que es capaz de detener
o absorber toda la energía que le llega, en la forma que sea, como térmica o luminosa. Si
se le hace un pequeño orificio por el cual pueda escapar un poco de la radiación de su
interior se observa que sus características de emisión de radiación dependes solo de la
temperatura de sus paredes. Observaciones al respecto obligaron a Max Planck a
proponer una hipótesis nueva, que dice que la energía recibida y emitida por el cuerpo no
es continua sino discreta y directamente proporcional a su frecuencia de onda, o sea:
E = hv
Donde:
E = energía.
H = constante de PLank = 6.626 x 10-24Js
V = frecuencia
Tomando como base la idea de discontinuidad planteada, Albert Einstein
fue más allá afirmando que no sólo la emisión y la absorción de la radiación se verifican
.
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de forma discontinua, sino que la propia radiación es discontinua. Actualmente se
describe a la luz con una naturaleza de onda y partícula a la vez, según el caso. La
concepción es eminentemente mental, no significa que sea una onda o una partícula, sino
que su comportamiento es de onda y partícula a la vez, que se conoce como dualidad
onda-partícula de la luz.
Propagación rectilínea de la luz
Viajando la luz en un mismo medio en línea recta utilizando el tiempo mínimo para hacerlo. En el
vacío lo hace a una velocidad constante de 300 000 km/s.
Importante es el planteamiento que nos dice que la luz viaja en forma rectilínea. Esto se puede
demostrar rápidamente al observar la formación de sombras. Cuando la luz incide sobre un cuerpo
opaco proyecta una sombra del objeto perfectamente definida.
El cálculo de la velocidad de la luz en el vacío y en diversos
materiales se ha realizado por método diverso, algunos mas exactos que otros.
Ya en 1672 el danés Olaf Roëmer calculó la velocidad de la luz en forma
experimental. Estudió una vuelta de un satélite natural del planeta Júpiter. El se dio
cuenta que mostraba variaciones según la época del año teniendo dos valores extremos.
Como el satélite se encontraba girando en torno a el mismo planeta, consideró que se
debía a la posición de la tierra de acuerdo a la época del año, pues la tierra se encuentra
a veces mas cerca del sol y en ocasiones mas alejada. Por esta razón la luz que nos llega
del satélite tardaría más tiempo en llegar al observador cuando éste se encontrase en la
posición más lejana. La diferencia de tiempo debería corresponder a el tiempo que tarda
en viajar la luz a través de la distancia de la órbita terrestre con respecto al sol. En esa
época se había calculado el tamaño de éste diámetro en 300 millones de kilómetro, por lo
que si la diferencia era de 1320 segundos se podía calcular la velocidad de la luz, el
cociente nos indica que la velocidad era de 3X108 km/1320s = 227 000 km/s.
Respondiendo a los adelantos de la época, en 1907 A. Michelson
recibió el premio Nobel por haber calculado la velocidad de la luz utilizando un
aparato de su invención, que consistía en un espejo y una rueda con 8 lados en
los cuales se colocaban espejos. Ésta rueda giraba a velocidad conocida.
Al final y con algunos cálculos simples logró determinar la velocidad
de la luz en exactamente 299 705.49 km/s.
4.1.
Intensidad luminosa
Para estudiar los fenómenos ópticos de forma sencilla, se acude a algunas
simplificaciones útiles. La primera es que se considera un haz de luz al conjunto de rayos que
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parten de una misma fuente luminosa. Por simple observación nos damos cuenta que si la fuente
está muy alejada, es como si los rayos fueran paralelos. Por el contrario, si está muy cercana,
parece que los rayos se emiten en forma cónica. Para efectos prácticos, se considera que así es y
es llamada ley fundamental de la óptica.
Otra consideración es que las fuentes luminosas se consideran puntuales, tal como
si estuvieran concentradas en un punto, del cual emergen rayos de luz o líneas rectas en todas las
direcciones.
Seguramente nos hemos dado cuenta que un foco colocado cerca de nosotros
ilumina mejor que un foco similar colocado un poco más retirado. Sin embargo la intensidad de la
fuente es la misma.
La intensidad luminosa se define entonces como la cantidad de luz emitida por una
fuente de luz. En el sistema internacional (SI) la intensidad luminosa se mide en candela (cd)
2
definida como 1/60 de la intensidad luminosa que emite 1 cm de un cuerpo negro a la temperatura
del punto de fusión del platino (1 773°C).
La cantidad de luz que recibe una superficie se mide en lux (Ix), que es la
2
iluminación producida por una candela en una superficie de 1 m que se encuentra a un metro de
distancia.
El flujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que llega a una superficie
colocada en forma perpendicular que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal
(perpendicular) a los rayos de luz.
La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen (lu), definida como el flujo
luminoso recibido por una superficie de 1 m2, limitada dentro de una esfera de 1 m de radio y en
cuyo centro se encuentra una fuente con una intensidad luminosa de una candela durante un
segundo.
La potencia de una fuente luminosa se expresa comúnmente en watts. Un watt equivale a 1.1
candelas.
Como se mencionó anteriormente, la iluminación que proporciona una fuente
luminosa depende de la distancia a la que se encuentre del objeto iluminado, que se conoce como
ley de iluminación, que dice que la iluminación que recibe un área determinada es directamente
proporcional a la intensidad de la fuente luminosa e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que separa la superficie de la fuente.
Matemáticamente se expresa como:
E= I.
d2
Donde:
E = iluminación (lx)
I = intensidad de la fuente luminosa (cd)
d = distancia entre la fuente y la superficie (m)
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Espectro electromagnético
Que la luz sea una radiación electromagnética que viaja a través del espacio con
un momento ondulatorio es un concepto que debemos tener, pero es preciso definir algunos
términos que se utilizan para describir éste tipo de radiaciones electromagnéticas.
entre 2 puntos de la onda que describen. Éstos puntos deben ser similares, como el caso de un
máximo y otro o de 2 mínimos, o bien la distancia recorrida por la onda entre dos puntos que están
en concordancia con la fase de la onda. La unidad es el metro. El periodo es el tiempo que tarda
una onda para recorrer la distancia de una longitud de onda. Se expresa en segundos y la
frecuencia es el inverso del período. Su unidad es el hertz. Una onda entonces, se caracteriza por
3 magnitudes: Período, frecuencia y longitud de onda.
Intensidad o brillo de la radiación es otro de los términos muy utilizados y es
proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda. La amplitud de la onda se refiere a la altura
entre un punto máximo y la profundidad de un mínimo.
Justo en el vacío la velocidad de la luz mas exactamente medida es de 2.9979 X
8
10 m/s. Esta velocidad calculada es la misma para todas las radiaciones electromagnéticas,
independientemente de su longitud de onda o amplitud, pero por conveniencia se le da el nombre
universal de velocidad de la luz y se representa por la literal c.
Aquí se ha hablado acerca de la luz, de sus características de onda y partícula, de
su velocidad en el vacío, de la difracción e interferencia, como si la luz no tuviera algunas
diferencias.
Debemos entonces afirmar que la luz es solo una parte de la radiación
electromagnética. Esta comprende una gama amplia de radiaciones que se diferencias una de otra
por su longitud de onda. La longitud de onda se mide en metros y es muy grande los tipos de
longitudes que existe. Las radiaciones con menor longitud de onda son mas energéticas y tienen
mayor penetración, como es el caso de los rayos gamma y rayos x, capaces de atravesar la
materia aún con grosores respetables (estas radiaciones son ionizantes). Las radiaciones de onda
larga, tales como las señales de radio y televisión son menos energéticas y con poca penetración.
En la tabla siguiente se muestra aproximadamente la posición de las radiaciones en una escala
logarítmica. Nótese que la luz visible o blanca esta formada por varias radiaciones en la que la
longitud de onda puede asociarse con un color.
Así pues, nuestros ojos pueden percibir solo una pequeña cantidad en la escala
de longitudes de onda, entre 400 y 750 nanómetros (nm), pero es prácticamente ciego para
-9
percibir toda la escala electromagnética. Un nanómetro es igual a 10 metros. En algunos libros se
-10
utiliza otra forma de medir la longitud de onda y es el ángstrom (A), que equivale a 10 metros.
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Tabla radiaciones electromagnéticas


ultravioleta
(m)
-13
10
(nm)
Rayos
gamma
Violeta
-11
10
400
-10
10
Rayos x
-9
Azul
10
-7
10
-6
10
Radiación
infrarroja
-5
10
500
Luz visible (Blanca)
Radiación
ultra
violeta
-8
10
Verde
Amarillo
600
Naranja
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
700
Rojo
Ondas de
radio y
T.V.
microondas
infrarrojo
10
800
AVVQ
Color
La luz blanca está compuesta por radiaciones electromagnéticas de varias longitudes de onda
que van mezcladas y al incidir con las células de la retina del ojo, las estimula y el cerebro
puede interpretar las señales que el ojo le manda. Cada color entonces puede conceptual izarse
como radiación de una sola longitud de onda. Cuando la luz del sol (luz blanca) o de una fuente
luminosa incide sobre un cuerpo, éste de acuerdo con su composición química absorbe
determinado tipo de ondas. Otras son reflejadas porque no pueden interaccionar con la materia
en forma íntima y éstas son las responsables del color de ese material. Por ejemplo, una pared
pintada de rojo, absorbe las radiaciones de diversas longitudes de onda pero reflejas las rojas,
porque no puede absorberlas, el resultado es que el ojo las ve rojas.
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Reflexión de la luz
La luz se refleja al incidir en la superficie de los cuerpos y cambia de dirección,
propagándose en sentido inverso, de forma similar al rebote de una bola de billar cuando es
chocada contra la banda de la mesa. Como se explicó en el tema color, las ondas de luz rebotan
en la superficie de los objetos que no pueden absorberla o dejarla pasar y gracias a ese efecto la
luz puede llegar al ojo y así el cerebro puede percibir los objetos. Esto quiere decir que si un objeto
no es iluminado permanecerá invisible, mientras que la multitud de rebotes de la luz sobre un
objeto, revelarán al cerebro humano, por medio del ojo, los detalles del objeto.
La reflexión regular tiene lugar cuando la superficie es lisa completamente, como es el caso de un
espejo. Un espejo entonces puede definirse como una superficie pulimentada que refleja
ordenadamente los rayos de luz. Por esta razón un espejo puede reflejar la imagen de otro objeto,
mientras que los objetos rugosos solo pueden reflejar su propia imagen. El punto donde un haz de
luz (rayo incidente) choca con un espejo se llama punto de incidencia y el haz de luz reflejado (rayo
reflejado) formará un ángulo determinado con una línea imaginara perpendicular al espejo (normal)
que recibe el nombre de ángulo de reflexión. Por su parte, el ángulo formado por el rayo incidente y
la normal se llama ángulo de incidencia
El ángulo de incidencia (θ1) es el formado por el rayo incidente (R1) y la normal (N).
El ángulo de reflexión (θ2) es el que forma la normal (N) y el rayo reflejado (R 2). Con la ayuda de
estos conceptos podemos ahora anunciarse las leyes de la reflexión.
LEYES DE LA REFLEXIÓN
Primera ley de la reflexión
El rayo incidente (R1), la normal (N) y el rayo reflejado (R2) se
encuentran sobre un mismo plano.
Segunda ley de la reflexión
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El ángulo de incidencia
Matemáticamente se expresa así:
es
igual
al
ángulo
de
reflexión.
1 = 2
4.2.
Refracción de la luz
Se llama refracción de la luz al cambio de dirección que le ocurre a
un haz de luz cuando atraviesa la superficie de dos medios o materiales
transparentes que tienen naturalezas diferentes. Un ejemplo es cuando la luz
pasa del aire al agua, cuando pasa a través de lentes, del ojo humano, de
instrumentos ópticos como el microscopio y el telescopio.
La velocidad con que la luz se propaga en el vacío es constante,
pero al interactuar con medios materiales diversos, modifica su velocidad, siendo
un poco menor. Por ejemplo, en el vidrio común la velocidad es de cerca de 200
000 km/s, mientras en el agua de unos 225 000 km/s.
Indice de refracción absoluto
Si aplicamos el concepto anterior, se puede definir el índice de
refracción absoluto como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la
velocidad (v) de la luz en el medio (n). Matemáticamente se expresa como:
n=c
v
Donde:
n = índice de refracción absoluto.
c = velocidad de la luz en el vacío.
v = velocidad de la luz en el medio.
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MATERÍA: FÍSICA
Dado que la velocidad de la luz es siempre constante y máxima en el
vacío, la relación siempre debe ser menor de 1.
Índice de refracción relativo
Cuando la luz viaja de un del medio material a otro, la relación entre
las velocidades de la luz en medios (v1 y v2) se define como el índice de refracción
relativo (n12). Matemáticamente se expresa como:
n12 =
v1
v2
Donde:
n12 = índice de refracción relativo.
v1 = velocidad de la luz en el medio 1.
v2 = velocidad de la luz en el medio 2.
y en términos de índices de refracción absolutos:
c
n12
=
n1
c
n2
n1
n2
Donde:
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=
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n12 = índice de refracción relativo.
n1 = índice de refracción del medio 1.
n2 = índice de refracción del medio 2.
c = velocidad de la luz en el vacío.
En el caso de ésta segunda ecuación, el valor del índice de
refracción relativo puede tomar valores mayores o menores de 1. si el índice de
refracción n12 es mayor de 1 significa que la luz se mueve más rápido en el medio
1 que en el 2.
Leyes de la refracción
Análogamente a las leyes de reflexión, las leyes de refracción
pueden expresarse utilizando los conceptos de rayo incidente, normal y ángulo
refractado, siendo éste último el ángulo formado entre el rayo refractado y la
normal a la superficie de los medios en cuestión. La figura siguiente lo muestra
gráficamente.
Al igual que las leyes de la reflexión, las de la refracción poseen un
fundamento experimental. Junto con los conceptos de rayo incidente (R 1), normal
(N) y ángulo de incidencia (R2), es necesario considerar ahora el rayo refractado y
el ángulo de refracción o ángulo () que forma la normal y el rayo refractado.
LEYES DE LA REFRACCIÓN
Primera ley de la refracción.
El rayo incidente (R1), la normal (N) y el rayo refractado (R2), se
encuentran en el mismo plano.
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Segunda ley de la refracción (Ley de Snell).
El seno del ángulo de incidencia () y el seno del ángulo de
refracción () son directamente proporcionales a las velocidades de la luz en los
medios 1 y 2, por lo tanto a los índices de refracción. Matemáticamente se
expresaría así:
sen Θ1
= n2
sen Θ2
n1
n1sen Θ1 = n2sen Θ2
ó
Donde:
n1 = índice de refracción del medio 1.
n2 = índice de refracción del medio 2.
Θ1 = ángulo de incidencia.
Θ2 = ángulo de reflexión.
El índice de refracción es mayor cuando la densidad del material
aumenta, pues la luz encuentra más resistencia o dificultad para propagarse. La
tabla siguiente muestra los índices de refracción de algunas sustancias comunes.
Material
Índice de
Material
Índice de
Refracción
refracción
(n)
(n)
Acetona
1.36
Jarabe de sacarosa 80%
1.49
Agua a 20º C
1.33
Lucita
1.5
Aire a tpn
1.00
Poliestireno
1.55
Benceno
1.50
Polietileno
1.53
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Cloruro de sodio
1.54
Zafiro
1.77
Cuarzo fundido
1.46
Vidrio crown
1.52
Diamante
2.42
Vidrio flint denso
1.90
Disulfuro de carbono
1.63
Vidrio flint normal
1.65
Etanol
1.36
Vidrio óptico
1.52
Jarabe 30% sacarosa
1.38
Vidrio pyrex
1.51
Fluoruro de sodio
1.33
Yoduro de metileno
1.74
Vieyra. Tabla de índices de refracción
INTERFERENCIA
Las fuentes de luz que emiten ondas de luz de la misma longitud de onda
fuentes emisoras coherentes. Estas fuentes pueden producir un fenómeno llamado
interferencia.
T. Young descubrió el efecto mencionando que si dos haces de luz
llegan al mismo plano, sus ondas sumarán sus efectos (superposición de las
ondas) y si llegan desfasados, para obtener el valor de su efecto combinado se
suman algebraicamente.
La interferencia se utiliza en forma práctica para mejorar la intensidad
de la luz trasmitida, sobre todo en instrumentos ópticos como por ejemplo en
lentes, cámaras y microscopios. A los lentes antirreflejantes se les coloca una
capa de una sustancia química del mismo espesor que la longitud de onda,
creando una interferencia destructiva, por lo que los reflejos “no se ven”.
Difracción
La radiación electromagnética viaja siempre en línea recta, pero
cuando encuentra un obstáculo en su camino o cuando pasa por una abertura
pequeña, ocurre un fenómeno que consiste en que los rayos se curvan un poco,
hecho que corrobora la naturaleza ondulatoria de la luz. A éste fenómeno se llama
difracción.
Polarización
Los cristales están formados por átomos ordenados perfectamente,
formando redes o estructuras geométricas con acomodos uniformes. Se podría
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MATERÍA: FÍSICA
decir que los cristales están formados por canales paralelos de átomos ordenados.
La luz pasa fácilmente a través de los canales en el sentido de acomodo de éstos,
pero se cortará éste flujo si lo hace en sentido perpendicular a éste acomodo
cristalino. El resultado es que el cristal permitirá el paso solo de un tipo de ondas,
pero dejará fuera las que no puedan fluir por la estructura del cristal. A éste tipo de
ondas se les denomina polarizadas y al cristal que produce el fenómeno se le
llama polarizador plano.
Imágenes
Generalmente la luz que procede de una fuente o de un objeto iluminado
llega a nuestros ojos y estimula las células de la retina debido a que es enfocada por la
córnea. En otras palabras ha sufrido transformaciones debidas a los fenómenos ópticos
de reflexión y refracción. Al chocar la luz con una superficie forma una imagen. Todos los
aparatos ópticos desde un simple espejo hasta las complicadas cámaras de fotografía
digital proporcionan imagen formada por luz que proviene de un objeto o fuente luminosa.
Pero la formación de estas imágenes se rigen por leyes concretas y
puede ser manipulada a conveniencia porque se conoce bien el fenómeno. Estas
leyes que relacionan a los objetos con sus imágenes, son estudiadas por la óptica
geométrica, sobre todo si las imágenes son obtenidas por sistemas o aparatos
ópticos. El análisis debe hacerse en forma matemática, que se basa en la
propagación rectilínea de la luz y las leyes de reflexión y refracción, ayudada de
diagramas de rayos o haces luminosos. Sin embargo no debemos perder de vista
que no es un tema teórico sino que pueden observarse los fenómenos en forma
práctica.
ESPEJOS
Los espejos, como ya se mencionó, son superficies pulimentadas
que reflejan los rayos de luz casi en su totalidad. Estos espejos pueden tener
formas y tamaños diversos y por lo tanto también utilidades variadas. Sin
embargo, estudiaremos 3 tipos de espejos que son los más comunes y utilizados
por el ser humano en los aparatos ópticos de uso cotidiano. El espejo plano y los
espejos esféricos.
Como su nombre lo indica, una superficie reflejante plana es un espejo plano. Los espejos
esféricos son esferas reflejantes o superficies que resultan cuando una esfera reflejante
es cortada por un plano. Estos espejos esféricos pueden a su vez, ser clasificados en 2
grupos, los cóncavos y los convexos. Un espejo cóncavo tiene la superficie reflejante en
la cara interior de la esfera, mientras que el convexo la tiene en la parte externa de la
esfera (ver figura de la derecha).
GEOMETRÍA ÓPTICA DE ESPEJOS PLANOS
Las imágenes formadas por un espejo plano se basan en las leyes de la
reflexión. Para el caso de una fuente de luz puntual (P) que produce un rayo incidente RI
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MATERÍA: FÍSICA
sobre un punto de incidencia (I), la formación de su imagen (P’) en el espejo plano (EE’)
estará situada al otro lado del espejo a igual distancia de este (d’) que de la
correspondiente distancia espejo-fuente (d). La línea imaginaria que uniría PP’ será
siempre perpendicular al espejo y paralela a la normal (N) (Observe la figura siguiente).
Si se aplican las consideraciones anteriores para todas y cada una de las
fuentes de luz que tiene un objeto determinado, se deduce que se formaría una imagen
simétrica del objeto (P’) con respecto al plano del espejo (EE’).
Esta imagen no estará formada por luz, sino por prolongaciones
imaginarias en la parte de atrás del espejo, por lo que decimos que es una imagen no
real, o virtual, pero con las mismas características que el objeto original (no invertida o
directa y del mismo tamaño (sin aumento A, t = t’ o A = 1).
Regla general para espejos planos.
La imagen formada en un espejo plano es virtual, directa y del mismo
tamaño que el objeto original.
Matemáticamente la regla se expresaría de la manera siguiente:
Para espejos planos:
- La distancia espejo-objeto es igual a la distancia objeto-imagen.
d = d’
- Imagen directa y virtual.
t = t’
por lo que:
A =
t’ = 1
t
Donde:
A = aumento
Geometría óptica de espejos esféricos
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MATERÍA: FÍSICA
Los espejos (E) esféricos tienen características diferentes a los
espejos planos, por lo que definiremos algunas características antes de enfrentar
la geometría óptica en éstos.
Centro de curvatura (C).
Es el centro de la esfera que constituye el espejo. Aún cuando el
espejo sea una porción de ésta esfera, tomaremos el centro de la esfera completa.
Radio de curvatura (R).
Es el radio de la esfera o bien la distancia C-E.
Vértice del espejo (V)
Es el centro del espejo.
Eje principal
Es la línea recta que une C con V.
Foco
Es un punto del eje por el que pasan todos los rayos reflejados que
inciden paralelamente al eje. Se encuentra en el punto medio entre el centro de
curvatura y el vértice.
Cuando un rayo incidente pasa por el centro de curvatura, el rayo
reflejado recorre el mismo camino, pero en sentido inverso debido a que la
incidencia es normal o perpendicular.
Imagen virtual
Es aquella que aparentemente se forma por luz proveniente de la
fuente pero que en realidad los rayos de luz no pasan por ella y no pueden
proyectarse sobre una pantalla.
Imagen real
Es aquella que se forma por rayos de luz que pasan por ella y por lo
tanto pueden proyectarse sobre una pantalla.
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MATERÍA: FÍSICA
Reversibilidad de los rayos.
Cuando un rayo incide paralelamente al eje principal, el rayo
reflejado pasa por el foco, de la misma manera uno que pasa por el foco rebotará
paralelo al eje principal.
Geometría óptica de espejos cóncavos.
Para los espejos esféricos la distancia entre el foco y el vértice del
espejo es igual a la distancia entre el foco y el centro de curvatura.
Matemáticamente se expresa así:
f=R
2
Donde:
f = distancia focal (distancia foco (F)- vértice del espejo (V)).
R = radio de curvatura del espejo.
En el primer caso, la imagen que se forma entre F y C, es real,
invertida y de menor tamaño que el objeto (A<1).
Cuando el objeto se encuentra en el centro de curvatura, la imagen
es real, invertida y del mismo tamaño que el objeto.
Para el caso donde el objeto de esta entre C y F, la imagen se
encuentra mas allá del centro de curvatura, es real, invertida y de mayor tamaño
que el objeto (A>1).
Cuando el objeto esta en el foco (F), todos los rayos son paralelos al
eje principal y no se forma imagen o bien la imagen es formada en el infinito.
Para el caso donde el objeto esta entre F y V, la imagen será virtual
(atrás del espejo), directa y de mayor tamaño que el objeto (A>1).
Geometría óptica de espejos convexos.
Para espejos convexos no importa la distancia del objeto al vértice
del espejo. La imagen formada siempre es virtual, directa y menor que el objeto.
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MATERÍA: FÍSICA
TAREA: investiga las ecuaciones para la geometría óptica de los
espejos esféricos. (anéxalo al final del cuadernillo, en orden
progresivo de los temas).
Tamaño de la imagen en espejos esféricos.
El tamaño de las imágenes en los espejos esféricos suele ser diferente a la
del objeto original. La ecuación siguiente se aplica para conocer el aumento o disminución
de la imagen con respecto al tamaño del objeto.
Tamaño de la imagen.
A = y’
o bien
A=-q
y
p
En una imagen directa A tendrá un valor positivo, mientras que una imagen
invertida A tendrá un valor negativo.
Para la aplicación de las ecuaciones anteriores hay que hacer las
consideraciones siguientes: Las distancias p y q siempre serán positivas para
objetos e imágenes reales y por consiguiente negativas para el caso de
imágenes y objetos virtuales. El radio de curvatura siempre es positivo, y la
distancia focal f es positiva para espejos cóncavos y negativa para espejos
convexos. Estos valores no modifican el signo original de las ecuaciones
mostradas con anterioridad, pero si pueden modifícale el signo del resultado
numérico.
El nombre de espejos divergentes se aplica también para espejos
convexos y el nombre convergentes para los espejos cóncavos.
Ejemplos:
85.- Encuentre la posición en que se forma la imagen de un objeto localizado a 4 cm. de
un espejo convexo que tiene una longitud focal de 3 m.
Como:
p = 4m y f = -3m
q = pf
p-f
(longitud negativa porque el espejo es divergente).
= (4m)(-3m)
4m – (-3m)
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= -4m2 = -4 m
7m
7
70
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MATERÍA: FÍSICA
La distancia es: -4 m y como es negativa entonces la imagen es virtual.
7
86.- Encuentre la longitud focal (f) de un espejo convergente con un radio de curvatura de
3m.
f=R
2
f = +3
2
f = 1.5 m
f es positiva porque el espejo es convergente.
87.- Si un objeto se coloca a 4 m del vértice del espejo convergente con radio de
curvatura igual a 3 m y “f” igual a +1.5, ¿dónde se formará la imagen y de que tipo será?
Como: 1 + 1 = 1 ; entonces q = pf .
p
q
f
q = (4m)(1.5m)
4m – 1.5m
Se formará a 6
p-f
= 6m2 = 6
2.5m
m
2.5
m y será una imagen real debido a que “q” es positiva.
2.5
GEOMETRÍA ÓPTICA DE LENTES
Tarea: investiga los tipos de lentes (pega y dibuja cada uno de ellos) y
realiza una síntesis de las lecturas.
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MATERÍA: FÍSICA
PRACTICAS TECNOLOGICAS
Practica: EQUILIBRIO TÉRMICO
COMPETENCIA DISCIPLINAR EXTENDIDA: Hace explicita las formas de
transmisión del calor.
INTRODUCCIÓN
En termodinámica lo mismo que en mecánica, un estado de equilibrio en un
sistema, es aquel en el que no hay tendencia a un cambio. Decimos también
que dos sistemas están en equilibrio térmico si no existe transferencia neta
de energía térmica cuando se ponen en contacto. Cuando se vierte agua
caliente en un vaso de cristal, el vaso se calentará rápidamente hasta que
éste y el agua lleguen a la misma temperatura. Si nadie toca el vaso con
agua, éste se enfriará lentamente hasta llegar a la temperatura ambiente.
Esto significa que todos los sistemas físicos tienden a establecer un
equilibrio termodinámico, en otras palabras, todos los sistemas tienden a
alcanzar la misma temperatura. De esta experiencia simple se concluye una
Ley fundamental de la naturaleza llamada Ley Cero de la termodinámica, que
dice: "Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema,
están en equilibrio térmico entre sí". Esta ley nos lleva a otra conclusión
importante: si no hay transferencia de energía térmica entre dos sistemas, es
que tienen la misma temperatura. No existen límites para las temperaturas
elevadas, sin embargo, la temperatura mínima posible es el cero absoluto.
EQUIPO, MATERIAL Y REACTIVOS
• 4 vasos de precipitados de 250 ml.
• Agua.
• 2 Termómetros de mercurio.
• Hielo.
• Cuchara.
Refrigerador.
• Fuente de calor.
• Soporte universal.
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MATERÍA: FÍSICA
• Anillo con presa de sujeción.
• Probeta graduada
CUESTIONARIO
1. ¿Podríamos asegurar que todos los cuerpos tienden a equilibrase
térmicamente? ¿Por qué?
2. ¿Todo el Universo se está equilibrando térmicamente? ¿Por qué?
3. Todos los átomos que conforman un cuerpo, ¿están en equilibrio térmico?
4. ¿Cuándo dices que dos cuerpos están a la misma temperatura?
5. Investiga, el significado de sistema y medio ambiente en termodinámica.
6. Enuncia la ley cero de la termodinámica.
7. Explica qué relación existe entre la ley cero, y un refrigerador funcionando
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
1.- Vierte 200 mL de agua en uno de los vasos de precipitados Monta
el arreglo experimental como se muestra en la figura y calienta el agua
hasta que alcance una temperatura aproximada de 70 °C.
2. Con mucho cuidado vierte el agua en otro de los vasos, después de
unos segundos toca el vaso.
3. Con ayuda de los termómetros efectúa las siguientes mediciones:
T agua =
Tambiente =
4. Toma ahora 2 cubos de hielo y deposítalos en el tercer vaso de
precipitados, después de unos segundos, toca el vaso y efectúa las
siguientes mediciones:
T. hielo en vaso =
T. ambiente=
5.-Compara la temperatura del vaso con la temperatura ambiente.
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73
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MATERÍA: FÍSICA
6. Vierte aproximadamente 200 ml de agua de la llave en otro vaso de
precipitados y mide su temperatura.
T. agua =
7. Colócalo en el congelador de un refrigerador (si no hay en la
escuela verifícalo en tu casa).
8. Anota la temperatura ambiente y la que indica el termostato del
refrigerador (si no da la lectura considera una aproximada).
•T ambiente =
•T termostato =
RESULTADO Y OBSERVACIÓN
1. Inmediatamente después de vaciar el agua caliente en el vaso de
precipitados, si tocas la superficie de éste, ¿qué sientes?
2. ¿Dirías que están en equilibrio térmico?
3. Si dejas un tiempo prolongado el vaso con el agua, sin alterarlo, ¿el
sistema alcanza el equilibrio con el medio ambiente?
4. Después de dejar el hielo en el vaso, toca el vaso inmediatamente; ¿qué
sientes?
5. ¿Estarán entrando en equilibrio térmico el vaso y el hielo?
6. Después de un tiempo prolongado sin alterar el sistema, se observa que el
hielo se funde. Entonces, ¿llegarán nuevamente a equilibrarse con el
ambiente?
7. ¿Qué ocurriría sí la temperatura ambiente fuera de -10 °C?
8. Si se deja un tiempo prolongado el vaso con agua en el congelador, ¿qué
pasará con el agua y el vaso? ¿Están en equilibrio térmico con el
congelador?
9. Si desconectaras el refrigerador, ¿qué pasaría con el congelador, el vaso y
el agua?
CONCLUSIONES.
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74
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MATERÍA: FÍSICA
PRACTICA: DILATACIÓN LONGITUDINAL DE LOS CUERPOS
SÓLIDOS
COMPETENCIA DISCIPLINAR EXTENDIDA: Conocer la importancia que
sucede cuando se le aplica calor a los cuerpos sólidos
INTRODUCCIÓN
Dar al estudiante un panorama general del tema de la práctica y la posible
aplicación en la vida cotidiana. Debe ser concreta, coherente y de fácil
asimilación para el estudiante. En el medio ambiente se encuentran cuerpos
sólidos que es necesario estudiar cuando sufren un cambio de temperatura.
EQUIPO, MATERIAL Y REACTIVOS
3 Tubos metálicos
1 Indicador
1 Cubeta para recoger gotas
1 Regla metálica
2 Varillas de soporte, 50 cm
2 mordazas dobles
1 Pinza universal
1 Erlen Meyer 50 ml.
1 Termómetro
CUESTIONARIO
1. ¿Que se observa cuando se calienta el tubo metálico?
2. ¿Porqué es utiliza (acero) en combinación con el hormigón y ningún otro
material?
3. ¿Por qué motivo se dejan pequeños espacios libres entre los rieles de los
ferrocarriles?
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75
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MATERÍA: FÍSICA
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
1.- Fijar el Erlenmeyer por medio de la mordaza doble y de la pinza universal
(introducir aproximadamente 40 ml. de agua.
2.- Sujetar el dispositivo de indicación (perforación central final.
3.- Fijar la mordaza con el tubo de aluminio y el dispositivo de presión del
indicador.
RESULTADO Y OBSERVACIÓN
CONCLUSIONES.
NOTA:
LAS
DEMÁS
PRÁCTICAS
INVESTIGADAS POR EL ALUMNO.
SERÁN
EVALUACIÓN SUMATIVA
88.
Carol se esta refiriendo a la magnitud física que indica que tan caliente o
fría es una sustancia respecto de un objeto que se toma como base o patrón,
dicha magnitud es:
a) El calor
b) Energía
interna
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c) Calor
latente
76
d) Temperatura.
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MATERÍA: FÍSICA
89.
Mario explica que los cambios de temperatura afectan el tamaño de los
objetos, ya que la mayoría de ellos.
a)
Manifiestan
una
dilatación
irregular.
b)
Se contraen
al calentarse y se
dilatan al enfriarse
c)
Incrementan
considerablemente
su
energía
potencial
d)
Se dilatan al
calentarse y se
contraen
al
enfriarse
90.
Javier expresa que la dilatación cúbica se diferencia de la dilatación lineal
porque además implica un incremento de:
a)
Área
b)
Energía
cinética
c)
Energía
mecánica
d)
Volumen
91.
Irene indica que la magnitud física que se define como la cantidad que
necesita un gramo de sustancia para elevar su temperatura a un grado centígrado
es:
a) Capacidad
calorífica
92.
b)
Calor
especifico.
c)
Calor
vaporización
de d)
Calor
latente
Francisco explica que cuando en una habitación se localiza una silla de metal
y una de madera, se presenta la siguiente situación:
a) La silla de
metal tiene
diferente
temperatura
b)
La silla de
metal tiene una
menor
temperatura
c)
La silla de
madera
tiene
mayor
temperatura.
d)
Las
dos
sillas tienen la
misma
temperatura.
93.
Lilia les platica a sus amigos cuando envase lleno de un liquido se introduce
al congelador y se olvida sacarlo, se congela y se rompe el envase debido a la
dilatación.
a) Lineal
líquido.
de
b)
Superficial
de los cuerpos.
c)
Irregular del d)
Del estado
agua.
liquido
Instrucciones: completa de manera breve los enunciados
94.
Toda carga eléctrica, positiva o negativa, tiene un potencial eléctrico debido
a su capacidad para realizar trabajo sobre otras:
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77
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MATERÍA: FÍSICA
95.
La corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo de:
96.
Nombre que se le da a la corriente eléctrica que se caracteriza por que los
electrones se mueven en el mismo sentido, es decir; de negativo a positivo.
97.
Nombre de la magnitud física que indica la cantidad de carga eléctrica que
pasa por cada sección de un conductor en un segundo.
98.
A la oposición que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica o
flujo de electrones, se le da el nombre de:
99.
¿Qué sucede con el valor de la resistencia eléctrica de un conductor
cuando se duplica la superficie de su sección transversal?
100. ¿en que unidad se mide la resistencia eléctrica?
101. La ley de ohm señala que la intensidad de corriente eléctrica que pasa por
un conductor eléctrico en un circuito cerrado es directamente proporcional a la
diferencia de potencial o voltaje aplicado a sus extremos, e inversamente
proporcional a:
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78
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MATERÍA: FÍSICA
102.
En todo circuito eléctrico existe una resistencia, un voltaje y:
103.
Si se conectan cinco focos y por estos circula la misma corriente
eléctrica, se trata de una conexión en:
104.
Si se conectan tres focos y la corriente eléctrica se divide entre estos,
pero los tres reciben el mismo voltaje, se trata de una conexión en:
105.
El dispositivo que transforma la energía química en eléctrica es:
Instrucciones: anota una V en el paréntesis si el enunciado es verdadero., o
una F si es falso.
98. ( ) una batería es un agrupamiento de dos o mas pilas unidas en serie o
en paralelo.
99. ( ) cuando las resistencias se conectan en paralelo, se unen por sus
extremos una a continuación de la otra, de manera que la intensidad de
corriente que pasa por una sea la misma en las demás.
100.
(
) un circuito en serie se caracteriza porque el circuito se
desconecta totalmente si se abre en cualquier punto.
101.
( ) la resistencia total de un circuito en paralelo se calcula con la
expresión:
=
1
1
+
1
2
+
1
3
INSTRUCCIONES: ANOTA “V” E EL PARENTESIS DE LA IZQUIERDA SI EL ENUNCIADO ES
VERDADERO Y “F” SI ES FALSO
102. (
)
Beatriz señala que un átomo es eléctricamente neutro, pero puede ganar
electrones y quedar con carga negativa, o bien perderlos y adquirir carga
positiva.
103. (
)
Cuauhtémoc comenta que cargas del mismo signo se atraen y cargas de
signo contrario se rechazan
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79
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MATERÍA: FÍSICA
104. (
)
Rocío indica que los objetos se pueden electrizar por frotamiento, contacto
e inducción.
105. (
)
Juan dice que el electrón y todos los objetos electrizados tienen a su
alrededor un campo eléctrico, pero solo si se encuentran en movimiento.
106. (
)
Martha argumenta que toda carga eléctrica, ya sea positiva o negativa,
tiene un potencial eléctrico debido a su capacidad para realizar trabajo
sobre otras cargas.
107. (
)
Daniel expresa que un circuito eléctrico es un sistema en el cual la
corriente fluye por un conductor en una trayectoria completa debido a una
diferencia de potencial.
108. (
)
Nora manifiesta que una batería eléctrica es un agrupamiento de dos o
más pilas unidas en serie o en paralelo.
109. (
)
Tomas dice que la resistencia de un alambre conductor es mayor si es
mayor es su área de sección transversal.
110. (
)
Isidro indica que el circuito en paralelo se caracteriza porque se
desconecta totalmente si se abre en cualquier punto de dicho circuito.
Instrucciones: Responde de manera clara y breve
Describe utilizando un
ejemplo de tu vida cotidiana como cargas
eléctricamente un cuerpo físico y que significa que tenga carga eléctrica.
111.
112.
Explica que harías para descargar un objeto cargado eléctricamente.
113.
Explica como demostrarías ante tus compañeros la ley de coulomb
Describe que es el campo eléctrico y dibuja el campo eléctrico producido
por dos cargas de diferente signo.
114.
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80
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MATERÍA: FÍSICA
Explica que entiendes por una corriente eléctrica y de que depende su
mayor o menor intensidad
115.
Escribe dos ejemplos de materiales que conozcas que sean buenos
conductores de la electricidad y dos que sean malos conductores.
116.
Dibuja una conexión a una fuente de voltaje de tres focos eléctricos en:
serie b) paralelo.
117.
Describe que sucede con la intensidad de la corriente eléctrica en un
circuito eléctrico conectado en serie si incrementas: a) el voltaje
b)la
resistencia.
118.
119.
Describe como funciona un foco eléctrico de los que tienes en tu casa.
Describe tres ejemplos de tu vida cotidiana en los cuales se observa o
aplique el efecto joule
120.
121.
¿Qué tema de este semestre resulto mas interesante y por que?
¿Qué propones para obtener una mayor participación del grupo o para
lograr mejores resultados en el aprendizaje de la física?
122.
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
81
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MATERÍA: FÍSICA
Instrucciones: resuelve los siguientes planteamientos
Una carga de 5 nanocoulombs se encuentra en el aire a 0.2 m de otra
carga de 6 nanocoulombs. Calcula: a)¿Cuál es la magnitud de la fuerza
eléctrica entre ellas? b) ¿cual seria la magnitud de la fuerza eléctrica entre
ellas si tuvieran sumergidas en aceite? Dato: Ɛaceite=2.8
123.
Datos
fórmula
despeje
sustitución
resultado
Una esfera metálica cuyo diámetro es de 30 cm esta electrizada con una
carga de 13 microcoulombs distribuida uniformemente en su superficie. Calcula
cual es la magnitud de la intensidad de campo eléctrico a 9 cm de la superficie
de la esfera.
124.
Datos
fórmula
despeje
sustitución
resultado
Determina la intensidad de la corriente eléctrica en amperes y en
miliamperes, si por una sección de un conductor circulan 27 coulombs en 23
minutos.
125.
Datos
fórmula
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
despeje
sustitución
82
resultado
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MATERÍA: FÍSICA
Un termómetro de platino tiene una resistencia de 27 ῼ a200 °C, determina
su resistencia a 600 °C.
126.
Datos
fórmula
despeje
sustitución
resultado
Determina el voltaje aplicado a una resistencia de 19 ῼ si por ella fluyen
5.79 A:
127.
Datos
fórmula
despeje
sustitución
resultado
Determina la resistencia equivalente de tres resistencia cuyos valores son:
R1= 12 ῼ, R2=22 ῼ, R3=15 ῼ, conectadas en: a) serie b)paralelo. Dibuja
también el diagrama para cada caso.
128.
Datos
fórmula
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despeje
sustitución
83
resultado
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MATERÍA: FÍSICA
Un foco de 60 w. se conecta a una diferencia de potencial de 120v. calcula:
a)la intensidad de corriente eléctrica que circula por el filamento b) el valor de
la resistencia del filamento c)la energía eléctrica en Kw-h que consume el foco
durante una hora con 15 minutos d)el costo de la energía eléctrica consumida
si un Kw-h cuesta $0.8.
129.
Datos
fórmula
despeje
sustitución
resultado
Por el embobinado de un cautín eléctrico circula una intensidad de corriente
de 7A. Al estar conectado a un voltaje de 120V. calcula la cantidad de calor
que genera en 1.3 minutos.
130.
Datos
fórmula
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
despeje
sustitución
84
resultado
CBT No2 ISAAC GUZMÁN VALDÍVIA, CHIMALHUACÁN
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MATERÍA: FÍSICA
Dos capacitores de 5 y 7 pF se conectan en serie a una batería de 12V.
calcula: a) la capacitación equivalente de la combinación b) la carga eléctrica
depositada en cada capacitor c) la diferencia de potencial de cada capacitor.
131.
Datos
fórmula
despeje
sustitución
resultado
Instrucciones: completa de manera breve los enunciados
Alicia explica ante sus compañeros que Oersted descubrió que alrededor de
un conductor por el cual circula una corriente electrica, se forma un.
132.
Rebeca afirma que cuando existe movimiento relativo entre un conductor
eléctrico y las línea de flujo de un campo magnético se producen.
133.
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85
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MATERÍA: FÍSICA
Mario demuestra que el aparato que transforma la energía eléctrica en
energía mecánica es el:
134.
Efraín explica que el nombre que se le da a la propiedad que tienen los
objetos llamados imanes de atraer hierro, níquel y cobalto es.
135.
El equipo formado por Angélica y sus compañeros, demuestra que cuando
un imán se rompe en varios trozos, cada trozo será un:
136.
Olivia y Ricardo demuestran ante sus compañeros que la inducción
electromagnética es un fenómeno que ellos mismos pueden producir, cuando
hacen que exista una variación del flujo magnético al efectuar el movimiento
relativo entre un conductor eléctrico y un:
137.
El equipo en el cual seta Silvia, demuestra ante el grupo que de acuerdo
con la ley del electromagnetismo o ley de inducción de Faraday, la intensidad
de la corriente inducida que producen en un circuito eléctrico es directamente
proporcional a la rapidez con que cambia el:
138.
Pilar expone que el electroimán se utiliza en varios aparatos o dispositivos,
por ejemplo en:
139.
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86
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MATERÍA: FÍSICA
Daniel dibuja el campo magnético que se produce entre dos polos iguales y
para ello utiliza las llamadas líneas de:
140.
Rocío explica que para elevar o disminuir el voltaje en un circuito de
corriente alterna se utilizan los:
141.
¿Cómo demostrarías ante tus compañeros y compañeras: a)
funcionamiento de una brújula b) que no existen polos magnéticos separados.
142.
Escribe tres ejemplos de tu vida cotidiana en los cuales obtengas beneficios
directos debido a la aplicación de electromagnetismo.
143.
Describe dos daños que se producen al ambiente, que para ti sean
relevantes y sean el resultado de la generación de energía eléctrica.
144.
Instrucciones generales:
a) Fecha de entrega de este cuadernillo viernes 19/junio/2015 grupos: tsb-21,
tlq-21 y tI-21; para tlq-22 miércoles 17/junio/2015. (3 puntos)
b) Aplicación de examen oral para todos los grupos inicio: 15 al 30 de junio de
2015. (4 puntos)
c) Fecha limite para entrega de reporte de prácticas. (3 puntos).
d) Punto extra (evidencias grabadas de los experimentos en clase).
JULIO CRISPÍN JIMÉNEZ RAMÍREZ
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