FISICA - Ferozole000004.ferozo.com/5to/fisica5to.pdf · 2019. 3. 24. · FISICA DOSSIER...

ESTE MATERIAL ES DE USO EXCLUSIVAMENTE DIDÁCTICO

NIVEL SECUNDARIO

FISICA

DOSSIER BIBLIOGRÁFICO

2019

Compilado por: Vargas Carina A./es compl:


FÍSICA. Ing. Q. Julio Castrillón V.; Prof. Ambrosio Luna S.; Quim. Johannes Bulbullán G.;

Prof. Jean Pierre Ayel F. Editorial Enseñanza, S.A. México, 1989.

Física 1. H. Pérez Montiel. Publicaciones Cultural. México 1996.

Ferrari, Hernán Fisica. - 1a ed. - Buenos Aires : Ministerio de Educación de la Nación,

2011

Enlaces : www.fisicanet.com.ar

www.lawebdefisica.com

www.fisicahoy.com

FÍSICA. Ing. Q. Julio Castrillón V.; Prof. Ambrosio Luna S.; Quim. Johannes Bulbullán G.; Prof. Jean

Pierre Ayel F. Editorial Enseñanza, S.A. México, 1989.

COSTAGUTA, MARIANA y otros. El Libro de la Naturaleza 8. 1997.

BuenosAires.EditorialEstrada.

ARISTEGUI, ROSANA y otros. Fisica I. 1999. Buenos Aires. EdicionesSantillana.

MAUTINO, JOSÉ MARÍA. Química 4. Aula Taller. 1992. Buenos Aires.EditorialStella

MAUTINO, JOSÉ MARÍA. Química 5. Aula Taller. 1993. Buenos Aires.Editorial Stella

PERLMUTER, SILVANA y otros. Ciencias Naturales y Tecnología. 8°EGB.1998.Buenos Aires. Aique.

Dossier bibliográfico del profesor a cargo-2017

FÍSICA. Ing. Q. Julio Castrillón V.; Prof. Ambrosio Luna S.; Quim. Johannes Bulbullán G.; Prof. Jean

Pierre Ayel F. Editorial Enseñanza, S.A. México, 1989.

COSTAGUTA, MARIANA y otros. El Libro de la Naturaleza 8. 1997.

BuenosAires.EditorialEstrada.

ARISTEGUI, ROSANA y otros. Fisica I. 1999. Buenos Aires. EdicionesSantill

UNIDAD 1: Concepto de fuerza y magnitudes

UNIDAD 2: Movimiento y Estatica

UNIDAD 3 : Trabajo Mecánico.

UNIDAD 4 : Electrostática

http://www.monografias.com/trabajos15/metodos-ensenanza/metodos-ensenanza.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/histomex/histomex.shtml

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http://www.lawebdefisica.com/

http://www.fisicahoy.com/






MEDICIONES

Se consideran Ciencias experimentales aquellas que por sus características y, particularmente por el

tipo de problemas de los que se ocupan, pueden someter sus afirmaciones o enunciados al juicio de

la experimentación. En un sentido científico la experimentación hace alusión a una observación

controlada; en otros términos, experimentar es reproducir en el laboratorio el fenómeno en estudio

con la posibilidad de variar a voluntad y de forma precisa las condiciones de observación.

La F ísica y la Química constituyen ejemplos de Ciencias experimentales. La historia de ambas

disciplinas pone de manifiesto que la experimentación ha desempeñado un doble papel en su

desarrollo. Con frecuencia, los experimentos científicos sólo pueden ser entendidos en el marco

de una teoría que orienta y dirige al investigador sobre qué es lo que hay que buscar y sobre qué

hipótesis deberán ser contrastadas experimentalmente. Pero, en ocasiones, los resultados de los

experimentos generan información que sirve de base para una elaboración teórica posterior. Este

doble papel de la experimentación como juez y guía del trabajo científico se apoya en la

realización de medidas que facilitan una descripción de los fenómenos en términos de cantidad. La

medida constituye entonces una operación clave en las ciencias experimentales.

MAGNITUDES Y MEDIDA

El gran físico inglés Kelvin consideraba que solamente puede aceptarse como satisfactorio nuestro

conocimiento si somos capaces de expresarlo mediante números. Aun cuando la afirmación de

Kelvin tomada al pie de la letra supondría la descalificación de valiosas formas de conocimiento,

destaca la importancia del conocimiento cuantitativo. La operación que permite expresar una

propiedad o atributo físico en forma numérica es precisamente la medida.

Magnitud, cantidad y unidad

La noción de magnitud está inevitablemente relacionada con la de medida. Se denominan

magnitudes a ciertas propiedades o aspectos observables de un sistema físico que pueden ser

expresados en forma numérica. En otros términos, las magnitudes son propiedades o atributos

medible .

La longitud, la masa, el volumen, la fuerza, la velocidad, la cantidad de sustancia son ejemplos de

magnitudes físicas. La belleza, sin embargo, no es una magnitud, entre otras razones porque no

es posible elaborar una escala y mucho menos un aparato que permita determinar cuántas veces

una persona o un objeto es más bello que otro. La sinceridad o la amabilidad tampoco lo son. Se


trata de aspectos cualitativos porque indican cualidad y no cantidad.

En el lenguaje de la física la noción de cantidad se refiere al valor que toma una magnitud dada en un

cuerpo o sistema concreto; la longitud de esta mesa, la masa de aquella moneda, el volumen de

ese lapicero, son ejemplos de cantidades. Una cantidad de referencia se denomina unidad y el

sistema físico que encarna la cantidad considerada como una unidad se denomina patrón.

La medida de una magnitud física supone, en último extremo, la comparación del objeto que encarna

dicha propiedad con otro de la misma naturaleza que se toma como referencia y que constituye el

patrón.

Magnitud. Es cualquier propiedad (del universo) que se puede medir o calcular de alguna

forma. Ejemplos: tiempo, masa, fuerza, longitud, velocidad, aceleración, etc.

Medida. Es el resultado de comparar dos magnitudes de la misma naturaleza.

Ejemplo: cuando se mide el tiempo se compara lo que tarda en ocurrir algo con lo que tardan

las agujas del reloj en dar las vueltas, estoy comparando un tiempo (fenómeno) conotro (reloj).

Unidad de medida. Cantidad de una determinada magnitud que se toma como referencia.

Actualmente las establece el Sistema Internacional de unidades (S.I.).

Ejemplo. la unidad de tiempo es el segundo, por tanto comparo lo que tarda cualquier

fenómeno con el segundo.

.

TIPOS DE MAGNITUDES

Entre las distintas propiedades medibles puede establecerse una clasificación básica. Un grupo

importante de ellas quedan perfectamente determinadas cuando se expresa su cantidad

mediante un número seguido de la unidad correspondiente. Este tipo de magnitudes reciben


el nombre de magnitudes escalares. La longitud, el volumen, la masa, la temperatura, la

energía, son sólo algunos ejemplos. Sin embargo, existen otras que precisan para su total

definición que se especifique, además de los elementos anteriores, una dirección o una recta

de acción y un sentido: son las llamadas magnitudes vectoriales o dirigidas. La fuerza es un

ejemplo claro de magnitud vectorial, pues sus efectos al actuar sobre un cuerpo dependerán

no sólo de su cantidad, sino también de la línea a lo largo de la cual se ejerza su acción.

Al igual que los números reales son utilizados para representar cantidades escalares, las

cantidades vectoriales requieren el empleo de otros elementos matemáticos diferentes de los

números, con mayor capacidad de descripción. Estos elementos matemáticos que pueden

representar intensidad, dirección y sentido se denominan vectores. Las magnitudes que se

manejan en la vida diaria son, por lo general, escalares. El dependiente de una tienda de

ultramarinos, el comerciante o incluso el contable, manejan masas, precios, volúmenes, etc., y

por ello les es suficiente saber operar bien con números. Sin embargo, el físico, y en la medida

correspondiente el estudiante de física, al tener que manejar magnitudes vectoriales, ha de

operar, además, con vectores.

En las Ciencias Físicas tanto las leyes como las definiciones relacionan matemáticamente entre

sí grupos, por lo general amplios, de magnitudes. Por ello es posible seleccionar un conjunto

reducido pero completo de ellas de tal modo que cualquier otra magnitud pueda ser

expresada en función de dicho conjunto. Esas pocas magnitudes relacionadas se denominan

magnitudes fundamentales, mientras que el resto que pueden expresarse en función de las

fundamentales reciben el nombre de magnitudes derivadas.

Cuando se ha elegido ese conjunto reducido y completo de magnitudes fundamentales y se

han definido correctamente sus unidades correspondientes, se dispone entonces de un

sistema de unidades. La definición de unidades dentro de un sistema se atiene a diferentes

criterios. Así la unidad ha de ser constante como corresponde a su función de cantidad de

referencia equivalente para las diferentes mediciones, pero también ha de ser reproducible

con relativa facilidad en un laboratorio


Las unidades base del Sistema Internacional de Unidades son:

MAGNITUD BASE NOMBRE SÍMBOLO

longitud metro m

Masa kilogramo kg

tiempo segundo s

corriente eléctrica Ampere A

temperatura termodinámica Kelvin K

cantidad de sustancia mol mol

intensidad luminosa candela cd

Conceptos Básicos

Magnitud, medición, unidad de medida, Sistema Internacional de Unidades

(SI)...


Una magnitud es una propiedad física que puede ser medida

Ejemplos:

Longitud

Tiempo

Temperatura

Volumen

Intensidad de corriente

Una unidad de medida es una cantidad fija que nos permite comparar (medir) una

magnitud física indicando a cuántos múltiplos o submúltiplos de esta medida fija

equivale

Una medición es una comparación de una misma magnitud con respecto a la unidad

de medida de dicha magnitud

Ejemplo:

Decimos que una medición es una comparación porque, por ejemplo, cuando decimos

que una carretera mide 4 kilómetros de largo, estamos diciendo que la longitud de la

carretera es 4 veces la cantidad fija de 1 kilómetro.

La cantidad fija de 1 kilómetro está indicada en la regla:

Ahora comparamos la longitud de la carretera con la de la regla:

Estamos comparando (midiendo) la longitud de la carretera con la cantidad fija de

longitud 1 kilómetro (unidad de medida 1 kilómetro).


Recordad el funcionamiento de las balanzas: para calcular la masa de un objeto

realizamos una comparación con un contrapeso hasta alcanzar el equilibrio.

Ejemplos de Unidades de Medida:

Unidades de Longitud: metros, kilómetros, años luz...

Unidades de Tiempo: segundos, minutos, años...

Unidades de Temperatura: grados Celsius, grados Kelvin, grados Fahrenheit...

Unidades de Volumen: metros cúbicos, litros...

Unidades de Intensidad de corriente: amperios

El Sistema Internacional de Unidades (SI) determina las cantidades fijas de 7

magnitudes físicas (longitud, temperatura, tiempo, intensidad luminosa, masa, cantidad

de sustancia y corriente eléctrica) y sus unidades de medida

Ahora vamos a ver cómo pasar de una unidad de medida a otra. Por ejemplo, de metros

a kilómetros o de metros cúbicos a litros.

La regla que emplearemos para cambiar de unidades es:

«Multiplicar para Bajar

Dividir para Subir»

2. Unidades de Longitud (metros)

La escala de las unidades de longitud es


Para cambiar de unidades tenemos que multiplicar por 10 cada vez que bajamos un

escalón y dividir entre 10 cada vez quesubimos un escalón.

Ejemplo:

Vamos a pasar 2,3 hectómetros a decímetros:

Como vamos a bajar escalones, tenemos que multiplicar por 10 cada vez.

1. Primer escalón: de hectómetros a decámetros

2. Segundo escalón: de decámetros a metros

3. Tercer escalón: de metros a decímetros

Por tanto, 2,3 hectómetros son 2300 decímetros:


Nota: podemos recorrer varios escalones a la vez multiplicando por una potencia de

10. La potencia es 10 elevado al número de escalones que queremos bajar.

Ejemplo:

Vamos a pasar 2,3 hectómetros a decímetros con una sola operación:

Para pasar de hectómetros a decímetros tenemos que bajar 3 escalones. Por tanto,

multiplicamos por 103 = 1000:

Para subir, dividimos entre 0 elevado al número de escalones que queremos subir. Esta

operación es la misma que multiplicar por 10 elevado al número de escalones que

queremos subir pero con el exponente en negativo.

Ejemplo:

De 1000 centímetros a metros:

Para pasar 1000 centímetros a metros tenemos que subir dos escalones. Por tanto,

multiplicamos por 10-2 = 0,01:

3. Unidades de Área (metros cuadrados)

Recordamos al lector que uando calculamos áreas empleamos unidades al cuadrado.

Por ejemplo, el área de un cuadrado de lado 1 metro es un metro cuadrado, es decir, 1

m2:


Las unidades para el área son las mismas unidades que para la longitud pero al

cuadrado. La escala es

Continuamos con la misma regla:

Peo tenemos que multiplicar (o dividir) por 100 cada vez que bajamos (o subimos) un

escalón.

Ejmplo: vamos a pasar 0,5 kilómetros cuadrados a decámetros cuadrados.

Como tenemos que bajar dos escalones, tenemos quemultiplicar dos veces por 100.

Esto es lo mismo que multiplicar una vez por 1002:

Ejempl: vamos a pasar 0,5 metros cuadrados a decámetros cuadrados.

Como tenemos que subir dos escalones, tenemos que dividir dos veces entre 100. Esto

es lo mismo que dividir una vez por 1002 (o bien, multiplicar por 100-


4. Unidades de Volumen (litros)

Recordamos que

El volumen es la magnitud física que expresa el espacio que ocupa un cuerpo en tres

dimensiones (ancho, alto y largo).

En el SI la unidad de medida del volumen es el metro cúbico (lo veremos en el apartado

siguiente). Ahora vamos a ver la escala de los litros.

Recordamos que aunque estamos acostumbrados a reservar las unidades de los litros

para los líquidos, también podemos usarlas para el volumen de cualquier cuerpo, sea

sólido, líquido o gaseoso.

Ejemplo: El volumen del interior de una botella de 1L es siempre el mismo, pero

podemos llenarla de agua, de arena o de oxígeno. Si la botella es la misma, estas tres

sustancias ocuparán el mismo espacio: 1L

Nota: además, si la botella tiene otra forma pero también es de 1L, el espacio es el

mismo: 1L.

La escala de los litros es



enemos que multiplicar (o dividir) por 10 cada vez que bajamos (o subimos) un escalón.

Es decir, los cálculos son análogos a los que realizamos con la escala del metro

(longitud).

Ejemplo: pasamos 2,8 litros a centilitros:

Como tenemos que bajar dos escalones, multiplicamos por 102:

Ejemlo: pasamos de 23 mililitros a decalitros:

Como tenemos que subir cuatro escalones, tenemos que dividirentre 104. Esta

operación es la misma que multiplicar por 10-4:

5. Unidades de Volumen (metros cúbicos)

Ya hemos dicho anteriormente que las unidades del volumen pueden ser el litro o los

metros cúbicos.

Ejemplo: Si pensamos en un cubo de lado 1m, entonces su volumen es el producto de

sus lados:


Como vemos, aparece la unidad metros al cubo.

En el siguiente apartado veremos la relación entre las unidades de metros cúbicos y

litros.

La escala de los metros cúbicos e


Pero tenemos que multiplicar (o dividir) por 103 (diez al cubo) cada vez que bajamos

(o subimos) un escalón.

Ejemplo: vamos a pasar 100 milímetros cúbicos a decímetros cúbicos:

Como tenemos que subir dos escalones, tenemos que dividir dos veces por 1000. Esto

es lo mismo que dividir una vez por 10002:

Unidades de Tiempo (segundos)

Las unidades de medida de tiempo son un poco distintas a las demás ya que entre ellas

no multiplicamos (o dividimos) siempre por un múltiplo del mismo número.

Por ejemplo, para pasar de horas a minutos tenemos que multiplicar por 60, pero para

pasar de días a horas tenemos que multiplicar por 24.

La unidad de tiempo en el Sistema Internacional de Unidades es elsegundo, s.

Unidades de Tiempo básicas:

1 minuto = 60 segundos

1 hora = 60 minutos

1 día = 24 horas

1 semana = 7 días

1 mes* = 4 semanas

1 año* = 12 meses

1 lustro = 5 años

1 década = 2 lustros


1 siglo = 10 décadas

1 milenio = 10 siglos

*Nota: algunas unidades no son exactas (mes, año...). Por ejemplo, 1 mes son cuatro

semanas, pero puede oscilar entre 28 y 31 días. Esto se debe a que el calendario está

basado en los ciclos astronómicos.

Otras unidades de tiempo (agrupaciones de las anteriores):

1 octavario = 8 días

1 trimiestre = 3 meses

1 septenio = 7 años

1 cron = 1 millón de años

También tenemos unidades de tiempo menores que 1 segundo. Estas se asemejan a

las escalas anteriores porque son submúltiplos de 10:

10 decisegundos (ds) = 1 segundo

10 centisegundos (cs) = 1 decisegundo

10 milisegundos (ms) = 1 centisegund

Unidades de Masa (gramos)

La masa es la magnitud física que expresa la cantidad de materia de un objeto.

La masa de un objeto no cambia (es constante).

La unidad de medida de la masa es el gramo (g).

Su escala es similar a la de la longitud:


Ejemplo: vamos a pasar 2,3 kilogramos a gramos:

Como tenemos que bajar 3 escalones, multiplicamos 3 veces por 10.

Para hacerlo de un solo paso, multiplicamos por 103:

No hay que confundir la masa con el peso:

El peso de un objeto es la fuerza (cuya unidad de medida es elnewton) que ejerce la

gravedad sobre un objeto:

F=m⋅gF=m⋅g

siendo m la masa del objeto y g la gravedad.

nota : para ayuda

https://www.matesfacil.com/ESO/numeros/medidas/sistemas-escalas-metricas-unidades-tiempo-longitud-volumen-area-metros-segundos.html Entender la importancia de tener un sistema internacional de medidas

En esta línea de acción, la XI Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en París en

1,960 tomó la resolución de adoptar el llamado con anterioridad Sistema Práctico de

Unidades, como Sistema Internacional, que es, precisamente, como se le conoce a partir de

entonces. El Sistema Internacional de Unidades (abreviadamente SI) distingue y establece,

además de las magnitudes básicas y de las magnitudes derivadas, un tercer tipo formado por

https://www.matesfacil.com/ESO/numeros/medidas/sistemas-escalas-metricas-unidades-tiempo-longitud-volumen-area-metros-segundos.html




aquellas que aún no están incluidas en ninguno de los dos anteriores, son denominadas

magnitudes suplementarias.

El SI es el sistema práctico de unidades de medidas adoptado por la XI Conferencia General de

Pesas y Medidas celebrada en octubre de 1,960 en París. Trabaja sobre siete magnitudes

fundamentales (longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura

absoluta, intensidad luminosa y cantidad de sustancia) de las que se determinan sus

correspondientes unidades fundamentales (metro, kilogramo, segundo, ampere, Kelvin,

candela y mol). De estas siete unidades se definen las derivadas (coulomb, joule, newton,

pascal, volt, ohm, etc.), además de otras suplementarias de estas últimas

SISTEMA MKS (metro, kilogramo, segundo)…

El nombre del sistema está tomado de las iniciales de sus unidades fundamentales.

La unidad de longitud del sistema M.K.S.: METRO: Es una longitud igual a la del metro patrón que se conserva en la Oficina Internacional

de pesas y medidas.

KILOGRAMO: Es una masa igual a la del kilogramo patrón que se conserva en la Oficina

Internacional de pesas y medidas.

Un kilogramo (abreviado Kg.) es aproximadamente igual a la masa de un decímetro cúbico de

agua destilada a

4 º C.

La unidad de tiempo de todos los sistemas de unidades es el segundo.

SEGUNDO: Se define como la 86,400 ava. Parte del día solar medio.

Los días tienen diferente duración según las épocas del año y la distancia de la Tierra al Sol. El

día solar medio es el promedio de duración de cada no de los días del año.

SISTEMA C.G.S. (centímetro, gramo, segundo).

El sistema C.G.S. llamado también sistema cegesimal, es usado particularmente en trabajos

científicos. Sus unidades son submúltiplos del sistema M.K.S.

La unidad de longitud: Es el CENTÍMETRO, o centésima parte del metro.

La unidad de masa: Es el GRAMO, o milésima parte del kilogramo.

La unidad de tiempo: Es el SEGUNDO.

Unidad/Sistema C.G.S M.K.S Técnico otros 1 otros 2

Masa g Kg slug Lb

Longitud cm m m pulg pie

Tiempo s s s s s

Velocidad cm/s m/s m/s pulg/s pie/s

Aceleración cm/s 2 m/s 2 m/s 2 pulg/s 2 pie/s 2

Fuerza dina N Kgf Lbf

Presión dina/cm 2 Pa = N/m 2 Kgf/m 2 Lbf/pulg 2 atm o lbf/pie 2

Trabajo ergio (J) Joule B.T.U cal

Potencia ergio/s Watt (J/s) H.P C.V cal/s

Momento dina.cm N.m Kgf.m Lbf.pulg Lbf.pie

EQUIVALENCIAS DE LAS UNIDADES INGLESAS.

LONGITUD

1 milla = 1,609 m

1 yarda = 0.915 m

1 pie = 0.305 m

1 pulgada = 0.0254 m


MASA

1 libra = 0.454 Kg.

1 onza = 0.0283 Kg.

1 ton. inglesa = 907 Kg.

SUPERFICIE

1 pie 2 = 0.0929m^2

1 pulg 2 . = 0.000645m^2

1 yarda 2 = 0.836m^2

VOLUMEN Y CAPACIDAD

1 pie 3 = 0.0283 m^3

1 pulg 3 . = 0.0000164 m^3

1 galón = 3.785 l.

Utilizar correctamente la notación científica

La notación científica ( notación índice estándar ) es un modo conciso de anotar números

enteros mediante potencias de diez , esta notación es utilizada en números demasiado

grandes o demasiado pequeños.

10^1 = 10

10^2 = 100

10^3 = 1,000

10^6 = 1,000,000

10^9 = 1,000,000,000

10^20 = 100,000,000,000,000,000,000

Adicionalmente, 10 elevado a una potencia entera negativa -n es igual a

1/10 n o, equivalentemente 0, (n-1 ceros) 1:

10^-1 = 1/10 = 0,1

10^-3 = 1/1000 = 0,001

10^-9 = 1/1.000.000.000 = 0,000000001

Por lo tanto un número como 156,234,000,000,000,000,000,000,000,000 puede ser escrito

como 1.56234 × 10 29 , y un número pequeño como 0.0000000000234 puede ser escrito como

2.34 × 10 -11


Ejemplos:

34,456,087 = 3.4456087 × 10^7

0.0004 508 421 = 4.508 421 × 10^-4

-5,200,000,000 = - 5.2 × 10^9

-6.1 = -6.1 × 10^0

La parte potencia de 10 se llama a menudo orden de magnitud del número, y las cifras

de a son los dígitos significativos del mismo.

Es muy fácil pasar de la notación decimal usual a la científica, y recíprocamente, porque las

potencias de diez tienen las formas siguientes:

Si el exponente n es positivo, entonces 10^n es un uno seguido de n ceros:

Por ejemplo 10^12 = 1,000,000,000,000 (un billón)

Si el exponente es negativo, de la forma -n , entonces:

Por ejemplo 10^-5 = 0.00001, con cuatro ceros después de la coma decimal y cinco ceros en

total.

Esta notación es muy útil para escribir números muy grandes o muy pequeños, como los que

aparecen en la Fìsica: la masa de un protón (aproximadamente 1.67×10^-27 kilogramos), la

distancia a los confines observables del universo (aproximadamente 4.6×10^26 metros).

La notación científica permite hacer cálculos mentales rápidos (pero a menudo aproximados),

porque permite considerar por separado los dígitos significativos y el orden de magnitud

(además del signo):


Ejemplos:

Productos y divisiones:

4×10^-5 multiplicado por 3×10^-6 son:

3×4) × 10^-5-6 = 12 × 10^-11 = 1.2 × 10^-10

5×10 8 dividido por 3 × 10^5 son:

(5/3) × 10^8-5 = 1.33 × 10^3

Sumas y diferencias: sin ningún término es despreciable para con el otro, hay que reducirlos a

la misma potencia de diez y luego sumar o restar:

4.1 × 10^12 + 8 × 10^10 = 4.1 × 10^12 + 0.08 × 10^12 = 4.18 × 10^12

1.6 × 10^-15 – 8.8 × 10^-16 = (16 – 8.8) × 10^-16 = 7.2 × 10^-16

ACTIVIDAD DE PORTAFOLIO FECHA:………………….

FECHA:………………………… TEMA: Mediciones y magnitides Actividad 1: magnitudes físicas. 1) Qué diferencia existe entre unidad y medida?

2) Qué es una magnitud física?

3) Define magnitud escalar 4) Define magnitud vectorial.

5) Clasifica mediante una lista multinivel las magnitudes físicas.

6) Qué significa SIMELA y cuantos tipos de unidades existen en él?

7) Nombra las magnitudes fundamentales.

8) Que es medir?

10) En el siguiente listado define qué tipo de magnitud se está utilizando, cuál es la medida y cuál es su unidad. Por ejemplo, 34 m, corresponde a la magnitud longitud, la medida es 34 y la unidad es el metro.

36 kg 27 m2 2 min 61 kg/m2

3m3 8 seg 90 m 30N 48hs 3m/seg2

Ejercicios de unidades de medidas Convertir las unidades de medida como indicado. Problema 1: unidades de longitud Escribir las siguientes distancias en metros:

a. 15 km b. 200 dm c. 23 mm d. 0,02 dam e. 2 cm


Problema 2: unidades de longitud Escribir las siguientes longitudes en decámetros realizando un solo paso (multiplicando/dividiendo sólo una vez):

a. 11 mm b. 5 hm c. 0,05 dm

Problema 5: unidades de volumen Escribir las siguientes medidas en litros:

a. 2,3 ml b. 4,1 kl c. 2 dal d. 3 m3 e. 0,005 km3 f. 9 mm3

Problema 6: unidades de tiempo Escribir las siguientes medidas en minutos:

a. 3 horas b. 2 días c. 2 meses d. 1980 segundos

Escribir los siguientes tiempos en días:

a. Un año y medio

b. 2 trimestres

c. Un sexenio

d. Dos octavarios

e. 259200 segundos

f. 1440 minuto

Expresa en notación científica los números siguientes:

b)8742300000

c)0,0000672

d)- 0,0000006451

e)9451 · 10-25


f)0,007 · 1014

g)35427,12 · 1023

h)0,047292 · 10- 15

Estática Definición

Es la parte de la mecánica física que se ocupa del equilibrio de los sistemas de fuerzas. FUERZA

Es toda acción capaz de producir o modificar un movimiento. Es una magnitud vectorial. Unidad de Fuerza

Es el Kilogramo Fuerza (Kg o Kgf): peso del kilogramo patrón depositado en la oficina internacional de medidas ( Sevres - Francia), a nivel del mar y 45º latitud, construido en aleación de Platino-Iridio. En el Sistema Métrico Legal Argentino (SIMELA), la unidad de fuerza es el Newton que equivale a 0.102 Kg. .

Dinamómetros Son instrumentos utilizados para la medición de fuerzas, basados en las propiedades elásticas de los cuerpos. Los cuerpos elásticos son aquellos que una vez que ha cesado la fuerza que los deformó, recuperan su forma primitiva. Estos cuerpos verifican la ley de Hooke que relaciona la fuerza de restitución con el estiramiento. Estos instrumentos se calibran con pesos conocidos.

Si calculamos la constante de desplazamiento (k), podemos determinar la magnitud de la fuerza en función del desplazamiento (x). El signo negativo indica que la fuerza de restitución es contraria al desplazamiento del resorte. Estos instrumentos permiten medir intensidades de fuerzas. Pueden ser de muelle, de varilla flexible, etc.

Representación gráfica de una fuerza Las fuerzas se representan por medio de vectores. Un vector es un segmento orientado caracterizado por: punto de aplicación, dirección, sentido, módulo o intensidad.


Punto de aplicación o Sentido Dirección o recta de acción Módulo o intensidad Para representar una fuerza, primero hay que elegir la escala adecuada, en función del espacio disponible para representarla. Por ejemplo, en la representación de arriba se ha representado una fuerza de 40 Kgf tomando como escala 10 Kg = 1 cm.

Equilibrio de fuerzas Dos fuerzas aplicadas a un mismo punto se equilibran cuando son de igual intensidad, misma dirección y sentidos contrarios. F2 = - 40 Kg F1 = 40 Kg o

Cuerpo Rígido

Llamamos así a todo cuerpo que sometido a la acción de una fuerza, mantiene constante la distancia entre dos puntos cualesquiera de dicho cuerpo, es decir, que el cuerpo no se deforma. Toda fuerza trasladada sobre su recta de acción tiene el mismo efecto.

SISTEMAS DE FUERZAS Un sistema de fuerzas es un conjunto de fuerzas que actúan sobre un mismo cuerpo. De acuerdo a la disposición de las fuerzas, podemos encontrar distintos tipos de sistemas: DE IGUAL SENTIDO COLINEALES DE SENTIDO CONTRARIO SISTEMAS DE FUERZAS DE IGUAL SENTIDO PARALELAS DE SENTIDO CONTRARIO CONCURRENTES

Sistemas de Fuerzas Colineales

Son fuerzas colineales aquellas cuyas rectas de acción son las mismas. Estas

pueden ser de igual sentido o de sentido opuesto. De igual sentido:

F1 F2

F1 = 25 Kg (2.5 cm)

R F2 = 50 kg ( 5 cm)

R = 75 kg ( 7.5 cm)

Un ejemplo de este tipo de sistema es el caso de una persona empujando un

carro que es tirado de adelante por otra persona. De sentido contrario:

c

F2


F1 = 25 Kg ( 2.5 cm)

R F2 = -50 kg ( 5 cm)

R = -25 kg ( 7.5 cm)

También puede interpretarse la resta de fuerzas colineales como la suma de dos

fuerzas de sentido contrario.

Un ejemplo de este tipo de sistema es el caso de dos o más personas tirando de

una misma soga pero en sentidos contrarios (cinchada).

Sistemas de Fuerzas Paralelas

Se denominan así a aquellas fuerzas cuyas rectas de acción son paralelas entre sí. Pueden ser de igual o distinto sentido.

Fuerzas paralelas de igual sentido

La resultante de un sistema de dos fuerzas paralelas de igual sentido cumple con

las siguientes condiciones:

a) Es paralela y del mismo sentido que las componentes.

b) Su intensidad es igual a la suma de las intensidades de las componentes.

c) Su punto de aplicación divide al segmento que une los puntos de

aplicación de ambas fuerzas en dos partes inversamente proporcionales a las

intensidades de las fuerzas adyacentes ( Relación de Stevin).

Para mostrar cómo se obtiene la resultante de un sistema de fuerzas paralelas de dos componentes (dos fuerzas) con

el mismo sentido, se muestra el siguiente ejemplo:

Si sobre un cuerpo rígido actúan dos fuerzas paralelas (F1 y F2) en el mismo sentido, la primera de ellas con una

fuerza de 30N y la segunda con una fuerza de 40N. Separadas por una distancia de 10 cm ¿Cuál es la RESULTANTE

del sistema y su punto de aplicación?

Antes de resolver el ejercicio, primero se debe tener en cuenta las propiedades de la Resultante en este sistema:

La Resultante tiene igual dirección que la de sus componentes (F1 y F2)

La Resultante tiene igual Sentido que la de sus componentes (F1 y F2)

El módulo o intensidad de la Resultante es igual a la suma de los módulos de sus componentes, es decir Módulo

R = F1 + F2

El Punto de Aplicación de la Resultante cumple la relación de F1 • d1 = F2 • d2

Ahora sí, con estos datos, se procede a la resolución del problema

Resolución de manera Analítica Datos:

F1=30N

F2=40N

d (distancia entre F1 y F2)=10 cm

d1(distancia entre F1 y R)= ? cm

d2(distancia entre F2 y R)= ? cm

El problema plantea obtener el módulo de R y su Punto de aplicación:

Para obtener el módulo de la Resultante de este sistema, se suma el módulo de F1 con el módulo de F2

R= F1 + F2

R= 30N + 40N

R= 70N

El sentido de la Resultante es igual al sentido de las componentes F1 y F2.

Punto de aplicación de la Resultante: se emplea la ecuación F1 • d1 = F2 • d2

Reemplazando la ecuación por los datos queda:


F1 • d1 = F2 • d2

30 x d1 = 40 x d2

Ahora se debe obtener una de las distancias que no se conocen:

Se sabe que d1 + d2 debe dar 10 cm porque es la distancia total entre F1 y F2.

Como d1 + d2=10cm: entonces 10 cm – d1 = d2

Al reemplazar d2 en la ecuación queda del siguiente modo:

30 x d1 = 40 x d2 30 x d1 = 40 x (10 – d1)

Ahora con esta ecuación se procede a obtener el valor de d1, de la siguiente manera:

30 x d1 = 40 x (10 – d1)

30 x d1 = 40 x 10 – 40 x d1

30 x d1 = 400 - 40 x d1

30 x d1 + 40 x d1 = 400

70 x d1 = 400

d1 = 400/70

d1 = 5,71 cm

Se sabe ahora que d1, es decir, que desde el punto de aplicación de F1 al punto de aplicación de la Resultante hay

5,71 cm de distancia.

Para obtener d2 basta simplemente restar:

d2 =10 cm – d1

d2 = 10 cm – 5,71 cm

d2 = 4,29 cm

Sabiendo el valor de d1 y d2 se puede obtener el Punto de Aplicación de la Resultante

RTA: El PUNTO DE APLICACIÓN DE R, SE ENCUENTRA A 5,71 CM DEL PUNTO DE APLICACIÓN DE

LA FUERZA F1 Y A 4,29 CM DEL PUNTO DE APLICACIÓN DE LA FUERZA F2, Y EL MÓDULO DE LA

RESULTANTE ES DE 70N EN EL SENTIDO DE SUS COMPONENTES

Resolución de manera gráfica Datos:

F1=30N

F2=40N

d (entre F1 y F2)=10 cm

http://4.bp.blogspot.com/-aEZyJuCkR24/UYVBY1uEgzI/AAAAAAAAAEo/1FagSmOVErE/s1600/im%C3%A1gen+1.png


http://2.bp.blogspot.com/-56q3k2DDM8o/UYVBYwcH-CI/AAAAAAAAAE0/0xpsVTOkfEM/s1600/im%C3%A1gen+2.png

http://3.bp.blogspot.com/-kayuVC_RC-w/UYVBZHCtS5I/AAAAAAAAAEs/Dk-vJNOoKJw/s1600/im%C3%A1gen+3.png

http://4.bp.blogspot.com/-gUG-rnYt_gc/UYVBZQ_l5KI/AAAAAAAAAFE/FIu2cVecTzo/s1600/im%C3%A1gen+4.png

http://4.bp.blogspot.com/-t30GYrzbedI/UYVBZw-ZOVI/AAAAAAAAAFI/WkDpetjXES8/s1600/im%C3%A1gen+5.png


COMO SE PUEDE VER, GRÁFICAMENTE SE OBTIENE UNA RESULTANTE CUYO MÓDULO ES DE 70N

Y SU PUNTO DE APLICACIÓN SE ENCUENTRA A 4,29 CM DE LA FUERZA MAYOR (F2).

Fuerzas paralelas de sentido contrario

La resultante de un sistema de dos fuerzas paralelas de sentido contrario cumple con las siguientes condiciones: a) Es paralela a ambas fuerzas y del mismo sentido de la mayor. b) Su intensidad es igual a la diferencia de las intensidades de las componentes. c) Su punto de aplicación es exterior al segmento que une los puntos de aplicación de ambas fuerzas, situado siempre del lado de la mayor y determina dos segmentos que cumplen con la relación de Stevin.

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Sistemas de Fuerzas Concurrentes de apoyo o polígono que circunscribe a los puntos de apoyo). El cuerpo de la izquierda retornará a su posición original, mientras que el del centro se caerá. El cuerpo de la derecha podrá caer hacia ambos lados.

PORTAFOLIO N°….. FECHA ……….. NOMBRES Y APELLIDOS……………………………………. TEMA :ESTATICA-GUIA PRACTICA

1- Dos fuerzas paralelas del mismo sentido de 90 N y 65 N están separadas 2,5 m a) Halla gráficamente y analíticamente la resultante del sistema. b) ¿A qué distancia de cada fuerza actúa la resultante? 2- Sobre una barra de 4,8 m de longitud, se ejercen fuerzas paralelas de IGUAL sentido , si la resultante del sistema es de 750 N , hacia arriba y la fuerza menor es de 300 N ¿ Cuál es la intensidad de la otra fuerza? ¿A qué distancia de la resultante se encuentra cada fuerza?


3- Indica verdadero o falso a las siguientes afirmaciones. Justifica las respuestas falsas. a) La resultante de un sistema de fuerzas sustituye a todas las fuerzas produciendo el mismo efecto. b) La regla del paralelogramo permite hallar la resultante de un sistema de fuerzas paralelas. c) La intensidad de la resultante de fuerzas concurrentes es igual a la suma de las intensidades de las componentes.

4-Dos personas transportan un cuerpo de 300 kgf suspendido de una barra de 4,80 m de longitud ( ver la figura). Si el cuerpo se ubica a 120 cm de la persona que va delante ¿Qué fuerza realiza cada persona?

5- Sobre una barra de 4,5 m de longitud, se ejercen fuerzas paralelas de igual sentido, si la resultante del sistema es hacia arriba y de 450 N y la fuerza menor es de 250 N ¿Cuál es la intensidad de la otra fuerza? ¿A qué distancia de la resultante se encuentra cada fuerza? 6- ¿Sabrías determinar la fuerza resultante en cada uno de los siguientes casos?

PORTAFOLIO N°…… FECHA:……………………. APELLIDOS Y NOMBRES:…………………………………… TEMA: ESTATICA – SERIE DE PROBLEMAS

1- Resuelve:

Calcula el valor de la resultante en los siguientes casos: a) Dos fuerzas de 18 N y 30 N se aplican sobre un cuerpo b) Ambas tienen el mismo sentido y la misma dirección

https://sites.google.com/site/204equilibrandofuerzas/sistemas-de-fuerzas/problemas-de-sistemas-de-fuerzas/sist. fuerzas 3.bmp?attredirects=0


c) Las fuerzas tienen sentidos contrarios y la misma dirección. d) Forman un ángulo de 90º entre sí. e) Forman un ángulo de 180º entre sí. Sólo gráficamente. f) Dos fuerza paralelas una de 6kg dirigida hacia arriba y otra 4kg dirigida hacia abajo. g) Dos fuerzas de 12N y 5N, formando un ángulo de 90º. Halla el valor de la fuerza resultante.

2.- Las fuerzas que actúan sobre un avión en vuelo son P el peso del avión que tiende a hacerlo caer R la resistencia del aire que frena su avance T la fuerza impulsora que lo hace avanzar S una fuerza de sustentación que trata de elevarlo a) ¿A qué se debe el peso del avión? b) Las cuatro fuerzas que actúan sobre el avión en vuelo, ¿forman un sistema? Justifica c) De acuerdo con sus direcciones ¿cómo se denominan esas cuatro fuerzas? Justifica d) Si se consideran solamente las fuerzas T y R, ¿ a qué clase de sistema corresponde? ¿Por qué?

3.- Clasifica los sistemas de fuerzas

4.- Para mover un cuerpo, se le ata una cuerda y tres personas tiran de ella, ejerciendo fuerza de 60 Kgf, 70 Kgf y 75 Kgf. ¿Cuál es la resultante del sistema? (resuelve analítica y gráficamente).

5- Dos operarios tiran mediante aparejos un cuerpo para levantarlo, ejerciendo fuerzas de 450 N y 600 N, si las direcciones de las fuerzas forman un ángulo de 50º

a) ¿Cuál es la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo? Resolver gráfica y analíticamente. b) Si el ángulo entre las fuerzas disminuye ¿Cómo varía la fuerza resultante? Justifica la respuesta.

https://sites.google.com/site/204equilibrandofuerzas/sistemas-de-fuerzas/problemas-de-sistemas-de-fuerzas/sist. fuerzas.bmp?attredirects=0

https://sites.google.com/site/204equilibrandofuerzas/sistemas-de-fuerzas/problemas-de-sistemas-de-fuerzas/Imagen 030.jpg?attredirects=0

https://sites.google.com/site/204equilibrandofuerzas/sistemas-de-fuerzas/problemas-de-sistemas-de-fuerzas/Imagen 028.jpg?attredirects=0


5- Tres pescadores tiran mediante aparejos de una red llena de peces, ejerciendo fuerzas de 350 N y 200 N en una dirección y formando un ángulo de 65º con ellas se ejerce una fuerza de 700 N ¿Cuál es la fuerza resultante que actúa sobre la red? Resolver gráfica y analíticamente. 6.- Dos fuerzas paralelas del mismo sentido de 90 N y 65 N están separadas 2,5 m

a) Halla gráficamente y analíticamente la resultante del sistema. b) ¿A qué distancia de cada fuerza actúa la resultante?

7.-Sobre una barra de 4,8 m de longitud, se ejercen fuerzas paralelas de sentido contrario, si la resultante del sistema es de 750 N , hacia arriba y la fuerza menor es de 300 N ¿ Cuál es la intensidad de la otra fuerza? ¿A qué distancia de la resultante se encuentra cada fuerza? 8.- Indica verdadero o falso a las siguientes afirmaciones. Justifica las respuestas falsas.

a) La resultante de un sistema de fuerzas sustituye a todas las fuerzas produciendo el mismo efecto. b) La regla del paralelogramo permite hallar la resultante de un sistema de fuerzas paralelas. c) La intensidad de la resultante de fuerzas concurrentes es igual a la suma de las intensidades de las componentes.

MOVIMIENTO

Actividad 1

1- Todas las imágenes que aparecen aquí arriba muestran distintos cuerpos en

MOVIMIENTO. ¿Por qué te das cuenta que esos objetos de las imágenes están en

MOVIMIENTO? Describí cada caso

Entonces….. ¿Qué significa que están en MOVIMIENTO? Seguramente que en tus respuestas

anteriores está la contestación a éste interrogante.

Un cuerpo se está moviendo cuando va cambiando su posición a través del tiempo respecto

de algún otro cuerpo que se considera fijo1.

Un cuerpo puede estar en movimiento o en reposo (quieto) de acuerdo al punto de referencia

que se tome para analizar el movimiento.

Por ejemplo si ves pasar por la puerta de tu casa a un amigo en moto, vas a decir que tu amigo

se está moviendo junto a la moto

porque viste que ambos cambian de lugar a medida que pasa el tiempo con respecto a tu

posición desde la vereda (sistema de

referencia). Pero si vos te subís a la moto y das una vuelta junto a tu amigo, ya no podrás decir

que tu amigo se está moviendo. Ha cambiado tu sistema de referencia.


2- Buscá otros dos ejemplos de situaciones en donde cambiando el sistema de referencia

algún cuerpo que está en movimiento pase a estar en reposo.

Por lo tanto un cuerpo se está moviendo cuando va cambiando su distancia con respecto a un

punto determinado como fijo o de referencia.

Es importante rescatar que cuando explicamos el movimiento de un cuerpo siempre

intervienen tres elementos fundamentales:

El cuerpo que se mueve o cambia de posición: MOVIL

El tiempo que transcurre

El sistema de referencia respecto del cual se considera dicho cambio de posición.

¿ES LO MISMO VELOCIDAD Y RAPIDEZ?

Para responder a ésta pregunta analicemos el siguiente caso:

Ese promedio, que se calcula dividiendo la distancia total recorrida por el tiempo

empleado en recorrerla, nos está indicando que el corredor de Turismo Carretera por

cada hora recorrió una distancia de 148,4 km.

150 km

Velocidad promedio = = 148,4 km/h 1h 38 s

Entonces se puede decir que la velocidad de un móvil es el cociente entre la variación de

la posición (distancia o espacio recorrido) y el tiempo transcurrido 2.

Donde V= velocidad promedio, ∆X = variación de la posición (desplazamiento) y ∆t = tiempo empleado.

Pero ésta relación no nos da información completa a cerca de cómo fue el

desplazamiento del auto en todo su recorrido, las veces que frenó, las curvas que tomó,

las veces que aceleró, etc, etc. Lo único que hace el valor de ésta relación es calcular el

valor promedio de las diferentes velocidades que llevó el auto en su recorrido y que tal

vez su velocímetro nunca marcó.

La velocidad media no nos informa sobre el sentido en que se mueve el móvil ni la

dirección que lleva en su recorrido. Por lo tanto no es un concepto completo ya que solo

nos indica el valor numérico o módulo de la velocidad, pero no su dirección ni sentido.

A dicho valor numérico se lo denomina RAPIDEZ (aunque en el lenguaje cotidiano se lo

El piloto de Turismo Carretera Juan MaríaTraverso a

bordo de su auto FORD realizó un recorrido150 km del

autódromo de la cuidad de Buenos Airesen un tiempo de

1 hora 38 segundos a un promediode 148,4 km/h,

ubicándose en la cuarta posición parala largada del día

domingopróximo

X

V=

t


llame velocidad), dado que la VELOCIDAD propiamente dicha es además de éste valor

numérico llamado RAPIDEZ, la dirección y el sentido del movimiento.3

Actividad 2

1- Calculá la RAPIDEZ en cada uno de los siguientes casos y expresá los resultados en Km/h y en m/s: a- un

camión recorre 450 km en 5 horas

b- una hormiga camina 90 cm en 1 minuto y 30 segundos

c- un ciclista hace 800 m en 4 minutos.

2-¿Qué distancia en metros recorre una persona que durante 40 minutos trota a razón de 2 m/s?.

3-¿Cuánto tarda un colectivo en ir de Santa Rosa a Catril (distancia 80 km) si su rapidez es de 90 km/h?


MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME (MRU)

¿Qué significa MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME?

Vamos a analizar cada uno de esos términos:

MOVIMIENTO sabemos que es el cambio de posición de un móvil a través del tiempo

con respecto a un punto de referencia. RECTILINEO significa que la trayectoria (forma del camino) que describe es recta. UNIFORME quiere decir que ese recorrido lo realiza a VELOCIDAD CONSTANTE, es

decir que recorre distancias iguales en tiempos iguales. Por lo tanto podemos también expresar en el MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME

la distancia recorrida es directamente proporcional el tiempo empleado

Actividad 3

1- Resolvé las cuestiones que se presentan mas abajo con respecto a la siguiente situación:

Una joven se desplaza en bicicleta por un camino recto. En su recorrido se registran los siguientes resultados

Distancia en metros

200 400 600 800 1000

Tiempo en segundos

120 240 360 480 600

a- Calculá para cada tramo de su recorrido el valor de la velocidad de la bicicleta. Expresá los resultados en m/s.

b- ¿Cómo son los resultados que obtuviste? ¿Qué conclusión podés sacar con respecto a los mismos?

c- ¿Es correcto decir que la joven realiza un MRU? ¿Por qué? d- ¿Qué ocurre con la distancia recorrida y el tiempo empleado? ¿Cómo varían? e- Realizá en los ejes de coordenadas los gráficos que representen la variación

velocidad en función del tiempo y la variación de la posición o distancia recorrida en función del tiempo.

f- ¿Qué conclusiones podés enunciar con respecto a dichos gráficos?

2- UN AUTO VIAJA A UNA VELOCIDAD CONSTANTE DE 90 KM/H A LO LARGO DE UN CAMINO RECTO

A partir de éstas actividades los términos VELOCIDAD y RAPIDEZ se utilizarán como sinónimos.


Respondé y/o resolvé

a- ¿Qué tipo de movimiento realiza el auto? ¿Por qué? b- ¿Qué significa que el auto está en movimiento? c- ¿Cuál es la velocidad del auto en m/s? d- ¿Qué tiempo tardará el auto en recorrer 475 kilómetros? e- ¿Qué distancia recorrerá el auto en 2 horas y 40 minutos? f- ¿Cómo es el gráfico de la velocidad del auto en función del tiempo? Realízalo

3- Un tren recorre un cierto camino a una velocidad constante de 54 Km/h. Se desea saber: a- ¿Cuál es su velocidad en m/s? b- ¿Qué distancia recorre éste tren durante 2,5 horas? c- ¿Qué tiempo tardará el tren en realizar un trayecto de 270 Km?

4- El siguiente gráfico representa la distancia recorrida por un móvil en función del tiempo, el

cual se mueve a velocidad constante. Teniendo en cuenta ésta situación, respondé y hacé los cálculos que correspondan:

distancia (metros)

750 -

500 -

250 -

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 50 100 150 200 250 300 350

tiempo (segundos

a- ¿Qué tipo de movimiento realiza el móvil? b- ¿Cuál es su velocidad en m/s y en Km/h? c- ¿Qué tiempo tardará dicho móvil en recorrer 1800 metros? d- ¿Qué distancia recorrerá el móvil en 4 minutos?

5- Sabiendo que un móvil rojo se mueve a una velocidad de 75Km/h, un móvil verde recorre 40 metros en 2 segundos y un móvil azul tarda 25 minutos en recorrer 80 Km, realizando los tres móviles movimiento rectilíneo uniforme. Respondé haciendo los cálculos correspondientes:

a- ¿Cuál de los tres móviles se mueve más rápido? b- ¿Qué distancia recorrerá el móvil azul en 1 hora? c- ¿Cuánto tiempo tardará el móvil verde en recorrer 2000 metros? d- ¿Qué distancia recorrerá el móvil rojo en 1hora y 40 minutos? e- Realizá los gráficos en los ejes cartesianos de la velocidad en función del tiempo y de la

variación de la posición en función del tiempo para cada uno de los móviles.


f- ¿Qué conclusiones podés elaborar de la observación y comparación de los gráficos de los distintos móviles?

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORMEMENTE VARIADO (MRUV)

Hasta el momento hemos analizado un tipo de movimiento que muy poco probable en la realidad, como lo es el MRU. En la vida cotidiana cuando un móvil se mueve, generalmente parte del reposo, su velocidad va aumentando hasta un determinado valor y luego puede encontrarse con diferentes obstáculos y disminuir la velocidad, es decir que a lo largo de su recorrido la velocidad va a ir variando.

En dicho caso el movimiento deja de ser UNIFORME se transforma en un MOVIMIENTO VARIADO. Y esto ocurre por que aparece una nueva magnitud física que es la ACELERACION

¿QUÉ ES LA ACELERACION?

Generalmente se cree que la aceleración es un aumento de la rapidez, es decir se la relaciona con moverse más rápido. Pero la ACELERACION es un concepto más completo, por que es la magnitud que modifica a la velocidad, lo cual no solo significa que aumenta el valor de la misma, también puede disminuir su valor (frenado) o modificarle la dirección o el sentido. Para poder calcular el valor de la aceleración de un determinado móvil se realiza el cociente entre la variación de la velocidad ( V) y el intervalo de tiempo en que transcurre dicha

variación ( t). 4

4 Basado en REYNOSO, LILIANA. Física.EGB3. 1997.Buenos Aires. Editorial Plus Ultra

V

a =

t

V = Vf – Vi

Vf= velocidad finalVi= velocidad inicial

LA ACELERACION ES LA

VARIACION DE LA

VELOCIDAD EN UNA

UNIDAD DE TIEMPO Y

TAMBIÉN TIENE UNA

DIRECCIÓN Y UN

SENTIDO.

La aceleración se

expresa en

km/h2

o en

m/s2


¿CUÁLES SON LAS CARACTERISTICAS DEL MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORMEMENTE VARIADO (MRUV)?

Analizando la denominación de éste movimiento podemos decir que:

MOVIMIENTO RECTILINEO significa que un móvil cambia su posición con respecto a

un punto de referencia a medida que transcurre el tiempo y que además describe una trayectoria recta en su recorrido.

UNIFORMEMENTE VARIADO indica que su velocidad cambia en forma directamente proporcional al tiempo, es decir que en tiempos iguales las variaciones de la velocidad son iguales.

LA ACELERACIÓN es constante durante todo el movimiento y puede tener igual signo

que la velocidad, entonces la velocidad aumenta (MRUAcelerado) o tener signo contrario y por lo tanto la velocidad disminuye (MRUDesacelerado)

Actividad 4

1- Completá el siguiente cuadro utilizando las fórmulas que correspondan:

TIEMPO (seg)

t = t final - tinicial

(seg)

VELOCIDAD (m/s)

V = V final – Vinicial

(m/s)

ACELERACION (m/s2)

0 0

10 40

20 80

30 120

50 200

70 280

90 360

120 480

150 600

2- Con los datos obtenidos en el cuadro anterior, realizá en los ejes cartesianos los gráficos de:

a. aceleración en función del tiempo b. velocidad en función del tiempo

3- Un auto parte del reposo y sigue una trayectoria rectilínea. A los 20 segundos de haber

partido tiene una velocidad de 10 m/s. Averiguá cuál fue su aceleración y cuál es su velocidad después de haber marchado 30 segundos. Graficá la aceleración y la velocidad en función del tiempo.


4- Un tren marcha con una velocidad de 52 km/h en ese momento aplica los frenos hasta detenerse al cabo de 90 segundos. ¿Cuál es su aceleración? ¿Cuál es su velocidad a los 15 segundos de haber partido? Graficá la aceleración y la velocidad en función del tiempo.

5- Las siguientes tablas de datos indican la variación de la velocidad de dos móviles

diferentes a través del tiempo en diferentes trayectos:

MOVIL “A”

TRAMO TIEMPO INICIAL (seg)

TIEMPO FINAL (seg)

VELOCIDAD INICIAL (m/s)

VELOCIDAD FINAL (m/s)

A 0

20

0

60

B 30

60

60

60

C 60

100

60

90

MOVIL “B”

TRAMO TIEMPO

INICIAL (seg)

TIEMPO FINAL (seg)

VELOCIDAD INICIAL (m/s)

VELOCIDAD FINAL (m/s)

A 0

50

80

40

B 50

80

40

40

C 80

120

40

90

Teniendo en cuenta cada una de las tablas, confeccioná los gráficos correspondientes (velocidad en función del tiempo) y luego respondé a las cuestiones planteadas mas abajo:

MOVIL “A” a- ¿cuál es su velocidad inicial? b- ¿cuál es su aceleración en cada trayecto de su movimiento? c- ¿el móvil se detiene al finalizar el trayecto “C”? d- ¿cuál es su velocidad a los 15 segundos de movimiento? e- ¿cuánto tiempo tarda en realizar el trayecto “B”? f- ¿en qué trayecto el móvil va frenando? ¿por qué?


MOVIL “B” a- ¿qué tipo de movimiento realiza el móvil en cada tramo de su recorrido? b- ¿cuál es el valor de la aceleración en cada tramo del recorrido? c- ¿cuánto tiempo emplea el móvil en realizar un movimiento a velocidad

constante? d- ¿cuánto tiempo emplea el móvil en moverse con aceleración positiva? e- e- ¿qué distancia recorre el móvil en el trayecto “B”? 6- Los siguientes gráficos corresponden a distintos tipos de movimientos. Indicá debajo de cada gráfico a qué tipo de movimiento corresponde cada uno de los mismos y justificá:

Velocidad Velocidad

Tiempo Tiempo

Distancia Aceleración

Tiempo Tiempo Velocidad distancia


FUERZAS

Tirar con fuerza Hacer fuerza Empujar con fuerza Patear con fuerza

de una soga para levantar pesas un cuerpo una pelota

Así como lo muestran las imágenes que se encuentran aquí arriba, en nuestra vida cotidiana es muy común utilizar la palabra FUERZA y también ejercer FUERZAS es algo muy habitual.

Pero… ¿QUÉ ES UNA FUERZA?

FUERZA es todo aquello que aplicado sobre un cuerpo le produce un cambio en su forma (deformación) y/o un cambio en su velocidad (aceleración)1.

Si analizamos las imágenes anteriores podemos decir que en el caso de:

Tirar con fuerza de una soga: la fuerza produce un efecto de deformación

Levantar pesas: la fuerza provoca un cambio en la velocidad ya que la pesa que se encontraba en reposo al ser levantada adquiere una cierta velocidad.

Empujar un cuerpo: el cuerpó que está quieto adquiere una cierta aceleración por acción de la fuerza que se ejerce sobre el mismo.

Patear una pelota: la fuerza de la patada provoca ambos efectos, por un lado saca a la pelota del estado de reposo pero además el golpe del pie le imprime aunque poco perceptible una deformación a la misma.

Actividad 1

1- Indicá qué efectos producen las fuerzas que aparecen en las siguientes situaciones:

a- un arquero ataja una pelota en un penal b- una grúa arrastra un auto c- un niño se sienta sobre un mullido almohadón

un mecánico estira un resorte d- una señora arrastra un carrito en el supermercado e- un deportista lanza una jabalina


g- una niña arruga una hoja de carpeta para hacer una pequeña pelotita

¿CUÁLES SON LOS ELEMENTOS DE UNA FUERZA Y CÓMO SE REPRESENTAN LAS FUERZAS?

Toda FUERZA tiene: UN PUNTO DE APLICACIÓN: lugar o punto del cuerpo donde se aplica la fuerza ejercida. UNA DIRECCIÓN: recta sobre la cual actua la fuerza (horizontal, vertical, inclinada,etc) UN SENTIDO: hacia donde se aplica la fuerza (arriba, abajo, derecha, izquierda, etc) UNA INTENSIDAD: es el valor de la fuerza y se expresa en Kilogramo- fuerza (Kgf) o en Newton (N)

Veamos cada uno de éstos elementos en el siguiente ejem

El punto de aplicación está ubicado en el paragolpes de la camioneta. La dirección de la fuerza es oblicua. El sentido es de abajo hacia arriba La intensidad estará en relación con el peso de camioneta.

Para representar a las FUERZAS se utilizan VECTORES que son segmentos orientados que indican el origen o punto de aplicación, la dirección, el sentido y la intensidad de la fuerza en cuestión.

Si retomamos el ejemplo anterior podemos representar a la fuerza que realiza la grúa de la siguiente manera:

Dirección Sentido

----------o ---------------------

origen o punto de aplicación El largo del VECTOR está en relación con la INTENSIDAD de la fuerza y para eso se representa tal VECTOR utilizando una escala adecuada.

Por ejemplo si debo representar una fuerza de 50 N voy a usar una escala en la cual mediante 1 cm de largo de vector represente 10 N, por lo tanto el vector tendrá un largo total de 5 cm.

1- Representá por medio de VECTORES y usando una escala adecuada en cada caso las siguientes fuerzas. Indicá las escalas que aplicarás en dichos casos.

a- una fuerza vertical hacia arriba de 45 N b- una fuerza horizontal hacia la izquierda de 3 N c- una fuerza horizontal hacia la derecha de 6000N d- una fuerza oblicua hacia debajo de 550 N

2- ¿A cuántos Kgf equivalen cada una de las fuerzas del ejercicio anterior?

3- Si para correr un mueble de lugar un hombre tiene que aplicar una fuerza de 680 N. ¿Cuántos Kgf debe hacer éste

hombre? Representá la fuerza por medio de un vector y con una escala adecuada.

1 kgf = 9, 8 N


¿COMO SE CLASIFICAN LAS FUERZAS?

Vamos a analizar y ejemplificar cada uno de los tipos de FUERZAS que aparecen en el esquema anterior2.

Q FUERZAS DE CONTACTO son aquellas que surgen del contacto entre dos cuerpos. Dentro de éste

tipo se pueden mencionar:

c. REACCION NORMAL: es la fuerza que ejerce una superficie de apoyo sobre el cuerpo que está apoyado en

la misma. Siempre tiene dirección vertical y sentido hacia arriba y es perpendicular a la superficie de apoyo. d. EMPUJE: es la fuerza que ejerce un gas o un líquido sobre todo cuerpo que esté sumergido en él. Su

dirección es siempre vertical y hacia arriba. e. TENSION: es la fuerza que se ejerce por medio de una cuerda, soga, hilo, cable, etc., y que, en general,

permite mover a un cuerpo. Esta fuerza aparece siempre que la cuerda, soga y/o cable esté tenso o tirante, su dirección y su sentido dependen del movimiento que se desea realizar con el cuerpo a desplazar. f. ROZAMIENTO: es la fuerza que se genera cuando hay fricción entre la superficie de dos cuerpos, es decir

cuando un cuerpo intenta deslizarse sobre otro. Cuanto más rugosa sea una superficie mayor es la fuerza de rozamiento. Esta fuerza tiene la misma dirección que la del deslizamiento que realizan los cuerpos pero sentido contrario al de dicho movimiento.

g. ELASTICA: es la fuerza que aparece cuando se estira y/o contrae un cuerpo elástico, es decir cuerpo que

luego de ser estirados o contraídos son capaces de recuperar su forma.

Q FUERZAS DE ACCION A DISTANCIA: son aquellas fuerzas que se ponen de manifiesto sin que se produzca

contacto entre los cuerpos que interaccionan. En éste grupo encontramos a las fuerzas:

PESO: es la fuerza de atracción que ejerce el planeta Tierra sobre todos los cuerpos. Esta fuerza es

siempre vertical, con sentido hacia abajo y está presente en todos los cuerpos.

ELECTROSTATICAS: son las fuerzas que aparecen entre cuerpos cargados eléctricamente, las mismas pueden ser de atracción cuando las cargas eléctricas tienen signos opuestos o bien ser de repulsión cuando las cargas eléctricas son de igual signo.

MAGNETICAS: son las fuerzas que aparecen cuando ciertos materiales como los imanes cuando atraen a otros materiales como el hierro o también las fuerzas que se producen entre los polos de los imanes.

PORTAFOLIO N° NOMBRES Y APELLIDOS TEMA: TIPOS DE FUERZAS

1- Observá detenidamente la siguiente imagen y luego señalá con una cruz (X) las afirmaciones que con

REACCION NORMAL

EMPUJE

TENSION

ROZAMIENTO

ELASTICAS

DE CONTACTO

PESO

ELECTROSTATICAS

MAGNETICAS

DE ACCION A

DISTANCIA


respecto a la misma resulten INCORRECTAS:

a- La butaca del tractor ejerce una fuerza llamada Reacción Normal sobre el señor que está sentado en ella. ( ) b- Las intensidades de las fuerzas que aparecen en la figura se expresan en metros. ( ) c- Entre la cabeza del señor y su sombrero aparece una fuerza denominada Empuje. ( ) d- Entre las ruedas del tractor y el suelo aparece la fuerza de Rozamiento. ( ) e- La fuerza Peso del tractor produce un efecto de deformación sobre el suelo. ( ) f- El sombrero del hombre no tiene Peso. ( ) g- La fuerza de Rozamiento entre las ruedas y el suelo sería mayor si el mismo fuera muy liso. ( ) h- En la figura no aparece ninguna fuerza de TENSION. ( i- La fuerza de Rozamiento es una fuerza a distancia. ( ) j- La Reacción Normal es una fuerza de contacto. ( )

2- Investigá, reflexioná y luego respondé:

a- ¿Por qué los neumáticos tienen marcadas gran cantidad de estrías de diferentes formas? b- ¿Por qué es muy posible que sobre un piso muy encerado resbalemos y nos demos un buen golpe? c- ¿Por qué los barcos pueden flotar en el agua a pesar de ser muy pesados? d- ¿Qué es un dinamómetro?

FUERZAS Y MOVIMIENTO3

Cuando comenzamos a abordar el tema de FUERZAS vimos que uno de los efectos que éstas producen es hacer

que un cuerpo cambie su velocidad, es decir que si está en reposo comience a moverse y si está en movimiento

varié su velocidad o se detenga.

Esta relación fue estudiada desde tiempos muy remotos, pero quien dilucidó muchos interrogantes al respecto fue

ISAAC NEWTON.

NEWTON enunció tres leyes o principios básicos sobre el tema que se conocen como LEYES DE NEWTON que se

designan:

Q PRIMERA LEY DE NEWTON O PRINCIPIO DE INERCIA.

Q SEGUNDA LEY DE NEWTON O PRINCIPIO DE MASA.

Q TERCERA LEY DE NEWTON O PRINCIPIO DE INTERACCION.

Veamos entonces si damos respuesta al interrogante de éste señor. El PRINCIPIO DE

INERCIA (1° LEY DE NEWTON) enuncia que:

Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme si sobre él no actúa ninguna

fuerza o bien si la suma de las fuerzas que actúan sobre el mismo es nula.

Este principio o ley se cumple en muchos casos de nuestra vida cotidiana. Por ejemplo:

Si vos vas en un auto y el conductor aplica los frenos de repente, tu cuerpo va a ir hacia delante, intentando


seguir en movimiento.

Si sobre el banco del aula tenés apoyada tu carpeta, ésta permanecerá quieta (en reposo), salvo que alguien

la empuje (le aplique una fuerza) y la haga caer del banco o la cambie de lugar.

En ambos ejemplos y en muchos más que podríamos analizar se pone de manifiesto una propiedad que tienen todos

los cuerpos, por la cual tienden a permanecer en estado de reposo o movimiento, y que se denomina INERCIA.

1- Teniendo en cuenta el PRINCIPIO DE INERCIA respondé a las siguientes preguntas.

a- ¿Por qué cuando andamos en auto es importantísimo usar el cinturón de seguridad?

b- ¿Por qué en los colectivos urbanos los pasajeros que viajan parados deben tomarse fuertemente de los

pasamanos que cuelgan del techo?

c- ¿Por qué si un auto viaja a muy alta velocidad corre el riesgo de volcar al encontrarse con una curva muy

cerrada?

El PRINCIPIO DE MASA (2° LEY DE NEWTON) postula que:

La aceleración que adquiere un cuerpo por causa de una fuerza es directamente proporcional a la intensidad de

dicha fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.

Para comprender mejor éste PRINCIPIO te propongo que resuelvas la siguiente actividad.

Actividad 2

1- Imaginá por un momento que los dos automóviles de las figuras han sufrido algún desperfecto

mecánico y que es necesario que los empujes.

Teniendo en cuenta tal situación respondé las siguientes cuestiones.

a- ¿Cuál de los dos automóviles tiene mayor masa: el auto o la camioneta? ¿Por qué?

b- Si para empujar cada uno de los mismos aplicás la misma fuerza ¿Cuál va adquirir más aceleración?

c- Para que los dos adquieran la misma aceleración. ¿Las fuerzas a aplicar en cada caso serán las mismas?

¿Por qué? ¿En cúal deberá ser mayor? ¿Por qué?

2- Ahora Imagináuna situación similar a la anterior pero lo que hay que empujar son dos autos idénticos

partir de ésta nueva situación, respondé las siguientes preguntas:

a- ¿Los dos autos tienen la misma masa?

b- Si sobre ambos autos aplicás la misma fuerza ¿Cuál adquiere mayor aceleración?

c- Si sobre el primero aplicás una fuerza mayor que sobre el segundo de éstos

¿Cúal adquiere menor aceleración?

d- Si deseás que el primero adquiera una aceleración que sea el doble de la que adquiera el segundo auto ¿Cómo

deberán ser las fuerzas aplicadas?

3- ¿Es correcto decir que……? Respondé con SI o con NO al lado de cada afirmación:

a- Si las fuerzas aplicadas sobre dos cuerpos de igual masa son diferentes, las aceleraciones que adquieren tales


cuerpos son iguales. ( )

b- Si se dispone de dos cuerpos cuyas masas son de 25 kg y 50 kg respectivamente y sobre ambos cuerpos se aplican

fuerzas de igual intensidad, el de menor masa adquiere mayor aceleración.

c- Para que dos cuerpos de distintas masas adquieran la misma aceleración hay que aplicarle a ambos cuerpos la

misma fuerza. ( )

d- Si se tiene dos cuerpos de igual masa, sobre uno de ellos se aplica una fuerza de 30 N y sobre el otro una fuerza de 60N,

el primero adquiere una aceleración que es la mitad de la que adquiere el segundo cuerpo. ( )

El PRINCIPIO DE MASA se expresa por medio de una fórmula que es la siguiente:

Donde F= fuerza aplicada (N) m= masa del cuerpo (kg) a= aceleración del

cuerpo (m/s2)

Actividad 3

1- Aplicando la fórmula que expresa el PRINCIPIO DE MASA, resolvé los siguientes problemas:

a- ¿Qué aceleración adquiere un cuerpo cuya masa es de 4 Kg si se le aplica una fuerza de 30 N?

b- ¿Qué fuerza habrá que aplicarle a un cuerpo de 20 kg para que adquiera una aceleración de 0,5 m/s2 ?

- ¿Qué aceleración adquirirá un carro cuya masa es de 300 kg si un caballo tira de él con una fuerza de 2000 N?

d- ¿Qué fuerza habrá que aplicar sobre un mueble cuya masa es de 70 Kg para poder moverlo con una aceleración

de 0,5 m/s2?

e- ¿Cuál será la masa de un cuerpo que al aplicarle una fuerza de 50 N adquiere una aceleración de 5

m/s2?

¿QUÉ RELACION EXISTE ENTRE LA MASA DE UN CUERPO Y EL PESO DEL MISMO?4

Ya hemos visto en años anteriores que la masa de un cuerpo y el peso de éste no son “la misma cosa”

Repasando un poco…….

MASA de un cuerpo es la cantidad de materia que forma a dicho cuerpo, la cual es invariable cualquiera

sea el lugar del Universo donde se mida.

PESO es la fuerza de atracción que ejerce un planeta o cuerpo celeste sobre un cuerpo por acción de la gravedad.

Esta magnitud varía de acuerdo al lugar donde se mida debido a que la atracción que ejerce el planeta Tierra sobre

un cuerpo depende de la distancia a la que se halla del centro de la Tierra.

Cuando un cuerpo cae en el vacío, su propio peso es la fuerza que le imprime una aceleración, llamada aceleración de

la gravedad. Por lo tanto en la fórmula que expresa el PRINCIPIO de MASA se puede reemplazar “F” (fuerza) por “P”

(peso) y “a” (aceleración) por “g” (aceleración de la gravedad),resultando:

F = m .a

P = m .g

Recordá que laaceleración

de la gravedad tieneun

valor de 9,8m/s2


Actividad 4

1- Resolvé los siguientes problemas aplicando las fórmulas que correspondan: a- ¿Cuál es el peso de una heladera cuya masa es de

70 kg? ¿Qué fuerza habrá

que aplicar sobre ésta para que al moverla adquiera una aceleración de 0,2 m/s2 ?

b- ¿Cuál es el peso de un auto en la Tierra y cuál en la Luna si su masa es de 500 kg? La aceleración de la gravedad en la

Luna es de 1,63 m/s2.

c- Un caballo que pesa 1800 N llega a frenarse con una aceleración de 5 m/s2. Se desea saber:

¿cuál es su masa y qué fuerza necesitó aplicar para adquirir esa aceleración?

El PRINCIPIO DE INTERACCION (3° LEY DE NEWTON) enuncia que:

Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, el cuerpo B ejerce sobre el cuerpo A una fuerza de igual intensidad, igual dirección

pero de sentido contrario.

Un ejemplo de éste PRINCIPIO, también llamado PRINCIPIO DE INTERACCIÓN, es el funcionamiento de los cohetes espaciales. En éstos

ocurre que el cohete ejerce una fuerza

(acción) que expulsa los gases que se forman en sus motores hacia el exterior, pero a su vez esos gases la ser expulsados ejercen sobre el

cohete una fuerza (reacción) que lo impulsa en su ascenso.

1- En las siguientes imágenes aparecen ejemplos del PRINCIPIO de INTERACCION, buscá esos ejemplos, indica cuáles son los pares de

fuerzas que que cumplen con el mismo y además marcálos sobre cada figura


Portafolio N……… NOMBRES Y APELLIDOS………………….

TE,A :DINAMICA – LEYES DE NEWTON

E J E R C I C I O S : 1) Calcular la masa de un cuerpo al que una

fuerza de 20 kgf lo aceleran en 5 m/seg2.

2) Calcular la aceleración que adquiere un

cuerpo de 4 kg de masa al que se le aplica

una fuerza de 12 kgf.

3) ¿Qué aceleración adquiere un cuerpo que

pesa 20 kgf si se le aplica una fuerza de 10

kgf?

4) Calcular la fuerza (según los tres sistemas)

que debe aplicarse a una cuerpo de 120 kg

para que adquiera una aceleración de 20

m/seg2.

5) ¿Qué aceleración adquiere un cuerpo que

pesa 40 kgf si se le aplican 50 N?

6) ¿Qué masa tiene un cuerpo de 65 kgf en

un lugar donde la gravedad es de 9,8

m/seg2? ¿Y en un lugar donde la gravedad es

de 9,6 m/seg2?

7) Si un automóvil tarda 20 seg en llegar a

90 km/h por acción de una fuerza de 2500 N

¿cuál es su peso?

8) Un trineo cohete experimental de 500 kg

se acelera desde el reposo a 1600 km/h en 2

segundos. ¿Cuál es la fuerza empleada?

9) Calcular la fuerza que es necesario aplicar

a un cuerpo de 30 kgf para lograr que su

velocidad varíe a razón de 3 m/seg en cada minuto


Investiga (puedes utilizar tu material de años anteriores) y responde:

1. ¿En qué consiste la electrización por frotamiento? Ejemplifica

2. ¿Cómo se vinculan las cargas eléctricas de igual signo? ¿y de distinto signo?

3. ¿Cómo se clasifican los materiales en relación a la conducción de la electricidad?

4. Describe y explica el funcionamiento de un electroscopio.

5. ¿De qué forma se puede electrizar un cuerpo?


L e y d e C o u l o m b Cuando interactúan cuerpos eléctricamente cargados, se producen fenómenos de atracción y

repulsión debido a la existencia de ciertas fuerzas de origen eléctrico, denominadas fuerzas

eléctricas.

En 1785, Charles Coulomb estudió la intensidad de las interacciones que se producen entre

pequeñas esferas dotadas de carga eléctrica, por medio de ingeniosas mediciones en una

balanza de torsión. Y pudo comprobar que si se consideran dos cuerpos muy pequeños,

prácticamente puntuales (A y B), cargados con igual cantidad de electricidad del mismo signo, y

separados entre si por una distancia d, en A y B aparecen fuerzas opuestas de igual magnitud:

Y dedujo que: la fuerza con que se atraen o repelen dos cuerpos electrizados pequeños es directamente proporcional a sus

cargas eléctricas.

También observó que al incrementarse la separación entre los cuerpos A y B, la fuerza de repulsión disminuye en forma

proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

En base a estas deducciones, enunció:

La fuerza con que se atraen o repelen dos cuerpos electrizados pequeños es directamente proporcional a sus cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los

separa.

Y k es la constante de proporcionalidad que depende del medio que rodea las cargas eléctricas, su valor en el vacío es 9 .

109 N.m2 / cb2.

Unidad de carga eléctrica: El culombio o coulomb (cb) es la unidad derivada del sistema internacional para la medida de la magnitud física

cantidad de electricidad (carga eléctrica). Nombrada en honor del físico francés Charles-Augustin de Coulomb (1736 - 1806).

Se define como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio de intensidad de

corriente eléctrica.

1 cb = 1 Å . seg Es alrededor de 6.241506 × 1018 veces la carga de un electrón.

Por esto, decimos que la carga eléctrica de un electrón es 1,6 . 10-19 cb

C a m p o e l é c t r i c o Es la región del espacio que lo rodea, donde se manifiestan fuerzas eléctricas. Su

intensidad puede calcularse como el cociente entre la fuerza que actúa en dicho punto,

sobre la unidad de carga eléctrica positiva.

La UNIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO queda establecida como: = =


Líneas de campo Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las

llamadas líneas de fuerza. Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, los

cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo

eléctrico, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial, y las

líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirían las

partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del

campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto

considerado.

Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza

radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la

línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera

porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido

(fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual

negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas

hacia la carga central. Como consecuencia de lo

anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre

de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son

«manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza.

Entonces, las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de

manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en

ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir encontramos que

la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente a la carga. Al

unir los puntos en los que el campo eléctrico es de igual magnitud, se obtiene lo que se

conoce como superficies equipotenciales, son aquellas donde el potencial tiene el

mismo valor numérico.

Líneas de campo eléctrico correspondientes a cargas iguales y opuestas, respectivamente.

Energía potencial eléctrica Recordemos la relación entre el trabajo y la energía potencial: se realiza trabajo cuando

una fuerza desplaza un objeto en la dirección de la fuerza.

Un objeto tiene energía potencial en virtud de su posición, digamos en un campo de

fuerza. Por ejemplo, si alzas un objeto a cierta altura, estás realizando trabajo sobre el

objeto. Además, estás incrementando su energía potencial gravitacional. Cuanto mayor

es la altura a la que llevas el objeto, más grande es el aumento en su energía potencial. La

realización de trabajo sobre el objeto hace que aumente su energía potencial

gravitacional.


Del mismo modo que se requiere trabajo para alzar un objeto contra el campo gravitacional

de la Tierra, se necesita trabajo para empujar una partícula con carga contra el campo

eléctrico de un cuerpo cargado. La energía potencial eléctrica de una partícula con carga

aumenta cuando se realiza trabajo para empujarla contra el campo eléctrico de algún otro

objeto cargado.

Imaginemos una carga positiva pequeña ubicada a cierta distancia de una esfera

positivamente cargada. Si acercamos la carga pequeña a la esfera invertiremos energía

en vencer la repulsión eléctrica. Del mismo modo que se realiza trabajo al comprimir un

resorte se hace trabajo al empujar la carga contra el campo eléctrico de la esfera. Este

trabajo es equivalente a la energía que adquiere la carga. La energía que ahora posee la

carga en virtud de su posición se llama energía potencial eléctrica. Si soltamos la esfera, se

acelerará alejándose y su energía potencial se transformará en energía cinética.

2- ¿Por qué los cables están fabricados con alambres de cobre y

luegorecubiertosconplástico?

3- ¿Por qué los electricistas deben trabajar con calzado cuya suela sea degoma?4- ¿Por qué

no es recomendable abrir la heladera cuando uno estámojado?

5- ¿Por qué los destornilladores, pinzas y algunas otras herramientas tienensusmangos

recubiertos de plástico omica?

6- ¿Por qué los filamentos de los focos de luz son espiralados y muyfinos?7-

¿Cuál de los siguientes trozos conductores tendrá mayorRESISTENCIA ELECTRICA? ¿Porqué

8- Investigá en algún libro de CIENCIAS NATURALES cómo se forman losrayosdurante las tormentas,

para qué se colocan los pararrayos en los edificiosycómo funcionan losmismos.

Hasta ahora hemos visto algunos aspectos referidos a la ELECTRICIDAD,perocuando la misma está

en reposo y lo que el hombre realmente utiliza ynecesitapara poder desarrollar múltiples


actividades a diario es cuando esaELECTRICIDADpuede circular a través de un conductor. Por lo

tanto lo que le es útil al hombreesla CORRIENTEELECTRICA.

La CORRIENTE ELECTRICA (ELECTRICIDAD DINAMICAO ELECTRODINAMICA) es el movimiento o desplazamiento de cargaseléctricas(electrones) a través

de un conductor(cables).3

Para que pueda haber circulación de cargas eléctricas, es decirCORRIENTEELECTRICA, se

necesitan tres elementosfundamentales:

UN GENERADOR: instrumento que genere y mantenga el movimiento delascargas

eléctricas ( pila, batería, equipo electrógeno, central hidroeléctrica,etc.) UN CONDUCTOR: cable que permita el pasaje de la corrienteeléctrica. UN APARATO RECEPTOR: dispositivo o instrumento que al recibir lacorrienteeléctrica se

ponen en funcionamiento y además produce una transformacióndela energía eléctrica

en otra forma de energía. (lámpara, ventilador,televisor,multiprocesadora, etc.,etc.)

Estos elementos que enumeramos más arriba conformarían lo que se denominaun

CIRCUITO ELECTRICOELEMENTAL4

GENERADOR CONDUCTOR APARATORECEPTOR

Para que la CORRIENTE ELECTRICA pueda circular además de contar conestostres elementos

fundamentales, el CIRCUITO ELECTRICO debe estarCERRADO,es decir que todos sus elementos deben

estar conectados entre sí para que elflujode electrones pueda desplazarseconvenientemente.

Si el circuito está ABIERTO significa que en algún punto del mismo hayunainterrupción (no hay

conexión) y por lo tanto la CORRIENTE ELECTRICA nopuedecircular.

Es también importante destacar que un CIRCUITO ELECTRICO pude tenerotroselementos como

puedenser:

UN INTERRUPTOR: dispositivo que abre o cierra el circuito para permitir onola

circulación de la corriente eléctrica (llave de luz, botón de encendidoyapagado de un

determinado electrodoméstico,etc.)

UN FUSIBLE: dispositivo que protege a los circuitos eléctricos del pasajedecorrientes eléctricas muyelevadas.

Actividad3

1- Dibujá dos circuitos eléctricos diferentes al del ejemplo presentado eindicá suscomponentes.


2- Averiguá cómo funcionan los fusibles en los circuitoseléctricos.3-

Investigá qué es y cómo se producen loscortocircuitos. 4- ¿Por qué son más seguros los enchufes de tres patas y no los de dospatas?

¿EXISTEN DIFERENTES TIPOS DE CORRIENTEELECTRICA?5

La respuesta es que efectivamente SI, existen dos tipos deCORRIENTEELECTRICA. Estas

dos clases de CORRIENTE ELECTRICA que dependen del modo en elquecirculan las cargas

eléctricasson:

CORRIENTE ELECTRICA CONTINUA: es la generada por pilas,

bateríasyacumuladores y que se caracteriza por que los electrones circulan

siempre enelmismo sentido y con intensidad constante. Es la corriente

eléctricamenospeligrosa debido a que su voltaje o tensión (energía) esbajo.

CORRIENTE ELECTRICA ALTERNA: es la generada por las usinas

ocentraleseléctricas y que se caracteriza por que las cargas cambian su

sentidodecirculan a intervalos constantes. Este tipo de corriente eléctrica si

espeligrosapor su elevadovoltaje.

La CORRIENTE ELECTRICA que recibimos en nuestras casas por medio de la red

domiciliaria es CORRIENTE ELECTRICA ALTERNA cuyo voltaje es de220voltios.

5- Observá el siguiente circuito eléctrico y luego marcá con una cruz

(X)aquellasafirmaciones que consideres INCORRECTAS con respecto almism

a- El circuito eléctrico está cerrado. () b- El ventilador es el aparato generador. () c- La corriente eléctrica que llega a la casa es corriente eléctrica alterna. ()

d- d- La corriente eléctrica no puede llegar al ventilador. ()


e-El generador de éste circuito es una central eléctrica. ()

f- Los conductores de éste circuito son los cables. () g- La central eléctrica genera corriente eléctrica contínua. () h- Para proteger al circuito sería recomendable agregarle un fusible. ()

i- - El ventilador está en funcionamiento. () j- El enchufe que tiene el ventilador posee conexión a tierra. ()

¿CÓMO SE MIDE LA CANTIDAD DE LECTRICIDAD QUE SE GASTA ENUNACASA?

La cantidad de electricidad o energía eléctrica que se consume en una casa,omejor dicho que

consumen todos los artefactos eléctricos que en ella funcionansemide en Kilowatt-

hora(Kw-h).

El kilowatt-hora es la energía que consume durante una hora un aparatocuyapotencia es de

1kilowatt.

Los medidores de energía eléctrica que todos tenemosennuestros

hogares miden cuánta energía se ha consumidoencada casa, sin

importar a qué ritmo se ha efectuadodichoco

LaPOTENCIA

ELECTRICA

deunaparato es

larapidezcon

quedichoaparato

consumelaenergíaelé


Actividad4

1- Conseguí una factura de consumo de energía eléctrica de tu casa, observálayluego respondé las siguientespreguntas:

a- ¿Cuál es el consumo de energía eléctrica en tucasa?b- ¿A cuántos días corresponde

dichoconsumo? c- ¿Cuál es aproximadamente le consumo diario de electricidad en tucasa? d- ¿Qué entidad es la que se encarga de cobrar y administrar la energíaeléctrica?e- ¿Cuál es el precio aproximado delKw-h?

2- Sabiendo que una plancha consume en 12 horas 6 Kw y un televisor enelmismo tiempo gasta 1,32 kw. ¿A qué se

deberá esa gran diferencia enelconsumo deelectricidad? Dato: la plancha tiene una elevada resistenciaeléctrica.

3- Calculá cuántas horas aproximadamente está prendido el televisor en tuhogary teniendo en cuenta que en 12 horas tal

aparato consume 1,32 kW,calculátambién el consumo mensual que realiza eltelevisor.

4- Consultá en algún libro de CIENCIAS NATURALES y elaborá unaexplicaciónsobre los siguienteshechos:

a- Los aparatos que tiene una elevada resistencia eléctrica, como las planchas,lastostadoras y algunas estufas

eléctricas producen mayor cantidad de calorquelos que tienen baja resistenciaeléctrica.

b- La corriente eléctrica puede provocar ciertas reaccionesquímicas.c- Las lamparitas transforman la energía

eléctrica enluz.

TRABAJO DE UNA FUERZA:

En las actividades anteriores observamos fuerzas que provocan desplazamientos. Por ejemplo, el agua que

cae sobre las paletas de una turbina ejerce fuerza sobre las mismas y las mueve; la fuerza "peso" del cuerpo se

desplaza en la caída. Introduciremos entonces una nueva magnitud que relaciona la fuerza y el desplazamiento,

llamada TRABAJO MECANICO ó TRABAJO DE UNA FUERZA.

Supongamos tener un bombeador para elevar agua, cargado con un litro de nafta (energía química). Si con esta

energía se pueden elevar 50 kgf de agua a 36 m de altura; con la misma energía, 100 kgf de agua podrán elevarse

hasta la mitad, o sea ................ m; 200 kgf a ................ m; etc. O sea que las magnitudes FUERZA y DISTANCIA son

inversamente proporcionales. O sea:

Se denomina trabajo de una fuerza (W) a la magnitud que mide la energía transferida. Su valor se obtiene del

producto entre la intensidad de la fuerza que se mueve y el espacio que recorre a lo largo de su recta de acción.

UNIDADES DE TRABAJO: Partiendo de la fórmula anterior llegamos a:

[W] = [F] . [d] = Newton . m = Joule

Esta unidad pertenece al sistema MKS, mientras que en el sistema Técnico se utiliza el kgm (KILOGRAMETRO) y en el

sistema CGS el Er (ERGIO).

POTENCIA: James Watt (1736-1819) se hizo famoso al perfeccionar la máquina de vapor. Mediante ingeniosos

dispositivos logró que su máquina efectuara el mismo trabajo que otras pero: con menor consumo de combustible y

en menos tiempo….

La primera mejora nos lleva al concepto de rendimiento. La segunda introduce el concepto de POTENCIA,

F . d . cos = W


relacionando el trabajo realizado con el tiempo empleado para realizar ese trabajo.

Si tenemos que elevar a 8 m de altura una caja de 100 kgf de peso, tendremos que efectuar un trabajo mecánico.

Si una grúa lo hace en 10 segundos y otra en 30 segundos decimos que la primera tiene más potencia que la segunda.

O que la primera grúa es tres veces más potente que la otra.


De este modo decimos que POTENCIA es la relación entre el trabajo mecánico (W) realizado por un sistema y el

intervalo de tiempo (t) empleado en realizarlo:

UNIDADES DE POTENCIA: Partiendo de la fórmula anterior llegamos a:

[W] Joule

[P] = ------------ = --------------- = watt (w) (SISTEMA MKS)

t] seg

Son muy usados los múltiplos y submúltiplos del watt: el kilowatt (1.000 w) y el megawatt (1.000.000 w). En el

sistema técnico se utiliza el kgm/seg, y surge la definición de caballo vapor (cv): 1 cv = 75 kgm/seg

Que NO es igual al HP ("horse power"), ya que: 1 HP = 76 kgm/seg

OTRA FORMA DE HALLAR LA POTENCIA: Podemos decir que:

W F . d d

P = ---------- = ------------------ Y como sabemos que v = ---------

t t t

Nos queda:

ENERGIA POTENCIAL: Si levantamos un cuerpo hasta cierta altura (h) respecto de la superficie terrestre y luego lo soltamos, se

desplazará cayendo hacia ella. Y la fuerza PESO realizará trabajo durante la caída:

W = P . h

Para efectuar este trabajo el cuerpo alcanzó una cantidad de energía mientras fue levantado, que luego devolvió

en trabajo realizado durante la caída. La energía almacenada al cambiar la posición del cuerpo se llama ENERGIA

POTENCIAL (Ep) y es equivalente al trabajo que puede efectuar el peso del cuerpo al caer. Por lo tanto:

Las unidades de Energía son las mismas que las obtenidas para el trabajo de una fuerza.

* Si comprimimos un resorte, la fuerza elástica que se manifiesta es capaz de efectuar un trabajo mecánico al dejarlo

en libertad. Se dice entonces que el resorte almacenó una cantidad de ENERGIA POTENCIAL que le permite realizar

luego un determinado trabajo.

En general: Un sistema almacena energía potencial cuando cambian las posiciones de sus partes y adquiere

capacidad de realizar trabajo mecánico.

ENERGIA CINETICA: Al chocar una bala contra una gruesa madera llega animada de cierta velocidad. A medida que penetran en el

blanco su velocidad disminuye: la energía de movimiento que poseía la bala va disminuyendo mientras la bala hace

trabajo y:

- cuanto mayor es su velocidad mayor será el trabajo que pueda realizar.

- y cuanto más masa posea la bala tanto mayor será el trabajo que puede efectuar sobre el blanco.

Llegamos a la conclusión de que la energía de un cuerpo en movimiento depende de estos dos factores. Si

observamos este ejemplo:

d

La fuerza a lo largo de un camino recorrido por un móvil realiza un trabajo:

W = F . d

F

W

P = ------------

t

Ep = P . h = m . g . h

P = F . v


Este cuerpo adquiere velocidad, entonces posee energía cinética. Y la energía

cinética que un cuerpo posee será igual al trabajo que se realizó sobre él y que

le hizo alcanzar la velocidad v y recorrer el trayecto d: Ec = W = F . d

E J E R C I C I O S :

1) COMPLETA EL CUADRO:

2) ¿Qué trabajo en JOULES se realiza cuando se eleva un cuerpo de 40 kgf a 6 m de altura?(R: 2352 J)

3) Un motor es capaz de elevar un cuerpo de 30 kgf a 5 m de altura en 10 segundos. Calcular su potencia en c.v.(R: 0,2 c.v.)

4) ¿Qué tiempo emplea un motor de 10 cv en elevar a 10 m de altura un cuerpo que pesa112,5 kgf? (R: 1,5 seg)

5) ¿Qué trabajo realiza un motor de 0,5 cv en 30 minutos de funcionamiento? Expresar el resultado en Joules y kgm.

6) Un avión de 3.300 kgf vuela a 6000 m de altura a 600 km/h. Calcula las energías que posee según el sistema Técnico.

7) ¿Qué velocidad posee un móvil que pesa 2401 kgf si desarrolla una energía cinética de 49.000 kgm?(R: 20 m/s)

8) Calcula la energía que posee una piedra de 500 kgf ubicada en el borde de una montaña a 500 m de altura.

9) Si una estufa eléctrica de 2,5 kW de potencia permanece encendida 5 horas, ¿Cuál será

el gasto efectuad si 1 kWh cuesta $ 0,25? (R: $ 3,125)

10) Para un cuerpo de 50 kg de masa calcular:

a) cuando se encuentra en reposo a 30 m de altura, ¿su Ep?(R: 14700 J)

b) Si se lo deja caer libremente, al descender 10 m ¿Cuánto valen su EC, EP, EM


EJERCICIOS RESUELTOS

5. Explica si realizas, o no, trabajo cuando: a) Empujas una pared b) Sostienes un libro a 2 metros de altura c) Desplazas un carrito hacia delante

Solución: a) Al empujar una pared se hace fuerza pero no se produce ningún desplazamiento; por lo cual, el trabajo es nulo. b) Haces una fuerza sobre el libro para sostenerlo pero no se desplaza, por tanto, el trabajo es nulo. c) En este caso hay fuerza y desplazamiento e irán en el mismo sentido y dirección, por lo que el trabajo es positivo y máximo.

6. Una fuerza de 100 N actúa sobre un cuerpo que se desplaza a lo largo

de un plano horizontal en la misma dirección del movimiento. Si el cuerpo se desplaza 20 m. ¿Cuál es el trabajo realizado por dicha fuerza? Todos los datos se encuentran en unidades del SI; por tanto,

sustituimos en la fórmula: W = F — cos α — ∆x = 100 — 1 — 20 = 2000 J

7. Un escalador con una masa de 60 kg invierte 30 s en escalar una pared de 10 m de altura. Calcula:

a) El peso del escalador b) El trabajo realizado en la escalada c) La potencia real del escalador

a) El peso se calcula mediante la 2ª Ley de Newton P = m — g = 60 — 9,8 = 588 N

b) En la escalada, la fuerza que debe hacer el escalador debe ser igual a su peso y con sentido hacia arriba; por tanto, fuerza y desplazamiento tienen igual dirección y sentido, el ángulo entre ellos es 0º. W = F — cos α — ∆x = 588 — 1 — 10 = 5880 J

c) La potencia se calcula realizando el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo empleado: P = W/t = 5880 / 30; P = 196 W

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