10 Ejercicios

ARQUIDIOCESIS DE CALI FUNDACIONES EDUCATIVAS EDUCATIV AS ARQUIDIOCESANAS ARQUIDIOCES ANAS DISEÑO CURRICULAR COLEGIOS ARQUIDIOCESANOS

GUÍA- TALLER AÑO LECTIVO ____________

ÁREA: CIENCIAS FÍSICA

NATURALES

Y

EDUCACIÓN AMBIENTAL:

GRADO: DÉCIMO. PERÍODO: PRIMERO.

1

Equipo Académico-Pedagógico. Área Ciencias Naturales y Educación Educación Ambiental: Física. Colegios Arquidiocesanos de Cali.

PRESENTACIÓN COLEGIO

GRADO

ÁREA

DOCENTE

DÉCIMO TIEMPO PREVISTO

CIENCIAS NATURALES (FÍSICA ) HORAS

PRIMER PERÍODO

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PROPÓSITOS DEL PERÍODO A NIVEL AFECTIVO: Que mostremos mucho interés por: ♪ Plantear y resolver situaciones problemas en la aplicabilidad práctica en el diario vivir, y las tecnológicas con los movimientos vibratorios.

♪ Extraer pensamientos y modelar mentefactos conceptuales y proposicionales cromatizados, con aproximación al pensamiento científico integral. A NIVEL COGNITIVO: ♪ Comprehendamos claramente los conceptos de movimiento pendular y ondulatorio,

al igual que sus propiedades, clasificación y fenómenos.

A NIVEL EXPRESIVO: Que nosotros los estudiantes tengamos la capacidad de: ♪ Extraigamos adecuadamente pensamientos. ♪ Modelemos mentefactos proposicionales cromatizados y conceptuales. ♪ Interpret emos, resolvamos y argumentemos situaciones problemas en la aplicabilidad del movimiento movimiento pendular y ondulatorio, junto con con las clases y propiedades de fenómenos relacionados con ondas, demostrando avances en el desarrollo del pensamiento científico integral. EVALUACIÓN: INDICADORES DE DESEMPEÑO 1. Desarrollo del pensamiento a través del uso adecuado de proposiciones complejas, conceptos y precategorías con sus respectivos mentefactos. De igual manera potenciar los operadores del M.L.O relacionados con el movimiento ondulatorio. 2. Sigo instrucciones y utilizo diferentes procedimientos en flujogramas lineales y de decisión en el planteamiento planteamiento y solución de problemas relacionados con el movimiento ondulatorio. 3. Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con el movimiento ondulatorio. 4. Realizo Realizo lectura lectura comprehensiva e interpreto interpreto textos textos relacionados con fluidos.

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5. Produzco textos orales y escritos a partir de observaciones que me permiten plantear hipótesis y regularidades sobre el movimiento ondulatorio.

COMPETENCIAS Y HABILIDADES COMPETENCIAS

HABILIDADES

► Desarrollar el pensamiento a través del uso adecuado de la proposición modal con sus respectivas operaciones intelectuales y mentefactos. De igual manera potenciar los operadores del M.L.O. ► Seguir instrucciones y utilizar flujogramas en el planteamiento y resolución de situaciones problemas propio de la Física. ► Interpretar Interpretar y analizar datos, tablas tablas y gráficos gráficos como resultado de la aplicación del método científico. ► Comprehender e interpretar textos donde: 1. Explico la utilización de cada uno de de los términos o elementos partícipes en cada uno de los movimientos. 2. Presento la solución acorde enseñanza (Modelación).

a

la

Observar. Construir y extraer ► proposiciones de los textos propuestos, y realizar la modelación adecuada.

► Particularizar y generalizar. ► Estableces semejanzas y diferencias. ► Preguntar significativamente. Definir (Sinonimizar, ► contextualizar, radicar) Analizar ► pronominalizar).

(puntuar

► Seguir instrucciones.

EJES TEMÁTICOS 1. EVENTOS ONDULATORIOS: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Movimiento Vibratorio. Movimiento Pendular. Clasificación y Propiedades de las ondas. Fenómenos ondulatorios. Laboratorio aplicando el método científico. Aplicación Pruebas Saber 10º.

DIDÁCTICAS   

Didácticas proposicionales. Didácticas conceptuales. Didácticas Argumentales.

RECURSOS  

Logísticos: salón, tablero, marcadores, carteleras Audiovisuales: video-bean, sala de internet, diapositivas, videos, grabadoras. 3


y

ARQUIDIÓCESIS DE CALI FUNDACIONES EDUCATIVAS ARQUIDIOCESANAS ÁREA DE CIENCIAS NATURALES PRUEBA DE DIAGNÓSTICA DE FÍSICA Propósito Expresivo: Que yo Interprete, plantee y resuelva situaciones problemas . aplicado s a la caracterización d e la Medición en la Ciencia

► Utiliza el siguiente texto, para dar solución a las siguientes situaciones. La física se basa en unos principios y comprende el desarrollo de conceptos. La aplicación de estos principios y conceptos generalmente incluye la medición de una o más cantidades. Las magnitudes fundamentales son aquellas que no pueden expresarse en función de otras y con las cuales toda la Física puede ser descrita. Utilizaremos, la longitud (L), la masa (m), el tiempo (t), y una cuarta magnitud llamada carga eléctrica (Q). No olvide que tenemos como unidades de longitud el metro y todos sus múltiplos y submúltiplos, para la masa, el kilogramo y sus derivados; el tiempo con la hora, minutos, segundos; por último para la carga Q, su unidad viene dada en calorías (cal), kilocalorías (Kcal), donde 1cal = 4,186 julios (4,186J). Las magnitudes derivadas se obtienen de las magnitudes fundamentales mediante el desarrollo de las relaciones matemáticas (Ecuaciones). 1.) Un chef observa un programa de cocina en TV. En la receta se pide que precaliente en el horno una pequeña porción de algunas legumbres para que reciba 40 cal. El caballero revisa su horno y se da cuenta que se encuentra calibrado en julios (J), entonces pide a su hijo de grado 10° que le realice la conversión. La respuesta que debe dar el hijo, es: A. 16,744 J. B. 167,44 J. C. 1674,4 J. D. 16744 J. 2.) Se tienen dos discos en contacto como lo muestra la gráfica. Si el disco 2 gira en sentido horario, podemos decir que el disco 1.

3.) Una unidad dimensional derivada es la velocidad, que se expresa en L.t -1 o L/t, es decir en nuestro diario vivir decimos en algún caso m/seg, si un móvil lleva una velocidad de 41.4km/h; podemos inferir que: A.) el móvil recorre 11.5m cada segundo. B.) el móvil recorre 115m cada segundo C.) el móvil es muy veloz. D.) el móvil por cada seg recorre 1.15m. 4.) Para expresar unidades muy pero muy grandes, al igual que las muy pequeñas, se sugiere utilizar notación científica, donde se expresa la medida con una parte entera entre 0 y 10 seguida de decimales con la potencia de 10. Ejemplo 2,35x10 8m, o 5,6x10-10mm. Si tenemos la medida distancia Tierra-Sol como 150.000.000km, y queremos expresarla en metros con notación científica, la expresión correcta sería: A.) 1,5x1011m. B.) 1,5X10-11m. C.) 1,5X1010m. D.) 1,5X10-10m.

5.) La densidad volumétrica (р) es una magnitud física derivada, que se define como el cociente entre la masa de un р= cuerpo y su volumen (V), es decir m/V. Si deseamos encontrar la densidad volumétrica en Kg/m3, de un cilindro de aluminio cuya masa es de 32,97gramos, con un radio de 2 centímetro y una altura de 0,7 centímetro. Dicha densidad en notación científica es: A.) 375X103 kg/m3. B.) 3,75X103 kg/m3. C.) 0,375X106kg/m3. D.) 3,75X106 kg/m3. 6.) El gráfico representa un cilindro de radio 5cm y altura 4cm. Determina el volumen y la densidad si la masa es 2 g, y exprésala en notación científica.

A. se desplaza hacia abajo.

r =5 cm

B. no gira. C. gira en sentido antihorario. D. gira en sentido horario

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Equipo Académico-Pedagógico. Área Ciencias Naturales y Educación Ambiental: Física. Colegios Arquidiocesanos de Cali.

h=4

GUÍA –TALLER N° 1.

Semana número ___ del ___ al ___ de_______________ de 20___ (3 horas / semana)

FASE AFECTIVA

Existen fenómenos en la naturaleza que se repiten con las mismas características en lapsos de tiempos iguales, así como algunos objetos describen movimientos que se repiten en un determinado tiempo, ocupando las mismas posiciones. Todos estos movimientos se pueden denominar periódicos.

Responde en el cuaderno: ► Expresa fenómenos de la naturaleza, que se repiten con las mismas características en lapsos de tiempos iguales ► Expresa si es posible el nombre de algunos objetos o cuerpos que describen movimientos que se repiten tomando posiciones idénticas en lapsos de tiempos iguales. ► ¿Cómo podemos denominar, estos movimientos?

PROPÓSITO EXPRESIVO: ► Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas, gráficos, problemas de movimiento pendular y movimiento ondulatorio. INDICADORES DE DESEMPEÑO: ► Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a los procesos de los movimientos pendulares y ondulatorios. ► Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos sobre los movimientos pendulares y ondulatorios.

Un péndulo simple está constituido por un objeto, generalmente regular, que oscila suspendido de un hilo cuya masa es despreciable. Con ello nos damos cuenta que participa un período de oscilación, la longitud del hilo, y la masa del objeto, por tal sería bueno preguntar: ¿Existe una relación entre el período del péndulo y la longitud, y con la masa?, ¿Cómo cambia el período si modificamos la longitud, o modificamos la masa? 5


Ahora, considere el movimiento de un columpio, una vez que este en movimiento, y no hay intervención de la persona que se mece, el columpio oscila como un péndulo. Las oscilaciones se producen con la frecuencia propia del columpio y se mantendrán indefinidamente si no hay fricción.

►Respondo las preguntas 1 a 4, teniendo en cuenta la siguiente información. Gráfico. Péndulo simple

Es una masa colgada de una cuerda inextensible que oscila de lado a lado de un eje de referencia vertical. Se considera un oscilador armónico simple, donde existe una relación entre el período T la longitud L del péndulo, así: T = 2π.√ (L/g)

π = 3,14 En un lugar terrestre, donde la acción de la Tierra es g = 10 m/seg 2, un péndulo simple tiene un período de 1,5 seg, se transporta este péndulo a otro sitio, y se encuentra con un período de 3 seg. 1.) Se puede inferir que la longitud L del péndulo simple en el lugar de la Tierra alcanza un valor de A.) 5,7m. B. 0,57 m. C. 57 m. D. 0,76 m.

2.) La aceleración (g’) de este nuevo sitio en m/seg 2 es A.) igual que la gravedad del primer sitio de la Tierra. B.) la cuarta parte de la gravedad del primer sitio de la Tierra. C.) la mitad de la gravedad del primer sitio de la Tierra. D.) el doble de la gravedad del primer sitio de la Tierra. 3.) Siendo g = 10 m/seg 2 la gravedad del sitio de la Tierra y g’ la gravedad del nuevo sitio de la Tierra donde se lleva el péndulo, es equivocado decir que 6


A.) g > g’. B.)

B. g = 4g’.

C. g’ = 10g.

D. g’ > g.

4.) Al interpretar la relación T = 2π.√ (L/g ), podemos deducir que: A.) el período T es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la longitud del péndulo. B.) el período T del péndulo es directamente proporcional a la longitud. C.) el período T del péndulo es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la longitud. D.) el período T es inversamente proporcional a la longitud del péndulo. 5.) Si un péndulo de 6,68cm de longitud se coloca en la luna donde la gravedad es un sexto de la terrestre, luego el período T, se expresa por: A.) 4π/10 seg. B. 2π seg. C. Π seg. D. 8π seg.

► Responda las preguntas 6 y 7, de acuerdo a la siguiente información. Un péndulo realiza 12 oscilaciones cada 30 segundos. 6.) Siendo la gravedad g = 10 m/seg 2, la longitud L del péndulo, se puede expresar aproximadamente por: A.) 1,58 m. B. 0,04 m. C. 1,27 m. D. 0,63 m. 7.) El período T y la frecuencia f respectivamente es: A.) 0,4 seg y 2,5 seg-1. B.) 2,5 seg y 0,4 seg-1. C.) 4 seg y 2,5 seg-1. D.) 2,5 seg y 4 seg-1.

LE YES DEL P ÉNDUL O.

Sabemos que el movimiento pendular es armónico simple porque es periódico y está producido por una fuerza recuperadora, siempre u cuando la amplitud sea bastante pequeña. PASO N° 1. Toma dos péndulos con la misma longitud pero de diferentes masas oscilantes. Déjelos oscilar libremente y mida el período de cada uno, ¿Depende el período del péndulo de la masa que oscila, si o no, ¿Por qué? Justifique la respuesta en el cuaderno.

PASO N° 2. Toma dos péndulos con la misma masa oscilante pero de diferente pero de diferente longitud. Déjalos oscilar libremente, mida el período de cada uno. ¿Depende el período del péndulo de su longitud, si o no, ¿Por qué? Justifique la respuesta en el cuaderno.

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► Dada la relación del período de un péndulo, donde participa la longitud L, la acción de la gravedad g, expresa por: T = 2π.√ (L/g) Usted debe escribir la relación de T respecto de L y g en el cuaderno.

PROBLEMAS BÁSICOS 1.) ¿Cuántas oscilaciones aproximadamente, realiza un péndulo de 90cm en 0,5 minutos? A. 15,9 oscilaciones. B. 1,59 oscilaciones. C. 159 oscilaciones. D. 0,159 oscilaciones.

► RESPONDO LAS PREGUNTAS 2 A 5, DE ACUERDO CON EL SIGUIENTE GRÁFICO.

El período de un péndulo es independiente de la masa, sólo depende en forma directa de la raíz cuadrada de la longitud y en forma inversa de la raíz cuadrada de la aceleración de la gravedad.

En el punto de equilibrio “0” . 2.) ¿Qué podemos decir de X? A.) X > 0. B. X < 0. C. X = 0.

D. X = 1.

3.) ¿Qué podemos decir de la energía cinética? A.) EC = 0. B. EC máxima. C. EP máxima.

D. EP = EC.

En el punto de retorno “A; B”. 4.) ¿Qué le sucede a X? A.) X = 0. B. X máximo.

C. X < 0.

D. X = 1.

5.) ¿Al hablar de la energía potencial, qué podemos inferir? A.) EP = 0. B. E P = EC. C. EC máxima. D. EP máxima. 8


TRABAJO EN EQUIPO Instrucciones: trabajo en el cuaderno. ► Formo en el salón de clase, un equipo de trabajo, máximo 4 personas. Diseño adecuadamente un procedimiento que te permita medir el valor de la gravedad terrestre en el lugar donde te encuentres; utilizo el concepto del péndulo simple.

SITUA CIÓN.

En la construcción de un péndulo que se quería tuviera un período T de 0,3 segundos, se comete un error y su longitud, se hace 0,5cm más grande, ¿Cuánto se atrasa este péndulo en un minuto? Para su posible solución usted debe seguir los siguientes pasos. I. Busca la longitud L que debe tener el péndulo para que su período sea 0,3 Segundos. II. Como hay un error de construcción suma el valor hallado de L, con 0,5 cm y llámalo L’. III. Encuentra el período T’ con la nueva longitud L’, teniendo en cuenta que T = 2π.

.

IV. Busca el atraso del péndulo por cada segundo, real izando la diferencia entre T’ y T, (T’ – T). V. Por último, para determinar el atraso en un minuto, usted debe efectuar el producto entre diferencia anterior y 60, que será el atraso del péndulo en un minuto.

EL MOTOR DE GASOLINA

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Movimiento del pistón en un motor de cuatro tiempos.

► Un ejemplo de la relación entre el movimiento circular y el movimiento oscilatorio lo encontramos en el funcionamiento de un motor de gasolina de cuatro tiempos. En este dispositivo se observa cómo a partir de un movimiento oscilatorio se puede producir un movimiento circular. En el primer tiempo, el de admisión, la mezcla de gasolina y aire llega a la cámara de combustión a través de la válvula de admisión, mientras el pistón baja a lo largo del cilindro. En el segundo tiempo, el de compresión, la válvula de admisión se cierra y el pistón sube y comprime la mezcla. En el tercer tiempo, el de explosión, la bujía produce chispa, en este tiempo se realiza trabajo sobre el pistón, pues éste baja a causa de la expansión de los gases resultantes. En el cuarto tiempo, el de escape, se abre la válvula de escape y permite la salida de los gases mientras el pistón sube por el cilindro, entonces se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión para iniciar otro ciclo. Observa que durante el ciclo, el movimiento oscilatorio del pistón se transmite a través de la biela al eje E, que describe un movimiento circular.

EL TRABAJO EN EQUIPO ES PRODUCTIVO.

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GUÍA – TALLE N° 2.

Semana número ___ del ___ al ___ de_______________ de 20___ (3 horas / semana) FASE AFECTIVA VIBRACIONES AL SERVICIO DE LA SAL UD

En la salud, existen muchos lugares de recién nacidos donde utilizan osciladores de alta frecuencia para facilitar la respiración de los neonatos. Estos producen vibraciones que generan corrientes de aire (como un pequeño vibrador), que ayudan en la difusión de gases hacia los pulmones que aún no se encuentran completamente formados.

Las oscilaciones de alta frecuencia también son utilizados para ayudar a los sordos y a lo hipoacústicos a percibir señales sonoras. Los osciladores también pueden ser utilizados con éxito para evitar algunas de las dolencias que afectan a los astronautas.

Para responder en el cuaderno:

► Expresa que son los neonatos. ► ¿A qué se debe que los astronautas, util icen los osciladores de alta frecuencia? ► En lo profesional de la salud, ¿Quiénes son las personas que más utilizan los aparatos de alta frecuencia, para prestar un debido tratamiento a quien lo necesite?

PROP SITO EXPRESIVO: Que yo resuelva, argumente y siga instrucciones para dar solución a situaciones gráficas, problemas de movimiento vibratorio. INDICADORES DE DESEMPEÑO:  Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a los procesos de los movimientos vibratorios. Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos sobre los  movimientos vibratorios.

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Observe el gráfico, para que el cuerpo de masa m, describa una movimiento oscilatorio, debe actuar una fuerza y ésta siempre se encuentra dirigida hacia la posición de equilibrio, por tal se le llama fuerza de restitución. Un tipo especial de movimiento oscilatorio es llamado movimiento armónico simple, en el cual despreciamos la fricción y el valor de la fuerza de restitución es directamente proporcional a la elongación. Todo cuerpo u objeto que describa un movimiento armónico simple se le llama un oscilador armónico.

INTERPRETACIÓN DE GRÁFICO 1.)

► Realizo adecuadamente la interpretación, para la energía cinética, energía potencial, y la energía mecánica (E), en los puntos: 1. Equilibrio “0”. 2. Punto de retorno “A, y – A”. 2.) Observo el gráfico.

► Busco el valor de la velocidad máxima V máx, si la altura del cuerpo en el extremo A’ de la trayectoria es ho. A. Vmáx = 2gho. 12


B. Vmáx = ½ gho. C. Vmáx = √ ½ gho D. Vmáx = √ 2 gho PROBLEMAS BÁSICOS Contesto las preguntas 1 a 3, teniendo en cuenta la siguiente información. Un cuerpo de 9kg oscila atado a un resorte de constante de elasticidad k igual a 100N/m. La velocidad en el punto de equilibrio es de 1,8m/seg, no se ha considerado fricción en ese espacio. 1.) Siendo T = 2.π. , el período de oscilación de un cuerpo atado a un resorte, por tanto, es correcto afirmar que: A. el período de oscilación es menor que 1 seg. B. el período de oscilación es mayor que 2 seg. C. el período de oscilación se encuentra entre 1 seg y 2 seg; Es decir 1 seg < T < 2 seg. D. el período de oscilación es igual π seg. 2.) Siendo que la energía mecánica E, es igual a la suma de las energía cinética y potencial, es decir E = EC + EP. Al determinar el valor de la energía mecánica en la posición de equilibrio, resulta. A. 14,58 Julios. B. 16,2 Julios. C. 0 Julios. D. 29,16 Julios. 3.) Como se sabe que en el punto donde el resorte alcanza la máxima elongación, la energía potencial elástica EP es máxima, la energía cinética E C = 0, por tanto resulta que la energía mecánica es E = ½ k.A 2, siendo A la amplitud. En la búsqueda adecuada de la amplitud del movimiento descrito por el cuerpo, resulta. A. la amplitud tiene un valor aproximado menor que 0,5m. B. 0,5m < A < 1m. C. A > 1m. D. A = 1m. 4.) Para una varilla de aluminio que realiza 180 vibraciones en 1,5minutos. Podemos concluir que su período y frecuencia respectivamente es. A. 0,5seg y 2seg-1. B. 2,5seg y 0,4seg -1. C. 0,4seg -1 y 2,5seg. D.2, 5seg-1 y 0,4seg. 5.) Para disminuir el período de un cuerpo atado a un resorte se debería. A. llevar a la luna. B. aumentar la masa. C. disminuir la masa. D. disminuir la longitud. MOMENTO PARA VERIFICAR CONCEPTOS ► Escribo

correctamente al frente de cada frase V si es verdadera, o F si es falsa, justifico además mis respuestas.

1. El período de un movimiento armónico simple indica el número de oscilaciones en determinado tiempo… ( ). 2. La máxima elongación en un mo vimiento armónico simple es la amplitud… ( ). 3. La frecuencia es el número de oscilaciones que efectúa un cuerpo en cada unidad de tiempo… ( ). 4. La frecuencia de oscilación se mide en segundos… ( ). 5. La elongación indica la posición de un objeto en cualquier punto, con respecto a la posición de equilibrio… ( ) 6. En un movimiento oscilatorio la frecuencia es inversa al período… ( ). 7. Cuando un péndulo oscila y pasa por la posición de equilibrio, la energía cinética es mínima… ( ). 8. La energía cinética de un cuerpo con movimiento armónico simple en la posición de equilibrio es igual a la energía potencial en la posición de máxima elongación… ( ). 13


► Imagino mi alrededor con los siguientes instrumentos: Una guitarra de tu gusto, un gran reloj de pared, un péndulo con una pequeña cuerda de longitud, y observo el satélite girando alrededor de nuestra hermosa Tierra. Realizo el dibujo de cada uno de ellos, luego escribo, qué diferencias y qué semejanzas encuentras en los movimientos representados en ellos. ► Cito algunos ejemplos de objetos cotidianos que vibren. ¿Cuáles de ellos presentan movimiento armónico simple, al menos en forma aproximada? ♥ Resorte sobre la Luna. Un resorte acoplado a una masa tiene un determinado período. Si el resorte se transporta a la Luna con la misma masa, ¿Cambiará el período? R// No, porque el período de una masa atada a un resorte es independiente de la aceleración de la gravedad “g”. ♥ Péndulo e la Luna. Un péndulo simple tiene, sobre la Tierra, un determinado período. Si se transporta el péndulo a la Luna, ¿Cambiará el período? R// Si, porque el período si depende de la aceleración de la gravedad “g”. ♥ Relojes en planetas. ¿Todos los relojes marcarán el mismo tiempo en cualquier planeta? R// Tener presente que, los relojes de péndulos no marcarán el mismo tiempo, ya que ellos depende de la gravedad, mientras que los otros, como los de resorte espiral, los electrónicos, si marcarán el mismo tiempo porque no dependen de g. ♥ Violines en una orquesta. Al empezar un concierto, todos los violinistas tensionan las cuerdas de sus aparatos, ¿Por qué? R// Con el tiempo, generalmente, las cuerdas del violín se aflojan un “poco” y las notas suenan algo bajo. Al aumentar la tensión, crece la frecuencia de la nota musical. SITUA CIONES DE PROFUNDIZA CIÓN

1.) Una masa m está conectada a dos resortes como lo indica la figura abajo, cuyas constantes elásticas son k 1 y k2 respectivamente. Demuestro que el período T de oscilación del sistema de los dos resortes es: 2.) Una esfera unida a un resorte oscila entre las posiciones A y B como se muestra en la figura dada a continuación. Si al cabo de 20 segundos ha pasado 30 veces por el punto A. Determino: 2.1) El período de oscilación de la esfera. 2.2) La frecuencia de oscilación. 2.3) La amplitud del movimiento.

► Analizo, interpreto y propongo situaciones, para el siguiente gráfico.

. 14


GUÍA – TALLER N° 3 Y 4.


FASE AFECTIVA ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN

EL PÉNDULO Un péndulo simple está constituido por un cuerpo, generalmente regular, que oscila suspendido de un hilo (pita, cabuya), cuya masa se asume como despreciable. Cabe preguntarse, ¿Cómo se relaciona el período T de oscilación del péndulo con la longitud L del hilo, y con la masa del cuerpo?, igualmente, ¿Cómo cambia el período si se modifica la longitud del hilo?, y ¿Si se cuelga un cuerpo de mayor o menor masa?

ACTIVIDAD

► COMPRUEBA: 1.) ¿El período de oscilación de un péndulo es o no independiente de la masa?

______________________________________________________________________ _________________________________________________ ___________________ 2.) ¿El período de oscilación T de un péndulo depende o no de la longitud?

______________________________________________________________________ ____________________________________________ __________________________ 15


PROP SITO EXPRESIVO: Que yo interprete, argumente y siga instrucciones en la búsqueda de solución a situaciones problemas de movimiento pendular.

INDICADORES DE DESEMPEÑO.  Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a los procesos de movimiento pendular. Modelo proposiciones seleccionadas de diferentes textos sobre movimiento  pendular.

CONOZCAMOS MÁS SOBRE EL PÉNDULO Un péndulo es una masa suspendida de un hilo que suponemos de masa despreciable, que oscila en forma periódica. En el péndulo se produce un movimiento oscilatorio con una aceleración que es proporcional al punto central y dirigido hacia él. Al separar el péndulo de su posición de equilibrio adquiere energía potencial, en este caso gravitacional. Al dejarlo libre se inicia el proceso de sustitución de energía potencial por la energía cinética, hasta llegar el péndulo al punto “0” donde toda la energía se transforma en cinética. El péndulo continúa su movimiento; llega al punto B, donde nuevamente toda la energía es potencial, continuando así los ciclos. De esta forma el movimiento continúa periódicamente.

En un péndulo, la fuerza recuperadora es igual a la componente del peso dirigido al punto de equilibrio. Sabemos que el movimiento del péndulo es armónico simple, al analizar el gráfico, verificamos que la fuerza resultante que actúa sobre él es recuperadora siendo su forma F = - kx. Sobre la masa m actúan las fuerzas T y (mg). Observe que (mg) se descompone en mgsenθ, y en mgcosθ.

La tensión T se equilibra con mgcosθ, por tanto T = mgcosθ, luego la fuerza resultante que actúa es F = - mgsenθ; que al considerar senθ = θ, siendo θ ángulo medido en radianes. Por lo tanto F = - mgθ, como θ = x/L, con lo podemos concluir que F = - [(mgx)/L]. La constante (mg/L) hará las veces de k, por lo que encontramos que la fuerza recuperadora F = - kx. 16


TÉRMINOS QUE PARTICIPAN EN UN MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE ►PUNTO DE EQUILIBRIO. Es el punto de la trayectoria en el cual, la fuerza recuperadora es nula, en el gráfico el punto “0”. ►PUNTOS DE RETORNO. Son los dos puntos extremos de la trayectoria en los cuales el movimiento cambia de sentido. ►ELONGACIÓN. Se simboliza por x, es el desplazamiento del cuerpo en un instante dado, referido al punto de equilibrio, se mide en m, y sus derivados. ►AMPLITUD. Simbolizado por la letra “A”, es la máxima elongación que puede tener l cuerpo, también se mide en metro. Tener presente que la distancia entre los dos puntos de retorno es 2A. ►OSCILACIÓN. Es el movimiento efectuado por el cuerpo hasta volver a su posición inicial recorriendo todos los puntos de su trayectoria. Según el gráfico la partícula parte de A, llega a B, y regresa nuevamente al punto A. ►PERÍODO. Se simboliza con la letra T, es el tiempo que tarda el cuerpo o partícula en hacer una oscilación completa. Se mide en unidades de tiempo, ejemplo: seg, min. ►FRECUENCIA. Se simboliza con f, es el número de oscilaciones que realiza un cuerpo o partícula en la unidad de tiempo. Se expresa en oscilaciones por segundo, es decir osc/seg o por seg o en Hertz (Hz).

MOMENTO PARA VERIFICAR CONCEPTOS

1.) Los puntos A y B, son los puntos de retorno del péndulo… (

).

2.) La fuerza mg representa el peso de la masa del cuerpo suspendido en el péndulo simple dado… ( ). 3.) El hecho de decir que θ = x/L, se debe a que θ = senθ, y senθ es cateto opuesto sobre hipotenusa… ( ).

4.) El punto de equilibrio del péndulo del gráfico, es “0”… ( 17


).

5.) El período del péndulo depende de su longitud… (

).

6.) En un péndulo, la fuerza recuperadora F es igual a la componente del peso dirigido al punto de equilibrio… ( ). 7.) La constante k, es inversamente proporcional a la longitud del péndulo y directamente proporcional a la masa y la gravedad… ( ). 8.) El pé ndulo es un oscilador armónico simple… (

).

9.) En el punto de equilibrio del péndulo, la energía potencial es 0… (

).

10.) En los puntos de retorno A, B, la energía cinética es igual a cero… (

).

COMPLETO LA SIGUIENTE TABLA

EN EL PUNTO DE EQUILIBRIO “0”. X=

EN LOS PUNTOS DE RETORNO “A, B”.

Velocidad máxima.

V=0

Aceleración “a”

a

EC

EC

EP

EP máxima.

X

MOMENTO DE SEGUIR INSTRUCCIONES

► Con el fin buscar el valor de la aceleración de la gravedad “g”, al realizar algunas mediciones del período de oscilación T de un péndulo, y modificando la longitud del hilo L, se dan los siguientes datos: T (seg) L (m)

1,50 0,56

1,60 0,64

1,70 0,72

1,80 0,81

MODELACIÓN:

► Determino valor de la aceleración de la gravedad “g”, de la primera, ust ed hará el proceso de los otros propuestos en la tabla. Observo que T = 1,50seg. L = 0,56m. Puesto que, T = 2π.√ (L/g) Al despejar g en proceso matemático, resulta g = (4 π 2L) / T2, Donde g = 4(9,86) (0,56m) / 2,25seg 2 = 9,82m/seg2. ____________________________________________ __________________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ ____________________ 18


TIEMPO DE DEMOSTRAR

►Utilizo una circunferencia, y en centro de ella traza el origen de un plano cartesiano, luego realizo la demostración cuidadosa de las ecuaciones para un movimiento armónico simple al proyectar el M.C.U. en el eje horizontal, donde: 1. ELONGACIÓN. x = A.cos w.t 2. VELOCIDAD. v = - Aw.sen w.t 3. ACELERACIÓN. a = - Aw2.cos w.t PROBLEMAS BÁSICOS 1.) Una partícula que oscila con M.A.S. de 15cm de amplitud, posee un período de 3seg. Al determinar el valor de la elongación, y la velocidad respectivamente, cuando ha transcurrido un octavo de período, resulta - 7,1πcm/seg.

A. 10,65cm; B. 7,1cm;

10,65πcm/seg.

C. - 10,65cm; D. 10,65cm;

7,1πcm/seg. 7,1πcm/seg.

2.) Un cuerpo que posee M.A.S. de 0,5m de amplitud y 5seg de período; podemos asegura que A.) su aceleración máxima es 0,8π 2 m/seg2. B.) su velocidad máxima es 0,08πm/segundos. C.) su aceleración máxima es 0,08π2m/seg2. D.) su velocidad máxima es 0,8πm/seg.

►CONTEST O LAS PREGUNTAS 3 A 6, DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN.

Una partícula de 10.000gramos de masa, se ata a un resorte de constante de elasticidad k = 0,8N/m. Si se desplaza 10cm del punto de equilibrio. 3.) El valor aproximado en Julios (J), de la energía mecánica total del sistema es A.) 0,004J. B.) 0,04J. C.) 0,08J. D.) 40J. 4.) La velocidad máxima que adquiere la masa, se obtiene en el punto e equilibrio donde toda la energía mecánica del sistema es energía cinética, ya que x = 0. Por tanto el valor aproximado de la velocidad máxima es 19


A.) 0,28m/seg. B.) 2,8m/seg. C.) 0,028m/seg. D.) 28m/seg. 5.) La elongación x cuando ha transcurrido un tercio de período (t = T/3), se puede expresar por A.) – 0,50m. B.) – 5,0cm. C.) 0,50m. D.) 500cm. 6.) Con el valor hallado de la elongación, usted puede encontrar la energía potencial y la energía cinética respectivamente, expresa por A.) 0,001J, y 0,003J. B.) 0,01J, y 0,03J. C.) 0,003J, y 0,001J. D.) 0,03J, y 0,01J. 7.) La aceleración de la gravedad en la Luna es equivalente aproximadamente a la sexta parte de la de la Tierra ( ), ¿Qué longitud L debe tener un péndulo para que su período T sea de 1,5seg? A.) 9,52m. B.) 0,952m. C.) 0,0952m. D.) 92,5m. 8.) Un péndulo oscila con un período de 0,8 segundos. Si su longitud L se reduce a sus partes, podemos deducir que su nuevo período, es A. Π.√ (2L/g). B. Π.√ L/g. C. Π.√ L/2g. D. Π.√ 2(L/g). 20


GUÍA – TALLER 5 y 6. Semana número ___ del ___ al ___ de___________________ de 20___ (3 horas / semana)

♥ PROP SITO EXPRESIVO : Que yo comprehenda y analice los procesos aplicados en el planteamiento y la solución de situaciones problemas relacionados con movimiento pendular y ondulatorio. ♥ INDICADORES DE DESMPEÑO: 1. Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con el desarrollo de los movimientos. 2. Sigo instrucciones y utilizo diferentes procedimientos en flujogramas lineales y de decisión en el planteamiento y solución de problemas relacionados con el desarrollo genético de los organismos.

PRE-EVA L UA CIÓN ICFES 1. El tiempo mínimo que debe transcurrir, para que una partícula que oscila con movimiento armónico simple, de 15cm de amplitud con un período de 3,5 segundos, alcanza una elongación de 10cm, es A. 0,53 seg. B. 5,3 seg. C. 0,053 seg. D. 0,84 seg. 2. En un carnaval un guitarrista viaja sobre un carro que s mueve a velocidad constante V. Para afinar la guitarra el hombre pulsa una de las cuerdas de manera intermitente. Las ondas sonoras producidas por los pulsos intermitentes de la cuerda de la guitarra cuando e está afinando pueden presentarse como se observa en la figura con una frecuencia de la forma

Si el guitarrista quiere producir un sonido más agudo, debe A. disminuir la longitud de la cuerda sin cambiar su tensión. B. disminuir la tensión en la cuerda sin cambiar su longitud. C. cambiar la cuerda por una más gruesa sin cambiar su longitud. D. Aumentar la longitud de la cuerda sin cambiar su tensión.

3. El movimiento ondulatorio de la forma representado como en el gráfico, con velocidad de propagación de 2 m/seg, al buscar su período y su frecuencia respectivamente, se concluye que es: A. 0,1seg y 100hz. B. 0,01seg y 100hz. C. 0,01seg y 1000hz. D. 0,1seg y 1000hz. 21

f= .


► Responda las preguntas 4 a 7 de acuerdo con la siguiente información: En un laboratorio se estudian las ondas generadas por cierto aparato eléctrico. Las gráficas representan las ondas observadas en el osciloscopio. 4. A. B. C. D.

Del análisis de la gráfica (I), se deduce que la amplitud de la onda es de 1 metros. la longitud de onda es 2m. la amplitud de la onda es 0,5 metros. La longitud de onda es 3m.

5. De la gráfica (II) se puede determinar que el período de la onda es A. 2 segundos. B. 1 segundo. C. 5 segundos. D. 4 segundos. 6. Se deduce entonces, que la velocidad de propagación de la onda tiene un valor en m/seg, de A. 0,5 B. 5,0 C.1,0 D.3,0 7. Por último, se concluye, que la frecuencia de la onda, es A. 0,5 Hz B.2,0 Hz C. 1,0 Hz D. 4,0 Hz.

► Responda las preguntas 8 y 9 de acuerdo con la siguiente información: Una onda se propaga hacia la derecha a lo largo de una cuerda, como lo ilustra la gráfica.

8. A. B. C. D.

Si la frecuencia de la onda es de 2Hz, podemos inferir que el período de la onda es de 2 segundos la longitud de onda es de 60cm la velocidad de propagación de la onda es de 30 cm/seg la amplitud de la onda es 10 cm.

9. En el instante que se muestra en el gráfico, la velocidad del punto P, está mejor representada por el vector A. B. C. D. 10. Para un péndulo de 14,4 metros de longitud se coloca en un sitio fuera de la Tierra, donde su gravedad es de 1,6 m/seg2, podemos decir que A. B. C. D.

su período aproximadamente es igual de 9,42seg su período es aproximadamente igual a 18,84 seg su período es menor a 18,84 seg su período es menor a 9,42 seg.

► Responda las preguntas 11 a 14, teniendo en cuenta, la siguiente información: Dadas las representaciones gráficas, donde el período de oscilación es de 1seg, y la amplitud de 4cm.

22


11. Del análisis del gráfico (I), se deduce que A. la elongación x, en t = 1 seg, adquiere un valor de 4m B. la elongación x, en t = 1 seg, adquiere un valor de 4cm. C. la amplitud A es de 8cm. D. la amplitud A es de 8m. 12. En el gráfico (II), para t = 1/3 seg, se infiere que A. la velocidad es de 21,85m/seg B. la velocidad es de – 21,85cm/seg C. la velocidad es de 21,85cm/seg D. la velocidad es de – 21,85m/seg. 13. Al analizar el gráfico representado en (III), si t = T, podemos deducir que A. la aceleración es 16π 2cm/seg2 B. la aceleración es 16π 2m/seg2 C. la aceleración es - 16π2m/seg2 D. la aceleración es - 16π2cm/seg2. 14. Los puntos de corte de la onda con el eje horizontal, representada por la velocidad, son A. 0seg, ½ seg, 1seg B. 0seg, ¼ seg, ¾ seg C. 0seg, ¼ seg, 1seg D. 0seg, ½ seg, ¾ seg. 15. Se llama longitud de onda a A. el número de oscilaciones en un período T B. la distancia recorrida por la onda en un tiempo de 1 segundo C. la distancia recorrida por la onda en un período T D. el número de oscilaciones en la unidad de tiempo t.

► Coloca verdadero (V), o falso (F), a las siguientes afirmaciones, Justifica. A. Las ondas electromagnéticas son transversales, y se polarizan… ( ). B. Al producir ondas estacionarias en un resorte, la velocidad de propagación depende de la frecuencia… ( ). C. El sonido es una onda mecánica, y necesita de un medio para propagarse… ( ). D. Las ondas que se producen en la superficie del agua son longitudinales… ( ). E. El sonido es una onda de tipo mecánico y longitudinal… ( ): F. Si las partículas del medio vibran paralelamente a la dirección de propagación de las ondas, la onda es mecánica longitudinal… ( ). G. Si en una ilustración de una onda de amplitud 2cm, con período de 1segundo, y su longitud de onda 3,5cm, entonces su velocidad es igual a 3,5cm/s eg… ( ). H. Con la información anterior, podemos inferir que la aceleración máxima de la onda, es de 8π 2cm/seg2… ( ). 23


► Responda las preguntas 16 y 17, teniendo en cuenta la siguiente información. Se muestra la ilustración de una onda transversal, de la forma.

Del análisis concreto de la ilustración, se hacen las siguientes Afirmaciones: I.la longitud de onda es de 9cm. II. la amplitud corresponde a 10cm. III. el período de la onda es de 18cm. 16. Podemos decir que las afirmaciones correctas son A. la I y II B. la II y III C. sólo la II D. sólo la III. 17. Si la rapidez de propagación de la onda es de 360cm/seg, puede afirmarse que A. se realizan 20 oscilaciones cada segundo. B. el período es de 20 segundos. C. la onda recorre una distancia de 40 cm. D. la amplitud aumenta con el tiempo. 18. A continuación se muestran dos tipos de ondas, los puntos representan l vibración de las partículas del medio en el cual se propagan dichas ondas. Puede concluirse que las ondas I y II son respectivamente A. longitudinal y transversal. B. longitudinal y longitudinal. C. transversal y longitudinal. D. transversal y transversal.

► Responda las preguntas 19 y 20 de acuerdo a la siguiente información. En la ilustración se muestran dos momentos distintos de una onda. 19. Puede asegurase que el punto P A. vibra de izquierda a derecha. B. se propaga hacia la derecha. C. se propaga hacia abajo. D. vibra de arriba hacia abajo. 20. Con respecto a la propagación de la onda es equivocado afirmar que A. se dirige a la derecha. B. es paralela a la vibración de P. C. lo hace con rapidez constante. D. es perpendicular al movimiento que realiza P. 24


GUIA – TALLER Nº 7. Semana número ___ del ___ al ___ de_____________________ de 20___ (3 horas / semana)

FASE AFECTIVA: FUNCIÓN DE ONDA A partir de una función, llamada función de onda, es posible describir la forma de una onda en cualquier instante. Esta función depende de la posición de cada punto, del medio de propagación y para que la información sea completa, se requiere que dicha función dependa también del tiempo. Por ejemplo, por medio de la función de onda podemos describir para cualquier instante la forma de la onda que se propaga a través de una cuerda, si conocemos para cada punto de la cuerda la distancia x al extremo de la misma.

La función de onda, nos indica la distancia, y, de cada punto del medio a l posición de equilibrio en cada instante t, es decir f(x, t).

ACTIVIDAD

► Analicemos la gráfica Y = A.cos w.t; para x = v.t, y siendo λ = v.T. Cuando x = 0; λ/2; λ. Expresa tus conclusiones. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _________________________________________________ _______________

PROPÓSITO EXPRESIVO: Interpretar situacio nes, realizand o descr ipción cualitativa y cuantitativa de las prop iedades de las on das.

INDICA DORES DE DESEM PEÑO Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con movimiento pendular y ondulatorio.

25


P1: La longitud de onda que es la mínima distancia entre dos puntos sobre una onda que se comportan idénticamente en una oscilación completa, equivale al producto de la rapidez y el período de una onda, que representa un producto escalar, de acuerdo a los eventos ondulatorios.

Distancia mínima entre dos puntos sobre una onda que se comportan idénticamente en una oscilación completa Longitud de onda “λ”

Representa un producto escalar

Equivaler

V.T

De acuerdo a los eventos ondulatorios

P2: Por interpretación de la definición, la rapidez es directamente proporcional a la longitud de onda, mientras que la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda que son elementos partícipes de una onda.

Que son elementos partícipes de una onda

Que son elementos partícipes de una onda

V = λ.f

Diferir

f=

Según interpretación de la definición de los elementos en una onda

ACTIVIDAD

1. Debo realizar el apareamiento entre un paralelepípedo y un cilindro adecuadamente. 26


Las ondas

Una onda transversal

Aquellas en que el movimiento de las partículas tiene la misma dirección del movimiento de la onda

Mecánica longitudinal

Transmiten energía, pero no materia.

El sonido, es

Si la vibración de las partículas es perpendicular a la velocidad de la onda, se tiene

Una onda mecánica longitudinal.

Llamadas ondas longitudinales

La luz es una onda

2. Modelo la siguiente proposición: Las ondas de radio son ondas electromagnéticas, mientras que el sonido es una onda mecánica, según clasificación de las ondas en los eventos ondulatorios.

3. Actividad práctica:

Construyendo Ondas

Principios a explicar : Propiedades de las Ondas. Material: 1 Resorte plástico o metálico grande, gusano o slinky. Procedimientos: Mientras un participante detiene un extremo, el resorte es estirado hasta unas 8 veces su tamaño original. En un primer caso un participante hará oscilar el resorte hacia delante y hacia atrás (en la misma dirección en que se encuentra extendido) para revisar la propagación longitudinal de ondas. Ahora se hace oscilar de modo transversal, de modo que todo el resorte describa una onda grande (o pancita); poco a poco se aumenta la frecuencia para generar dos ondas, luego tres y así sucesivamente. Se podrá realizar un concurso con los participantes para ver quien logra hacer un mayor número de ondas con el resorte. 27


Marco Teórico: Se dice que un cuerpo oscila cuando realiza un movimiento de vaivén entre dos puntos. Una onda es una oscilación que se propaga, esto es, que se está desplazando. En caso de que tratemos con una onda mecánica, se tratará siempre de una perturbación que se propaga en un medio material. Existen dos tipos de ondas: las transversales, en las que la perturbación se efectúa en dirección ortogonal a la de propagación (atravesada); mientras que las longitudinales perturban el medio en la misma dirección que se propagan. Un caso clásico de onda transversal son las que se generan en un estanque cuando lanzamos una piedra, ya que las ondas van hacia arriba y hacia abajo mientras que se propagan hacia los lados. El sonido es el principal ejemplo de una onda longitudinal, ya que se perturba el medio en la misma dirección en que se propaga. Si analizamos una onda transversal en un plano bidimensional, encontramos que tiene ciertas característica que la definen: una onda completa tiene siempre un ascenso y un descenso, a la parte que va hacia arriba se le conoce como cresta y a la que va hacia abajo como valle, entonces toda onda debe tener una cresta y un valle completos. A la línea de propagación, que siempre queda en medio de los valles y crestas, se el conoce como eje de la onda. La altura que separa al eje de la punta de una cresta, o de la parte baja de un valle, se le conoce como amplitud de onda. La distancia entre dos puntos iguales (dos crestas o dos valles, u otro punto de la onda) se conoce como longitud de onda. A el número de ondas que efectúan un ciclo completo en una unidad de tiempo se le llama frecuencia y normalmente se mide en ciclos por segundo, llamados Hertz. Al tiempo que le lleva a una onda completar un ciclo se le llama periodo. Explicación: Preguntas: ¿Cuáles son las diferencias entre las primeras ondas y las segundas? (longitudinales y transversales), ¿Qué hay que hacer para lograr que se formen muchas ondas en el resorte? Para empezar podemos decir que una onda es una perturbación que se está moviendo, se está propagando. Los dos tipos de ondas que conocemos se diferencian entre sí porque en uno las ondas se van haciendo en la misma dirección que se mueve la perturbación y por eso se le llama longitudinal, porque la onda se presenta a través de la longitud de propagación. A las otras las llamamos transversales, porque las ondas se presentan atravesadas con la propagación. Con las transversales es con las que podemos hacer “pancitas”, cuando vemos sólo una pancita en realidad estamos viendo la mitad de una onda porque necesitamos una pancita hacia arriba y seguida una hacia abajo para formar una completa. A la línea que marca la propagación de la onda se le llama eje y está siempre en medio de las “pancitas”. A las pancitas hacia arriba se les llama crestas y las que están hacia abajo valles, los puntos que están justo en el cambio de cresta a valle, y viceversa, son llamados puntos de inflexión. Si medimos la distancia entre dos puntos iguales en ondas seguidas tendremos lo que se conoce como longitud de onda, a la distancia que hay del eje a la parte más alta de la cresta (o más baja del valle) le llamamos amplitud de onda. Al número de ondas que se completan por segundo se le conoce como frecuencia. Entonces si queremos ser los que hagan más “pancitas”, más ondas, lo que tenemos que hacer es darle mucha frecuencia a la oscilación, moviendo rápidamente el resorte. De otro modo podremos variar la amplitud e incluso la longitud, pero no otra cosa. 28


GUÍA – TALLER N° 8 – 9.


FASE AFECTIVA: Las ondas en su camino de propagación pueden experimentar una serie de cambios tanto en su velocidad, como en su dirección e intensidad. Estas se pueden ver afectadas en su comportamiento característico cuando en su trayectoria encuentran obstáculos, cambian de medio o se encuentran con otras ondas de la misma naturaleza. Pulsaciones, son superposiciones de dos vibraciones de frecuencias ligeramente diferentes; las frecuencias de las pulsaciones son iguales a la diferencia de las frecuencias de las ondas individuales. Existen fenómenos ondulatorios unidimensionales, otros bidimensionales.

PROPUESTA

1.) ¿Cómo se presentan los fenómenos unidimensionales, y las bidimensionales? _________________________________________________ ________________ _________________________________________________________________ 2.) ¿Qué puede suceder, cuando usted toma un resorte y lo fija en uno de sus extremos, luego envía un determinado pulso por el extremo libre? _________________________________________________ ________________ _________________________________________________________________ 3.) Expreso la relación existente de la frecuencia de las pulsaciones de dos vibraciones de frecuencias ligeramente diferentes. _________________________________________________ ________________ _________________________________________________________________ 29


PROPÓSITO EXPRESIVO: Yo, com o estu diante analizo, e identifico cada fenómeno on du lato rio , seg ún s u c aract erísti ca esen cial.

INDICADORES 1. Identifico situaciones en esquemas ilustrativos, y realizo la descripción cualitativa y cuantitativa. 2. Resuelvo situaciones problemas a partir de observaciones, y siguiendo instrucciones.

REFL EXIÓN Cuando una onda retorna al propio medio tras incidir sobre un obstáculo, es decir es un cambio brusco en la dirección de una onda, cuando choca contra una superficie.

REFRA CCIÓN

Cuando una onda que viaja en un medio encuentra una frontera que lleva a otro medio, parte de la onda pasa a segundo medio.

DIFR A CCIÓN Se presenta cuando una onda pasa a través de un orificio de tamaño menor que la longitud de onda, cambiando su dirección; o cuando rodea algún obstáculo. 30


INTERFERENCIA

Es la superposición de dos o más ondas aumentando o disminuyendo la amplitud de la onda. La amplitud de las ondas se suma algebraicamente.

POL A RIZA CIÓN Reducción de los planos de vibración a uno solo. Es un fenómeno muy especial, ya que solo se presenta en ondas transversales.

PRINCIPIO DE HUYGENS

Cada punto de frente de onda, proveniente de un centro emisor de ondas puede considerarse como un nuevo centro emisor de ondas, llamado centro secundario.

PRINCIO DE S UPE RPO SICIÓN

La superposición se presenta cuando dos o más ondas se entrecruzan. Como podemos observar en el siguiente gráfico, la onda resultante corresponde a la onda periódica.

VERIFICA CIÓN E INTERP RETA CIÓN CONC EPTU A L ►Analizo e interpreto los gráfico, 1 a 4, y propongo el fenómenos correspondiente. 1.)

_________________________ 31


2.)

________________________ 3.)

_________________________ 4.) El siguiente gráfico, expresa la ley fundamental de la reflexión, ¿qué se deduce de la medida del ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión?

A. Medida del ángulo de incidencia es mayor que la medida del ángulo de reflexión. B. Medida del ángulo de incidencia es menor que la medida del ángulo de reflexión. C. Medida del ángulo de incidencia es igual a la medida del ángulo de reflexión. D. Medida del ángulo de incidencia es el doble de la medida del ángulo de reflexión. 5.) La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, es igual a la razón entre las velocidades del movimiento ondulatorio en los dos medios, es decir:

=

.

Aprovechando esto usted puede demostrar la proporción

=

.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 32


► El gráfico muestra una onda que pasa de un medio a otro. Respondo las preguntas 6 a 8. 6.) ¿Es o no igual la frecuencia de las ondas? Justifico. _________________________________________________ _____________________ ______________________________________ ________________________________ _________________________________________________ _____________________ 7.) ¿Cómo es la longitud de onda en cada medio? _________________________________________________ _____________________ ______________________________________________________________________ _________________________________________________ ____________________ 8.) ¿En cuál de los dos medios es mayor la velocidad de propagación? Justifico. _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ ____________________

OBSERVACIÓN: La reflexión y la r efracción pueden ocurrir tanto en partículas como en ondas, mientras que la difracción es exclusiva de las ondas.

► Las preguntas 9 a 13, son de afirmación y razón y se contestan de acuerdo con los criterios expresados a continuación. A, Si la afirmación y la razón son verdaderas, y la razón es una explicación de la afirmación. B, Si la afirmación y la razón son verdaderas, pero la razón no es una explicación de la afirmación. C, Si la afirmación es verdadera y la razón es falsa. D, Si la afirmación es falsa y la razón es verdadera. E, Si la afirmación y la razón son falsas. 10.) Una onda cuando cambia de medio se refracta porque la frecuencia de la onda varía. A. B. C. D. E. 33


11.) Cuando una onda choca contra un obstáculo se refleja porque la dirección de propagación cambia. A.

B.

C.

D.

E.

12.) El movimiento de una pelota que se mueve cerca a la superficie terrestre es un movimiento ondulatorio porque la pelota rebota y se refracta. A.

B.

C.

D.

E.

13.) Las ondas que se producen en la superficie del agua son trasversales porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación. A.

B.

C.

D.

E.

14.) Cuando una onda se refracta la razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón de las velocidades porque el medio de propagación no ha cambiado. A.

B.

C.

D.

E.

15.) En una onda longitudinal, el fenómeno físico que no se cumple es A. Reflexión. B. Difracción. C. Polarización. D. Interferencia. 16.) El fenómeno de refracción se produce cuando A. la onda choca contra un obstáculo. B. la onda reduce los planos de vibración a uno solo. C. la onda cambia de medio de propagación. D. la onda pasa a través de un orificio. 17.) En la gráfica, se muestra una onda que de un medio a otro. Al analizarla, podemos decir que: A. V1 = V2. B. V1 V2. C. V1 V2 D. .

34


► Coloco al frente de cada afirmación una V si es verdadero, o una F si es falso, según corresponda.

18.) El cambio de dirección que experimenta una onda cuando pasa de un medio se

denomina refracción… (

).

19.) Las ondas al chocar contra una barrera se r eflejan y cambian la longitud de onda… (

).

20.) En el extremo fijo de una cuerda, en la cual se produce una onda estacionaria

siempre hay un nodo… (

).

21.) El principio de Huygens es un modelo que se aplica únicamente a ondas

circulares… (

).

22.) Las ondas al cambiar de medio de propagación, cambian de frecuencia. (

).

23.) La interferencia constructiva se presenta cuando dos ondas se encuentran y se anulan… ( ). 24.) Cuando se trata de un flujo de partículas, tiene sentido la ocurrencia o aplicación de A. Difracción. B. Reflexión. C. Principio de Huygens. D. Principio de superposición. 25.) Un frente de onda al pasar del medio 1 al medio 2, y luego al medio 3 muestra el comportamiento indicado en el gráfico a continuación. Al

comparar

las

velocidades

de

propagación, se cumple A. V1

V2

B. V1 = V3 C. V3

V2.

D. V1

V3.

35


GUÍA – TALLER N° 10.

Semana número ___ del ___ al ___ de_____________________ de 20___ (3 horas / semana)

FASE AFECTIVA: Los fenómenos ondulatorios que podemos observar a nuestro alrededor son muy frecuentes y variados, tal es el caso, si en un punto de la superficie tranquila del agua de una piscina, de un recipiente de capacidad volumétrica, ocasionamos un pequeño hundimiento, se produce una perturbación que se propaga por la superficie. Gotas de agua

Dominó en serie

Ahora bien si hacemos oscilar una cuerda desde uno de sus extremos, la perturbación se transmite por la cuerda. Estas perturbaciones son de carácter ondulatorio. También se produce una onda cuando hacemos vibrar una cuerda de una guitarra, caso en el cual la vibración se extiende a través de las moléculas de aire, propagándose en el aire. Esta vibración percibida por el oído humano es el sonido. PROPUESTAS

► Cita algunos fenómenos ondulatorios, de tu alrededor. _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ ______________________________________________________________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ ► Del primer gráfico anterior, ¿Qué transmiten los círculos que observamos al producir una perturbación en un punto de la superficie del agua? _________________________________________________ _____________________ _______________________________________________ _______________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _____________________________________________________________________

36


PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo plantee y argumente hipótesis y regularidades, haciendo uso adecuado de la interpretación de situaciones, con la ayuda de modelos y la verificación de hipó tesis. INDICADOR DE DESEMPEÑO: Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con el movimiento ondulatorio.

CLASIFICASI N DE LAS ONDAS

Existen sensaciones que percibimos del medio ambiente como el sonido, la luz, las ondas formadas en la superficie del agua, que nos llegan a través de movimientos ondulatorios, con caracte rísticas de “transportar energía” de un punto del medio a otro, sin que haya “desplazamiento de masa”. Los objetos vibrantes tienen la capacidad de generar ondas; podemos decir entonces que una onda es una perturbación que viaja a través del espacio o en un medio elástico, transportando energía sin que haya desplazamiento de masa. Una onda se propaga a través de un medio gracias a la vibración que se produce en las partículas de éste. La dirección de propagación de la onda puede ser paralela o perpendicular a la dirección de oscilación de las partículas del medio de propagación. Las ondas periódicas, son aquellas en las cuales las partículas del medio tienen un movimiento periódico, debido a que la fuente perturbadora vibra continuamente. Pulso o perturbación, es aquel en el cual cada partícula del medio permanece en reposo hasta que llegue el impulso, realizando así una oscilación con movimiento armónico simple (M.A.S.). Las ondas las podemos clasificar según dos criterios, llamados medio de propagación, y dirección de propagación. Según el medio de propagación, encontramos las ondas mecánicas y las ondas electromagnéticas; y según la dirección de propagación, aparecen las ondas longitudinales y las transversales. Las ondas mecánicas, transportan energía a través de un medio elástico que vibre, como ejemplo, tenemos las ondas sonoras, las ondas de las cuerdas, las ondas formadas en la superficie del agua; Obsérvese en el gráfico que la vibración es longitudinal.

37


Las ondas electromagnéticas, transportan energía por medio de campos eléctricos (E), y campo magnéticos (B) que s pueden propagar en el vacío, no requieren de medio de propagación, como ejemplo, se presentan las ondas de la luz, la radiación ultravioleta, lo rayos X, ondas de radio, las microondas. Obsérvese que la vibración de campos es perpendicular. Las ondas longitudinales, se caracterizan porque las partículas del medio vibran en la misma dirección de propagación de la onda, es decir el movimiento de la partícula tiene la misma dirección del movimiento de la onda. Ej. Onda de sonido, ondas de resortes. Las ondas transversales, se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Ej. Ondas en la superficie del agua, una onda de luz, ondas en una cuerda. OBSERVACIÓN: 1.) LONGITUD DE ONDA: Es la distancia mínima entre dos puntos cualesquiera sobre una onda que s comportan idénticamente en una oscilación completa. 2.) ECUCIONES EN UNA ONDA VIAJERA. 2.1) Número de onda. k = . 2.2) Velocidad angular. w =

=

2.4) Velocidad de propagación. V =

.

2.3) Período. T = t/n.

.

2.5) Densidad lineal.

►Respondo las preguntas 1 y 2 de acuerdo a la siguiente información. Una cuerda tiene 5,5m de longitud y una masa de 0,055kg, se encuentra tensionada con una fuerza de 16N. Un extremo de la cuerda vibra con una frecuencia de 10Hz. 1.) Deseo saber la velocidad de propagación de la onda de la cuerda al aplicarle la tensión, luego al comparar el valor en m/seg, puedo expresar que es: A. menor que 40 m/seg. B. mayor que 40 m/seg. C. exactamente igual a 40 m/seg. D. exactamente igual a 80 m/seg. 2.) Al determina r la longitud de onda λ, p uedo inferir A. 4m. B. 0,25m. C. 8m. D. 0,5m. 3.) Se llama longitud de onda “λ”, a A. el número de oscilaciones en un período. B. la distancia recorrida por la onda en un período. 38


C. el número de oscilaciones en la unidad de tiempo. D. la distancia entre dos nodos consecutivos.

►Las preguntas 4 a 7, se marcan de acuerdo con el siguiente criterio. A, si 1 y 2 son verdaderas. C, si 3 y 4 son verdaderas.

B, si 2 y 3 son verdaderas. D, si 2 y 4 son verdaderas.

4.) El sonido es una onda de tipo: 1. electromagnético. 2. mecánico. 3. longitudinal. 4. transversal. A. B. C. D. ► En la siguiente ilustración de una onda. 5.) Al interpretar el gráfico, se infiere que 1. la amplitud, es igual a 0,5m. 2. la longitud de onda, es igual a 4m. 3. la amplitud es igual a 1m. 4. la longitud de onda, es igual a 2m. A. B. C. D. 6.) Si el período de propagación de la onda en la ilustración anterior es de 0,4seg 1. la velocidad de propagación de la onda, es igual a 10 m/seg. 2. la frecuencia de propagación de la onda, es igual a 2,5 Hz. 3. la longitud de onda, es igual a 2 m. 4. la velocidad de propagación de la onda, es igual a 5 m/seg. A. B. C. D. 7.) La masa de la cuerda de la onda del gráfico es de 0,08kg, por tanto, podemos decir que 1. el número de onda, es 15,7. 2. el número de onda, es 1,57. 3. la densidad lineal, es de 0,02kg/m. 4. la densidad lineal, es de 0,2kg/m. A. B. C. D. HORA DE PLA NTEAR HIPÓTESIS Y REGULA RIDADES

Escribo las respuesta en el cuaderno 1.) ¿Por qué factor se debe multiplicar la tensión de una cuerda para que la velocidad de las ondas que se propagan en ella se triplique? 2.) ¿De qué manera, un aumento en la frecuencia de una onda afecta la longitud de onda de la onda producida? 3.) Una cuerda de 24m de largo, se divide en 6 segmentos y con cinco de ellos se forma una cuerda más gruesa. Las dos cuerdas, la delgada y la gruesa, se someten a la misma tensión y se generan en cada una de ellas 25 vibraciones en 10 segundos. Expresa en cuál de las dos, es: 3.1) Mayor la densidad lineal o densidad longitudinal. 3.2) Mayor la velocidad de propagación de las ondas. 3.3) Mayor la frecuencia de las ondas producidas. 3.4) Mayor el período de vibración.

HORA DE LA MODELACIÓN ► Para cada una de las siguientes proposiciones conceptuales, realiz o el mentefacto proposicional. P 1 : L a s o n d a s d e r a d i o , l a s o n d a s d e l u z , y l a s m i c r o o n d a s q u e s o n o n d a s electrom agné ticas y a qu e la vibr ación de c ampo s s e hace en form a perpend icular, mientras q ue las ondas de so nido , ond as de resortes qu e son ond as mecánicas long itudin ales, según crit erio de clasificación. P 2 : Según la dirección de propagación las ondas puede n ser longitudinales y transv ersales, las p rimeras s on aquellas qu e se caracterizan porq ue las p artículas del m e d i o v i b r a n e n l a m i s m a d i r e c c i ón d e p r o p a g a c i ón d e l a o n d a , m i e n t r as q u e l a s segu ndas se caracterizan ya qu e las partículas d el medio vibran perpend icularm ente a la direcc ión de pro pagación de la onda.

39




FASE AFECTIVA: ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN Al variar la profundidad del agua en una cubeta de ondas colocando en ella un vidrio plano como lo muestra el gráfico, obtenemos dos medios diferentes. Al generar ondas periódicas planas, se obtiene la configuración observada. Si realizamos un pequeño corte transversal de la cubeta d ondas, se nos puede presentar el siguiente gráfico.

PREGUNTAS 1.) ¿Cómo son las longitudes de onda en cada uno de los medios? ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ ____________________ 2.) ¿Las velocidades son iguales en los dos medios, si o no, por qué? ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ ____________________

PROPÓSITO EXPRESIVO: Yo, realizo adecu adamente la experiencia, y exp reso en form a cualitativa y cuantitativa las obs ervaciones resu ltantes.

INDICADORES 40


1. Identifico situaciones en esquemas ilustrativos, y realizo la descripción cualitativa y cuantitativa. 2. Resuelvo situaciones problemas a partir de observaciones, y siguiendo instrucciones. 3. Valoro el trabajo en equipo, con la participación activa en la toma de decisiones para la búsqueda de solución a situaciones problemas. 4. Interpreto situaciones con ayuda de modelos. 5. Formulo hipótesis desde un argumento explicativo. 6. Verifico hipótesis, y elaboro conclusiones.

♥ LEY FUNDA MENTA L DE L A R EFRACCIÓN

En el primer gráfico se muestra un pulso en varias posiciones, éste alcanza la superficie de separación entre los medios y se sigue propagando por el medio 2. Cuando el pulso cambia de medio, ¿Varía la longitud de onda? ¿Varía la frecuencia? ¿Varía la velocidad? ¿En qué medio es mayor la velocidad? ¿Qué fenómeno experimenta el pulso al pasar de un medio a otro? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Consideremos que el pulso alcanza la superficie de separación en el punto B grafico 2, y se refracta. Teniendo en cuenta que su propagación en el primer medio es con velocidad constante V 1, mientras que en el segundo medio es con velocidad constante V2. ¿Qué distancia recorre el extremo del pulso que incidió en B y llegó a C en el intervalo

de tiempo Δt? ¿Qué distancia recorre el extremo del pulso que se encontraba en A y llega a D, en el

mismo intervalo de tiempo Δt? 41


______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Hallo el valor de Sen θ i, sabiendo que el triángulo BAD es rectángulo en A. ________________________________________________ ______________________ ¿Qué representa θi? ¿Qué clase de triángulo es BCD? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Hallo Sen θr . ________________________________________________ ______________________

¿Qué representa θ r ? ________________________________________________ ______________________ Teniendo las informaciones anteriores, podemos comprobar que al dividir Sen θ i entre Sen θr se obtiene… __________________________________________ ____________________________ Expreso con este resultado la LEY FUNDAMENTAL DE LA REFRACCIÓN… ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

♥ MODELO DE ONDA TRANSVERSAL (SOBRE PAPEL) Sobre una hoja e cartulina o papel de 10cmx28cm, dibuja una sinusoidal, donde λ es de 6cm, y la amplitud A = 4cm, tal como lo muestra el gráfico 1. Recorta otra cartulina o papel de 22cmx28cm, y hágale tres ranuras, de 7cm de longitud y de 3mm de ancho, separadas entre sí λ/2 “(es decir 3cm)”, tal como lo indica el gráfico 2. Pliegue esta cartulina e introduzca en el interior la sinusoidal ya hecha. Hale lentamente la sinusoidal, y expresa tu observación (¿Qué sucede?) 1.) Con la onda. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 2.) Respecto a los puntos que aparecen en las ranuras. ______________________________________________________________________ ________________________________________________ ______________________ ____________________________________________ __________________________ 42


♥ ESTUDIO DINÁMICO DE UN RESORTE Fija el extremo de un resorte tal como lo indica el gráfico, y cuelga masa m 1, m2, m3, como te parezca, en el otro extremo. Estira adecuadamente el resorte con la mano y luego suéltalo. Nota que se producen oscilaciones verticales, cuyo período es de la forma T2 = m (4π2/k) + mo (4π2/k), donde k es la constante del resorte, y m o l masa equivalente del resorte que oscila. Mida ahora el período T de oscilaciones para varias masas m, y trace la curva

T v/s m. [T = f (m)].

¿Cómo es la representación gráfica? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Dibujo ahora, el gráfico de T 2 = f (m). ¿Cómo se observa la representación gráfica, en cuanto a la curva? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Expreso la pendiente de la recta resultante, donde tan θ =

, deduzca el valor para k.

________________________________________________ ______________________ Por último deduzca por extrapolación como lo indica el gráfico dado a continuación, el valor de la masa m o.

43


GUÍA – TALLE R N° 12.

PROP SITO EXPRESIVO: Yo, interpreto y doy solución a cada interrogante, realizando su argumentación.

► Responda las preguntas 1 a 4, de acuerdo con la siguiente información.

El mecanismo más simple considera una masa suspendida de un resorte que está atado a un soporte anclado al suelo. Cuando el resorte se agita al paso de las ondas sísmicas, la inercia de la masa hace que ésta permanezca un instante en el mismo punto de reposo y cuando sale del mismo, tiende a oscilar. Si se adhiere a la masa suspendida un pincel o lápiz a fin de que inscriba en un papel sobre un cilindro que gira a tiempo constante, se registraría una componente del movimiento del suelo. En este caso, puede ser un sismógrafo de componente vertical tal como lo muestra el gráfico. El papel o lámina sobre el cual se registra el movimiento del suelo se llama sismograma. 1.) El sismógrafo se prueba haciendo oscilar la masa manualmente y sobre el sismograma queda el siguiente registro, en un tiempo de 1 segundo. Del gráfico se puede afirmar que: A.) la longitud de onda es de 6cm. B.) la amplitud es de 20cm. C.) La velocidad de giro del temblor es de 3cm/seg. D.) La frecuencia de vibración es Hz. 2.) Si la masa que cuelga del resorte se hace cuatro veces menor, el período T A.) disminuye a la cuarta parte. 44


B.) disminuye a la mitad. C.) aumenta cuatro veces. D.) no cambia. 3.) Si el movimiento generado en el resorte es armónico simple, la fuerza recuperadora es nula en: A.) el punto de equilibrio. B.) el punto de máximo estiramiento del resorte. C.) el punto de máxima contracción del resorte. D.) todos los puntos del movimiento. 4.) La energía liberada en un temblor, puede relacionarse con un elemento de la onda registrada en el sismograma. Dicho elemento, es: A.) la amplitud. B.) la velocidad de propagación. C.) la longitud de onda. D.) la frecuencia de oscilación. 5.) En un planeta x, un péndulo simple de 0,6m oscila con un período de 2 segundos, al tomar π2 = 10, podemos decir que la aceleración de la gravedad g en m/seg 2, es: A.) 6. B.) 60. C.) 0,6. D.) 3.

► Responda las preguntas 6 y 7, teniendo en cuenta la información: Sobre la superficie de una piscina, un vibrador vertical tiene un movimiento armónico simple de 4cm amplitud, 5Hz de frecuencia, la velocidad de las ondas en la superficie del agua es 50cm/seg. 6.) La frecuencia o velocidad angular w, es de la forma: A.) 31, 4 rad/seg B.) 3, 14 rad/seg C.) 314 rad/seg D.) 0,628 rad/seg

7.) Si, π2 = 10, podemos decir que la aceleración máxima a m, es. A.) 40 m/seg2. 45


B.) 400 cm/seg2. C.) 400 m/seg2. D.) 40 cm/seg2.

► Responda las preguntas 8 a 10, teniendo en cuenta la información: Un hilo de caucho tiene una longitud natural de 1,5 m y una masa de 4 gramos. 8.) Para doblar su longitud se necesita una tensión de 3 Newton, luego el valor de la constante k, equivale a: A.) 0,2 N/m. B.) 20 N/m. C.) 2 N/m. D.) 6 N/m. 9.) Si se dispone este hilo entre dos puntos separados 2 m, la velocidad de propagación de una onda transversal en este hilo, es: A.) V = 22, 36 m/seg B.) V = 2, 24 m/seg C.) V = 223,6 m/seg D.) V = 2236 m/seg. 10.) Podemos decir, que el tiempo aproximado que emplea una onda para recorrer todo el hilo, es: A.) 0,09 seg. B.) 0,9 seg. C.) 4,47 seg. D.) 0,447 seg.

► Responda las preguntas 11 y 14, teniendo en cuenta la información: Una cuerda de longitud 0,2 m, masa 0,4 kg, se somete a una tensión de 18 N. Si se producen 40 vibraciones en 10 segundos. 11.) La masa por unidad de longitud, más conocida como densidad l ineal μ, es : A.) 2 kg/cm B.) 2 g/m C.) 2 kg/m D.) 2 g/cm. 46


12.) La velocidad de propagación V, siendo que V = su valor, es:

, por tanto es lógico decir que

A.) 3 m/seg B.) 4, 5 m/seg C.) 0, 3 m/seg D.) 45 m/seg. 13.) La frecuencia de las ondas que expresa oscilaciones en la unidad de tiempo es A.) 0,4 Hz. B.) 4,0 Hz. C.) 0,25 Hz. D.) 2,5 Hz.

14.) La longitud de onda λ que expresa distancia entre dos puntos idénticos de la onda en una oscilación completa, en este caso podemos decir que su valor está dado por A.) 7,5 m B.) 75 m C.) 0,075 m D.) 0,75 m 15.) Analiza el gráfico del movimiento ondulatorio representado por siendo que la velocidad de propagación es de 8,6 m/seg. Al buscar el valor de la frecuencia y el período respectivamente, se toma a A.) 430 Hz y 2,33x10- 3seg B.) 430 Hz y 2,33x103seg C.) 43 Hz y 2,33x10- 3seg D.) 43 Hz y 2,33x103seg. 16.) El fenómeno de refracción se produce cuando: A.) la onda cambia de medio de propagación. B.) la onda reduce los planos de vibración a uno solo. C.) la onda choca contra un obstáculo. D.) la onda pasa a través de un orificio.

47


ARQUIDIOCESIS DE CALI FUNDACIONES EDUCATIVAS ARQUIDIOCESANAS DISEÑO CURRICULAR COLEGIOS ARQUIDIOCESANOS

GUÍA TALLER AÑO LECTIVO ____________

ÁREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL: FÍSICA GRADO: DÉCIMO PERÍODO: SEGUNDO

48


PRESENTACIÓN. COLEGIO

GRADO

ÁREA

DOCENTE

DÉCIMO TIEMPO PREVISTO

CIENCIAS NATURALES (FÍSICA ) HORAS

SEG UND O P ERÍODO

27 .

PROPÓSITOS DEL PERÍODO A NIVEL AFECTIVO: Que mostremos mucho interés por: ♪ Plantear y resolver situaciones problemas en la aplicabilidad práctica en el diario vivir, y las tecnológicas con la acústica y óptica.

♪ Extraer pensamientos y modelar mentefactos conceptuales y proposicionales cromatizados, con aproximación al pensamiento científico integral. A NIVEL COGNITIVO: ♪ Comprehendamos claramente los conceptos de acústica y óptica.

A NIVEL EXPRESIVO: Que nosotros los estudiantes tengamos la capacidad de: ♪ Extraigamos adecuadamente pensamientos. ♪ Modelemos mentefactos proposicionales cromatizados y conceptuales. ♪ Interpretemos, resolvamos y argumentemos situaciones problemas en la aplicabilidad del movimiento pendular y ondulatorio, junto con las clases y propiedades de fenómenos relacionados con ondas, demostrando avances en el desarrollo del pensamiento científico integral. EVALUACIÓN: INDICADORES DE DESEMPEÑO 1. Desarrollo del pensamiento a través del uso adecuado de proposiciones complejas, conceptos y precategorías con sus respectivos mentefactos. De igual manera potenciar los operadores del M.L.O relacionados con el movimiento ondulatorio. 2. Sigo instrucciones y utilizo diferentes procedimientos en flujogramas lineales y de decisión en el planteamiento y solución de problemas relacionados con el movimiento ondulatorio. 3. Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con el movimiento ondulatorio. 4. Realizo lectura comprehensiva e interpreto textos relacionados con fluidos. 5. Produzco textos orales y escritos a partir de observaciones que me permiten plantear hipótesis y regularidades sobre el movimiento ondulatorio. 49


COMPETENCIAS Y HABILIDADES COMPETENCIAS

HABILIDADES

► Desarrollar el pensamiento a través del uso adecuado de la proposición modal con sus respectivas operaciones intelectuales y mentefactos. De igual manera potenciar los operadores del M.L.O.

Observar.

► Seguir instrucciones y utilizar fluj ogramas en el planteamiento y resolución de situaciones problemas propio de la Física.

Particularizar y generalizar.

► Interpretar y analizar datos, tablas y gráficos como resultado de la aplicación del método científico.

Construir y extraer proposiciones de los textos propuestos, y realizar la modelación adecuada.

Estableces diferencias.

semejanzas

y

Preguntar significativamente. Definir (Sinonimizar, contextualizar, radicar)

► Comprehender e interpretar textos donde: 3. Explico la utilización de cada uno de los términos o elementos partícipes en cada Analizar (puntuar uno de los movimientos. pronominalizar). 4. Presento la solución acorde a la enseñanza (Modelación). Seguir instrucciones.

EJES TEMÁTICOS 1. ACUSTICA – OPTICA: 1.1 Cualidades del sonido. 1.2 Efecto Doppler. 1.3 Espejo. 1.4 Lentes 1.5 Acercamiento de la relatividad y velocidad de la luz. 1.6 Laboratorio.

DIDÁCTICAS   

Didácticas proposicionales. Didácticas conceptuales. Didácticas Argumentales.

RECURSOS  

Logísticos: salón, tablero, marcadores, carteleras Audiovisuales: video-bean, sala de internet, diapositivas, videos, grabadoras.

50


y

ARQUIDIÓCESIS DE CALI FUNDACIONES EDUCATIVAS ARQUIDIOCESANAS ÁREA DE CIENCIAS NATURALES

Propósito Expresivo: Que nosotro s interpretemo s, y resolvamos situaciones Prob lemas aplic ados a la acústica y la óptica . ►Responda

las preguntas 1 a 5, teniendo en cuenta el siguiente texto: La acústica es el estudio del sonido. El sonido es una onda de tipo mecánico y naturaleza longitudinal. La velocidad de propagación del sonido en el aire a una temperatura aproximada de 15°C se considera en 340m/seg. Como el sonido es una onda mecánica necesita de un medio de propagación. De acuerdo con el medio, el sonido tiene una velocidad diferente de propagación. La mayor velocidad se presenta en los sólidos, luego en los líquidos y por último en los gases. Se puede calcular la velocidad del sonido en el aire a cualquier temperatura ya que por cada grado centígrado se aumenta la velocidad 0,6m/seg. Entonces tenemos que 331m/seg +/- (0,6m/seg).T. Donde 331m/seg es la velocidad del sonido a 0°C y T es la temperatura en °C. La velocidad de propagación del sonido también se puede calcular conociendo la distancia recorrida y el tiempo empleado en recorrerla mediante la expresión V = . 1.) En una tarde soleada de 35°C para la ciudad de Cali, entonces podemos decir acertadamente que A.) la velocidad del sonido es 21m/seg B.) la velocidad del sonido es 352m/seg C.) la velocidad del sonido es 340m/seg D.) la velocidad del sonido es 21,6m/seg

A.) 4,9°C. B.) 8,5°C. C.) 9,8°C. D.) 4,1°C.

2.) Para la ciudad capital Bogotá, capital de nuestro país Colombia, si la velocidad del sonido es de 335,1m/seg, entonces la temperatura T es

B.) 6 segundos.

51

3.) Si una onda sonora recorre en el agua 1,035km en 0,69 segundos, podemos decir que A.) la velocidad del sonido en el agua es de 1500m/seg. B.) la velocidad del sonido en el agua es de 340m/seg. C.) la temperatura en el agua es de 194,83°C. D.) la temperatura en el agua es de 19,48°C. 4.) para determinar la longitud de onda de un sonido cuya frecuencia es de 174,5Hz si se propaga en aire a 30°C, siendo que V =

, entonces

podemos decir acertadamente que λ, es A.) 2 metros. B.) 1,5 metros. C.) 0,5 metros. D.) 3 metros. 5.) El tiempo que emplea el sonido en recorrer 2,04km en el aire a 15°C, es A.) 3 segundos. C.) 30,6 segundos. D.) 1,36 segundos.


GUIA – TALLER N° 13.


FASE AFECTIVA ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN ONDAS SONORAS El sonido es una onda mecánica longitudinal porque las partículas del medio vibran en la dirección de propagación de las ondas. La frecuencia de las ondas sonoras está comprendida en el intervalo de 20 a 20.000 vibraciones por segundo. La onda de frecuencia inferior a 20 vib/seg se llama infrasónica, mientras que la superior a 20.000 vib/seg se llama ultrasónica, y no son captadas por el oído humano, esto quiere decir que nuestro oído capta sonidos entre 20Hz y 20.000Hz. El sonido, para transmitirse necesita de un medio elástico, ya sea sólido, líquido o gaseoso. En el vacío las ondas sonoras no se propagan por ser ondas mecánicas. Los sonidos que el oído puede percibir, dependen de la variación de presión que el aire experimenta al transmitirlos, es así como la máxima variación de presión que nuestro oído puede tolerar es de 28 N/m 2.

1.) En la expresión: “La máxima variación de presión que nuestro oído puede tolerar es de 28 N/m 2”, ¿Qué expr esa la unidad N?, y la unidad m 2? ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ 2.) Tomando la misma expresión de la situación anterior, donde 28 N/m 2 indica variación de presión que nuestro oído puede tolerar, según esto, usted podrá escribir la relación existente, de los tres elementos participantes. ______________________________________________________________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ 3.) ¿Cuál es el significado de las 20.000 vib/seg en el texto? ______________________________________________________________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ 4.) Sabemos que las ondas ultrasónicas pueden ser creadas por medio de vibración de cristales de cuarzo, ¿consulta en qué se utiliza el ultrasonido, y qué animal emite y percibe este tipo de sonido? ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ 52


PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas, gráficos, problemas de acústica y óptica.

INDICADORES DE DESEMPEÑO: 1. Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a la acústica y la óptica. 2. Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos sobre acústica y óptica.

Generalmente, las ondas mecánicas pueden ser observadas directamente, pero no podemos hacer lo mismo para la luz que también es una transferencia de energía: de la fuente hacia los objetos y de éstos hacia el ojo. Actualmente, es imposible observar directamente la forma de un rayo o de la onda luminosa en función del tiempo. Por tanto acerca de la naturaleza de esta transferencia, se han desarrollado varias teorías, basadas en postulados que deben conducir a resultados de acuerdo con la experiencia. La luz se considera como el paso de un electrón de un orbital superior a un orbital inferior.

TEORÍA CORPUSCULAR La luz está compuesta de corpúsculos de materia, que se rigen por las leyes mecánicas y se desplazan a gran velocidad. Newton enunció el siguiente postulado: “Todas las fuentes lumin osas emiten pequeñas partículas materiales en línea recta con gran velocidad”. La luz no necesita soporte material para propagarse, por tanto puede viajar en el vacío. TEORÍA ONDULATORIA La luz se comporta como una onda, que necesita de un medio para su propagación, la onda es de naturaleza longitudinal. Huygens, secundado por Young y Fresnel, postuló:

► La luz se debe a vibraciones periódicas. ► La luz simple o monocromática está formada de vibraciones sinusoidales de frecuencia bien definida del tipo Y = A.cos (2 Y es la elongación, A su amplitud y f su frecuencia. El conjunto de todas las vibraciones luminosas forma la onda o radiación luminosa. ► En el vacío, todas las radiaciones se propagan a velocidad constante, c, donde λ = . Como esta longitud es muy pequeña, se utilizan nuevas unidades, como: 1 angstrom = 1 A = 10 -7mm = 10-10m. 1 micrómetro = 1 53

= 10-3mm = 10-6m.


TEORÍA CUÁNTICA Para poder explicar este último hecho se debió postular la existencia de paquetes de energía, llamados fotones o cuantos, asociados a las vibraciones luminosas. La luz es de naturaleza discontinua, está formada por paquetes de energía, llamados quantum. La mecánica cuántica, la luz tiene una naturaleza dual, se comporta como onda y a veces se comporta como partícula.

► DESCRIPCIÓN DE FENÓMENOS ACÚSTICOS. Con base en los comportamientos característicos de las ondas, y teniendo en cuenta que el sonido es una onda longitudinal, identifico los fenómenos de reflexión, refracción, difracción, e interferencia, para dar solución a los siguientes enunciados. 1.) Cambio de dirección del sonido, cuando choca con un obstáculo… (

).

2.) Superposición de los movimientos de los sonidos presentes en una misma región

del espacio… (

).

3.) Cambio de velocidad que experimenta el sonido al cambiar de medio… (

).

4.) Desdoblamiento que experimenta el sonido alrededor de un obstáculo… (

).

► En un apartamento dos personas hablan; las personas se encuentran en cuartos diferentes. Debo analizar cada una de las afirmaciones colocando (F) para falso, y (V) para verdadero: 5.) Las personas se escuchan lo que hablan debido a que el sonido se transmite por

reflexión de pared a pared… (

).

6.) Se escuchan por transmisión a través de las paredes… (

)

7.) Se escuchan porque al llegar el sonido a cada puerta, éstas se convierten en

centros productores de ondas… (

).

8.) El sonido como cualquier otra onda al chocar contra un obstáculo se refleja, el

sonido reflejado se llama eco… (

).

► Situación Problema: 9.) Un joven situado entre dos montañas a 15ºC, emite un sonido, luego si él percibe el primer eco a los 3 seg, y el segundo a los 5 seg. Podemos decir que A.) las montañas están separadas 340 metros. B.) las montañas están separadas 1360 metros. C.) las montañas están separadas 510 metros. D.) las montañas están separadas 850 metros. 54


RESUELVO LOS SIGUIENTES CASOS APLICANDO TUS HABILIDADES DE LA ARGUMENTACIÓN: CASO 1. ¿Qué está pasando? Al pasar la luz por el frasco con agua se refracta. Los rayos se desvían igual que una lente de aumento. Esta lente tiene una distancia focal muy pequeña, por lo que presenta las imágenes invertidas de los objetos que se encuentran un poco alejados del frasco.

¿Qué ocurre si aleja o acerca los objetos al frasco? __________________________________ ____________________________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ CASO 2. Montaje: Se coloca la moneda en el fondo del vaso vacío tal como se indica en la figura A. La luz que sale de la moneda se transmite en línea recta e incide en el ojo. Al bajar un poco la posición del ojo, la moneda desaparece. Al llenar el vaso con agua, la moneda aparece de nuevo (figura B).

AGUA

¿Qué sucede? Sustente. _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ ____________________ ______________________________________________________________________ _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ ____________________

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FASE AFECTIVA ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO

Las sensaciones percibidas por nuestro oído nos sugieren que existen diferentes características del sonido. Una guitarra, por ejemplo, produce diferentes notas musicales. Algunas notas, las producidas por las cuerdas más delgadas, son percibidas como más agudas. Entre las características más conocidas, para los diferentes sonidos, tenemos: el tono, la intensidad, y el timbre.

1.) Al producir dos veces la misma nota en una guitarra al pulsar la misma cuerda cada vez con diferente intensidad, ¿Será que encontramos alguna diferencia entre los dos sonidos producidos?, ¿Por qué? ______________________________________________________________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ 2.) Si en lugar de utilizar una guitarra, utilizamos además una flauta y producimos la misma nota, con los dos instrumentos, ¿Encontramos alguna diferencia entre los sonidos producidos? ____________________________________________________ __________________ _________________________________________________ _____________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ 56


PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas respecto a las cualidades del sonido.

INDICADORES DE DESEMPEÑO: Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con acústica y óptica.

TONO También conocido como altura de un sonido, nos permite decir cuando un sonido es alto o agudo, y cuando es bajo o grave. El tono depende de la frecuencia. A un tono alto corresponde una frecuencia alta, quiere decir que el sonido es más agudo, y a un tono bajo una frecuencia menor, es decir el tono es grave.

TIMBRE Cualidad que nos permite distinguir de donde proviene el sonido. El timbre depende de la fuente emisora y de la forma de la onda. Si dos objetos diferentes emiten simultáneamente sonidos del mismo tono e intensidad podemos diferenciar el sonido producido por cada uno.

INTENSIDAD Cualidad que nos permite oír a mayor o menor distancia. La intensidad depende de la distancia del observador, la amplitud de vibración y la masa vibrante. Esta cualidad nos permite diferenciar un sonido fuerte de uno débil (grito – susurro). Relación útil, donde A área del frente de onda, P potencia, I intensidad: I = . P (watios); A (cm 2), siendo A = 4 R2 superficie de la esfera de radio R.

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La intensidad física está relacionada con la cantidad de energía que transporta la onda sonora, en la unidad de tiempo, a través de la unidad de superficie, tomada perpendicularmente a la dirección en que se propaga, donde: I = ; además P = , con esto podemos concluir que I = , siendo t tiempo, y E energía. La intensidad física se mide en watios (W) por metro cuadrado es decir (W/m2). La intensidad auditiva, corresponde a la sensación percibida por nuestro oído, depende de la intensidad física y de otros factores característicos de nuestro aparato auditivo. La intensidad auditiva B que produce un sonido determinado será proporcional al logaritmo decimal de la relación entre la intensidad física I del sonido que se quiere medir y la intensidad Io del sonido mínimo audible para el hombre, o sea: B = log , donde Io = 10-12 W/m2 ó Io = 10-16 W/cm2. La cantidad B se suele llamar nivel de intensidad del sonido. El nivel de intensidad de un sonido se mide en bels (b) ó en decibeles (db); por lo tanto: B = log b, ó B = 10 log db.

1.) Puesto que para las ondas se cumple que V = λ.f; la longitud de onda de la nota música la, cuya frecuencia es 425Hz, siendo la velocidad del sonido 340m/seg, es A.) 0,8m B.) 1,25m C.) 1,25Hz D.) 0,8Hz.

► Respondo las preguntas 2 y 3, de acuerdo con la siguiente info rmación: Una fuente sonora emite una potencia de 0,157W. 2.) La intensidad que se percibe a 5 metros de distancia de la fuente en W/m 2, es A.) 0,5X10-4W/m2 B.) 5X10-4W/m2 C.) 0,5X10-5W/m2 D.) 5X10-5W/m2 3.) El nivel de intensidad a tal distancia en decibeles (db), es A.) 8,7db B.) 8,7b C.) 86,99db D.) 86,99b.

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4.) Una fuente Sonora produce una potencia acústica de 2 x 10-2 W, al realizar la búsqueda de la intensidad de este sonido a una distancia de 10 metros, nos resulta. A.) 5X10-4W/m2. B.) 5X104W/m2. C.) 0,5X10-4W/m2. D.) 0,5X104W/m2. 5.) Como B = log b, ó B = 10 log db. ¿Cuál es la intensidad física de un sonido que tiene una intensidad auditiva igual a 4b? A.) 10-8W/m2. B.) 10-16W/m 2. C.) 108 W/m2. D.) 1016 W/m2. 6.) Si el sonido de la nota musical Re tiene una intensidad física de 0,5x10 -4W/m2, podemos determinar el nivel de intensidad B, no olvide que la intensidad del sonido mínima audible es de 10 -12W/m2, por tanto nos resulta. A.) B = 769,89 db. B.) B = 76,99 b. C.) B = 76,99 db. D.) B = 769,89 b. 7.) Al determinar aproximadamente, la intensidad física I, de un sonido que tiene un nivel de intensidad de 28 decibeles, podemos concluir que su valor es A.) 6,31X10-10 W/m2. B.) 63,1X10-10 W/m2. C.) 6,31X1010 W/m2. D.) 63,1X1010 W/m2. 8.) Si la intensidad de un sonido es el triple de la intensidad del sonido mínimo audible por el hombre, ¿Cuál es su nivel de intensidad? A.) 47,7 db. B.) 47,7 b. C.) 4,77 db. D.) 4,77 b.

59


GUÍA – TALLER N° 15


FASE AFECTIVA ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN FUENTES SONORAS Una fuente de sonido es todo cuerpo vibrante capaz de producir ondas elásticas en el medio que lo rodea. Fuentes sonoras de ondas sonoras son las cuerdas y los tubos sonoros.

► Expresa ejemplos del diario vivir de cuerdas sonoras, y de tubos sonoros. ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ ______________________________________________________________________ ____________________________________________________ __________________

PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas respecto a las fuentes sonoras. INDICADORES DE DESEMPEÑO: Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con acústica y óptica. CUERDAS SONORAS

Cuando se hace que la cuerda vibre, se producen en ella ondas estacionarias debidas a la interferencia que tiene lugar, entre ondas que avanzan en sentidos opuestos (ondas 60


incidentes y ondas reflejadas), con la particularidad de que cada uno de los extremos se encuentra un nodo, y en la parte central de la cuerda se forma un vientre. Cuando la cuerda vibra de esta forma con una frecuencia (f 1) se le denomina primer armónico o fundamental. En la misma cuerda se puede producir una onda estacionaria con tres nodos; la frecuencia f 2 correspondiente a esta segunda vibración, será dos veces mayor que la primera, y se denomina segundo armónico, donde f 2=2.f 1, en consecuencia resulta que f 3 = 3.f 1, f 10 10 = 10.f 1… donde f n = n.f 1 con n = 1, 2, 3,… De acuerdo con la ecuación de velocidad de propagación de las ondas, se tiene que V=λ.f Cuando se produce la frecuencia correspondiente al primer armónico en la longitud de la cuerda se produce media longitud de onda, es decir L = , por tanto resulta f 1 = , para n = 1. En general f n = Como V =

.

, entonces fn = .

.

►Responda las preguntas 1 a 3, de acuerdo con la siguiente información: Si una cuerda de una guitarra tiene 0,5m de longitud, una masa de 0,004kg, la tensionamos con una fuerza de 20N. 1.) El valor de la masa por unidad de longitud , que expresa el cociente entre la masa y la longitud de la cuerda, es A.) 0,8X10-3kg/m. B.) 8,0x10-3kg/m. C.) 0,8x103kg/m. D.) 8,0x103kg/m. 2.) La velocidad V aproximadamente que adquiere la cuerda, está representada por A.) 50m. B. 50cm. C. 5,0m. D. 5,0cm. 3.) Los valores de la frecuencia fundamental f 1 o primer armónico, y la frecuencia del tercer armónico f 3, respectivamente son: A.) 50Hz. B. 500seg-1. C. 5,0Hz. D. 5,0seg -1. 4.) ¿Qué variación experimenta la frecuencia con que vibra una cuerda, si la tensión a que está sometida se cuadruplica? A.) f 2 = f 1. B.) f 2 = .f 1. C.) f 2 = 2.f 1. D.) f 2 f 1. 5.) Se desea triplicar la frecuencia de una cuerda, para ello debemos A.) reducir la longitud de la cuerda a la tercera parte. B.) triplicar la tensión aplicada a la cuerda. C.) aumentar nueve veces la tensión aplicada a la cuerda. D.) duplicar la longitud longitud de la cuerda. 6.) ¿Cuál debe ser la tensión de una cuerda de 1,2 metros de longitud y de 4x10 -2 kg/m por unidad de longitud, para que emita un sonido fundamental de 60H? A.) La tensión es equivalente a 829,44N. B.) La frecuencia es equivalente a 829,99Hz. C.) La tensión es equivalente a 57,6N. D.) La frecuencia es equivalente a 57,6Hz. 61


7.) Al reducir a la mitad la longitud de una cuerda de guitarra, podemos decir que A.) La frecuencia resultante es el doble de la frecuencia inicial. B.) La frecuencia resultante es la mitad de la frecuencia inicial. C.) La tensión resultante es el doble de la tensión tensión inicial. D.) La tensión resultante es la mitad de la tensión inicial. 8.) Una cuerda vibra en su primer armónico con una frecuencia de 25Hz, entonces podemos deducir que la frecuencia del cuarto armónico, si se reduce la longitud a la mitad y se duplica la tensión, es: A.) 20,0 Hz. B.) 20 200,0 Hz. C.) 100,0 Hz. D.) 10,0 Hz.

TUBOS SONOROS Son cavidades que contienen aire y producen sonido al hacer vibrar las moléculas encerradas; existen dos tipos, ellos son: tubos abiertos, y tubos cerrados. TUBOS ABIERTOS

Son aquellos que tienen dos orificios, uno en la entrada del aire y otro de salida del aire, donde L =

, con n = 1, 2, 3,…

La ecuación presenta una estructura semejante a las cuerdas donde f =

, con V velocidad del sonido V = 340m/seg.

TUBOS CERRADOS Son aquellos que tienen un solo orificio de entrada y salida del aire, en general resulta que L =

, n = 1, 3, 5 ,…, serie armónica

para tubos cerrados, luego la ecuación resulta que f =

.

1.) La longitud L, que debe tener un tubo abierto, para que el sonido fundamental o primer armónico sea de una frecuencia igual a 42,5 Hz, es de A.) 4 metros. B.) 2 metros. C.) 0,4 metros. D.) 0,2 metros. 2.) La frecuencia del quinto armónico de un tubo cerrado de 50cm de longitud, es A.) 850 seg-1. B.) 8,5 seg-1. C.) 1,18X10-3 seg-1. D.) 11,8X10-3 seg-1. 62


► Responda las preguntas 3 y 4, teniendo en cuentan la siguiente información: Un tubo abierto de 2,5 metros de longitud. 3.) La frecuencia del primer armónico y la frecuencia del tercer armónico respectivamente son: A.) 68 seg-1 y 204 seg -1. B.) 68 seg-1 y 204 seg -1 C.) 6,8 seg-1 y 20,4 seg-1 D.) 6,8 seg y 20,4 seg. 4.) La longitud de onda del sonido fundamental, y del tercer armónico respectivamente son: A.) 0,5 m, y 1,67 m. B.) 5 m, y 16,67m. C.) 5 m, y 1,67 m. D.) 0,5 m, y 16,67 m. 5.) Dos tubos de igual longitud, el uno abierto y el otro cerrado, emiten su sonido fundamental, ¿En qué relación están sus frecuencias? A.) la relación es 2:1. B.) la frecuencia del tubo abierto es la mitad de la frecuencia del tubo cerrado. C.) la frecuencia del tubo cerrado cer rado es el doble de la frecuencia del tubo abierto. D.) la relación es 2:1. 6.) Un tubo abierto y uno cerrado emiten la misma frecuencia del tercer armónico. Si la longitud del tubo abierto es de 1 metro, podemos concluir que la longitud del tubo cerrado, es A.) el doble de la longitud del tubo abierto. B.) de la longitud del tubo abierto. C.) igual a la longitud del tubo abierto. D.) mayor que la longitud del tubo abierto.

► Un tubo tiene una longitud de 80 centímetros, se desea encontrar la longitud de onda de su quinto armónico. 7.) Si el tubo es abierto, podemos decir que: A.) la longitud de onda del quinto armónico de 3,2 m. B.) la longitud de onda del quinto armónico de 0,32 m. C.) la longitud de onda del quinto armónico de 3,2 cm. D.) la longitud de onda del quinto armónico de 0,32 cm. 8.) Si el tubo es cerrado, podemos decir que: A.) la longitud de onda del quinto armónico de 6,4 m. B.) la longitud de onda del quinto armónico de 0,64 m. C.) la longitud de onda del quinto armónico de 6,4 cm. D.) la longitud de onda del quinto armónico de 0,64 cm. 9.) La frecuencia del sonido fundamental o del primer armónico dado por un tubo tubo abierto es 275 Hz, podemos deducir ampliamente que A.) la frecuencia del segundo armónico es 137,5 Hz. B.) la frecuencia del segundo armónico es 550 Hz. C.) la frecuencia del segundo armónico es 687,5 Hz. D.) la frecuencia del segundo armónico es 275 Hz.

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GUÍA –TALLER N° 16.



Seguramente has notado que cuando una fuente sonora se acerca, el sonido que percibes es diferente al sonido que escuchas cuando la fuente se aleja. Cuando la fuente está cerca e sonido es más intenso, y cuando está lejos el sonido es menos intenso. La frecuencia del sonido percibido generalmente es diferente a la del sonido emitido debido al movimiento relativo al aire de la fuente o el observador o ambos.

1.) Observa muy bien el gráfico 1, e interpreta, ¿Qué sucede respecto a la frecuencia percibida por el observador? _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ 2.) Observa muy bien el gráfico 2, e interpreta, ¿Qué sucede respecto a la frecuencia percibida por el observador? ____________________________________________ _____________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ 64


PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para la búsqueda de solución de las situaciones problemas con respecto a efecto Doppler.

INDICADORES DE DESEMPEÑO: 1. Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a efecto Doppler. 2. Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos efecto Doppler.

EFECTO DOPPLER Para el análisis consecuente de las situaciones problemas, la relación existente entre la frecuencia emitida por una fuente y la percibida por el receptor, cuando uno se mueve con respecto al otro sobre la línea recta que los une, siendo: V: velocidad del sonido, V = 340 m/seg. Vo: velocidad del observador respecto del medio. Vf : velocidad de la fuente respecto al medio. f: la frecuencia propia de la fuente. f o: la frecuencia percibida por el observador. No olvidar que el efecto Doppler es la variación de frecuencia respecto a la posición relativa de la fuente y el observador, por tanto la ecuación general resulta como:

f o = f.(

).

De la ecuación general anterior se presentan 8 casos, ellos son: 1.) f o = f. ( ), el observador se acerca a la fuente y ésta en reposo. 2.) f o = f. (

), el observador se aleja de la fuente y ésta en reposo.

3.) f o = f. (

), la fuente se acerca al observador y éste en reposo.

4.) f o = f. (

), la fuente se aleja del observador y éste en reposo.

5.) f o = f. (

), el observador y la fuente se acercan entre sí.

6.) f o = f. (

), el observador y la fuente se alejan entre sí.

7.) f o = f. (

), el observador moviéndose hacia la fuente y ésta en el mismo

sentido (hacia la derecha). 8.) f o = f. (

), la fuente moviéndose hacia el observador y éste en el mismo

sentido (hacia la izquierda).

65


► Respondo las pregu ntas 1 y 2, de acuerdo a la siguiente información: Una ambulancia se acerca a un acantilado como lo muestra el gráfico, y se aleja del observador con velocidad de 16,5 m/seg. 1.) El conductor hace funcionar la sirena que emite un sonido de 400 seg -1, entonces la frecuencia percibida por el observador del sonido que proviene directamente de la ambulancia, es A.) 38,0 seg-1. B.) 380 seg-1. C.) 420 seg-1. D.) 42,0 seg-1. 2.) Si el conductor hace funcionar nuevamente la sirena que emite un sonido de 380 seg-1, podemos decir ahora que la frecuencia percibida por el observador del sonido reflejado en el acantilado, es A.) 399,38Hz. B.) 361Hz. C.) 39,94Hz. D.) 36,1Hz. 3.) ¿Con qué velocidad debe moverse hacia la fuente en reposo un observador para percibir una frecuencia que sea el triple de la emitida por la fuente? A.) 1360m/seg. B.) 340m/seg. C.) 680m/seg. D.) 1020m/seg. 4.) Una fuente sonora que emite un sonido de 400seg -1, se acerca con una velocidad de 20m/seg hacia l un observador que se encuentra en reposo, luego la frecuencia detectada por el observador, es A.) 425Hz. B.) 376Hz. C.) 450Hz. D.) 340Hz.

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5.) Una persona percibe que la frecuencia del sonido emitido por un tren es 315Hz cuando se acerca el tren y de 350Hz cuando se aleja. La velocidad del tren, es A.) 17, 89 m/seg B.) 178, 9 m/seg. C.) 0, 06 m/seg.

D.) 0, 6 m/seg.

6.) Un tubo abierto tiene una longitud de 1,70 metros, se puede dedurcir logicamente apoyados en el proceso matemático que A.) la frecuencia del sonido del cuarto armónico emitido es 400Hz. B.) la frecuencia del sonido del tercer armónico emitido es 400Hz. C.) la frecuencia del sonido del segundo armónico emitido es 400Hz. D.) la frecuencia del sonido del primer armónico emitido es 400Hz. 7.) El nivel de intensidad de un sonido cuya intensidad física es de 10 -6 W/m2, es A.) 10-6 b. B.) 10-6 db. C.) 60 db. D.) 60 b. 8.) Una ambulancia viaja hacia una montaña con una velocidad de 72 km/h, y hace sonar la sirena recibiendo el eco a los dos segundos. Podemos decir entonces que A.) la distancia a que se encuentra la ambulancia de la montaña es de 20 metros. B.) la distancia a que se encuentra la ambulancia de la montaña es de 320 metros. C.) la distancia a que se encuentra la ambulancia de la montaña es de 360 metros. D.) la distancia a que se encuentra la ambulancia de la montaña es de 340 metros. 9.) Si un observador se acerca a una fuente sonora que se encuentra en reposo, podemos asegurar que A.) el observador percibe el sonido con una frecuencia adicional. B.) el observador percibe el sonido con un acortamiento en la longitud de onda. C.) la frecuencia percibida es la misma que si el observador y la fuente estuvieran en reposo. D.) la frecuencia del sonido percibido es igual que si el observador estuviera en reposo y la fuente acercándose hacia éste. 10.) Una fuente sonora que se encuentra en reposo emite un sonido de 280 seg -1. Una persona se acerca hacia la fuente con una velocidad de 8,5 m/seg. Se concluye que A.) la frecuencia percibida por el observador es de 287 seg -1. B.) la frecuencia percibida por el observador es de 28,7 seg -1. C.) la frecuencia percibida por el observador es de 273,17 seg -1. D.) la frecuencia percibida por el observador es de 27,317 seg -1.

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GUÍA-TALLER N° 17.

Semana número ___ del ___ al ___ de______________________ de 20___ (3 horas / semana) FASE AFECTIVA

SISTEMAS DE RESONANTES Los tubos sonoros cerrados en uno de sus extremos y abiertos en el otro, conocidos como tubos cerrados son sistemas resonantes, cuya frecuencia propia depende de su longitud y de la velocidad de propagación del sonido. En un tubo se pueden producir varias frecuencias llamadas armónicos, una de ellas conocida como la fundamental o primer armónico, se determina mediante la expresión f = , siendo L la longitud del tubo, V la velocidad del sonido. En esta práctica de laboratorio, nos proponemos determinar la velocidad del sonido, utilizando un diapasón y un tubo cerrado. Además estudiaremos la resonancia acústica producida por dos diapasones.

, siendo n = 1, 3, 5,… armónicos, L la longitud del tubo, y V la velocidad del sonido. Para un tubo cerrado de 3X10 -1m. ¿Cuál sería su frecuencia fundamental, y la del tercer armónico?

1.) Sabiendo que con la expresión f n =

___________________________________________________________________ _________________________________________________ __________________ _________________________________________________ __________________ PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, y siga instrucciones precisas para dar solución a cada situación planteada en la experiencia sobre acústica.

INDICADORES DE DESEMPEÑO: 1. Formulo, y resuelvo situaciones aplicados en la experiencia sobre acústica. 2. Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos sobre acústica.

MATERIALES

► Manguera como lo ilustra el gráfico. ► Dos tubos abiertos en sus dos extremos. ► Un soporte como el gráfico. ► Pinza. ► Diapasón de frecuencia 440Hz (440 seg -1). INSTRUCCIONES

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1.) Debe armar el montaje ilustrado arriba en el gráfico. Es posible variar la longitud de la columna de aire, al cambiar la altura de la columna de agua, lo cual se logra al subir o bajar el tubo móvil. 2.) Toma el diapasón y hazlo vibrar en la posición que indica la gráfica. Al variar la longitud L de la columna de aire desde un mínimo, encontrarás que para determinado valor de ella se escucha un sonido intenso, es decir, se produce resonancia. 3.) Repita la experiencia varias veces para verificar el valor de la longitud a la cual se produce resonancia. 4.) Mida la longitud para la cual sucede la resonancia. 5.) Aumenta la longitud de la columna de aire y encuentra otras longitudes para las cuales se produce resonancia.

Para responder en el cuaderno: 1.) ¿Cómo puedes estar seguro que cuando empiezas a aumentar la longitud del tubo, la primera frecuencia que percibes es la fundamental o del primer armónico? 2.) A partir de la expresión para la frecuencia fundamental de resonancia de un tubo cerrado determino la velocidad del sonido. 3.) Construyo un diagrama (gráfico) que ilustre el comportamiento de las ondas cuando se produce la resonancia. 4.) Mis conclusiones de la práctica …

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HABILIDAD: Adquirir destreza en el manejo y ejecución de las pruebas, tipo ICFES, aplicadas en acústica, óptica, cualidades del sonido, fuentes sonoras, y efecto Doppler.

1.) Una cuerda, fija en sus extremos, vibra con dos husos (vientres) y con una frecuencia de 200 seg-1, al determinar la nueva frecuencia f´, si se quiere obtener tres husos en esta cuerda sin modificar la tensión.

Podemos asegurar entonces que: A.) f´ = 200seg-1. B.) f´ = 300seg-1. C.) f´ = 100seg-1. D.) f´ 250seg-1. 2.) Un estudiante pone a vibrar el aire contenido en una botella vacía, de altura L = 17cm, la botella es un tubo sonoro, en el cual se producen ondas estacionarias. En el fondo hay un nodo y en la abertura, un vientre; la frecuencia fundamental del sonido producido sería: A.) f = 500seg-1. B.) f = 300seg -1. C.) f = 250seg -1. D.) f = 150seg -1. 3.) Dos violines A y B, separados 6cm, emiten una nota musical de igual frecuencia. Un observador situado en O se desplaza hasta P, y la primera vez no oye los violines.

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Hay una frecuencia destructiva; por tanto PB – PA = , luego la frecuencia de la nota emitida por los violines es A.) f = 340Hz. B.) f = 170Hz. C.) f = 85Hz. D.) f = 34Hz. 4.) Sea una fuente sonora de frecuencia 400seg -1, que se acerca a un observador inmóvil con una velocidad de 68m/seg. La frecuencia que percibe el observador, está dada por: A.) f o = 250seg-1. B.) f o = 500seg-1. C.) f o = 25seg-1. D.) f o = 50seg-1. 5.) Un observador y un foco sonoro de frecuencia 350seg -1 se acercan entre sí, con velocidad de 68m/seg cada uno, entonces la frecuencia percibida, es A.) f o = 525Hz. B.) f o = 52,5Hz. C.) f o = 233,33Hz. D.) f o = 2333,3Hz.

►Responda las preguntas 6 A 9, de acuerdo a la siguiente información: La frecuencia de resonancia fundamental o del primer armónico de una cuerda de 4,5x10-1 metros de longitud, es de 360seg -1 cuando la tensión es de 80,5 Newton. 6.) Podemos concluir respecto a la velocidad de las ondas en la cuerda, que es: A.) es igual a la velocidad del sonido a 15°C, es decir 340m/seg. B.) es mayor que la velocidad del sonido a 15°C. C.) es exactamente igual a 324m/seg. D.) es menor que 300m/seg. 7.) La longitud aproximadamente, que debe tener un tubo abierto para que la frecuencia del primer armónico sea igual a 360seg -1 cuando la temperatura es de 15°C, es: A.) 0,47m. 71


B.) 2,12m. C.) 4,7m. D.) 21,2m. 8.) Conocida la longitud del tubo abierto del problema anterior, podemos deducir el valor del tercer armónico para tal tubo, siendo: A.) 1,09 seg-1. B.) 1085,11 seg-1. C.) 10,85 seg-1. D.) 0,11 seg-1. 9.) ¿Cuál debe ser la longitud de un tubo cerrado si se desea la misma frecuencia fundamental? A.) 2,36m. B.) 23,6m. C.) 0,236m. D.) 236m.

► Si una fuente sonora emite con una potencia de 7x10-2W. El área de la esfera se determina por 4 r 2, siendo = 3,14. Contesta las preguntas 10 y 11. 10) Podemos decir que la intensidad que se percibe a 5 metros de distancia de la fuente, es A.) 2,23X10-4W/m2. B.) 0,223X10-4W/m2. C.) 22,3x10-4W/m2. D.) 223X10-4W/m2. 11.) Conocida a 5 metros de distancia la intensidad, que se percibe de la fuente, se concluye que el nivel de intensidad a tal distancia, es A.) 8,348db. B.) 83,48db. C.) 834,8db. D.) 8348db. 12.) El tono de un sonido, está relacionado con: A.) la rapidez. B.) la amplitud. C.) la frecuencia. D.) la diferencia de fase.

► Responda las preguntas 13 y 14 de acuerdo con la siguiente información: Objeto a 25cm de un espejo cóncavo de 20cm de distancia focal, con gráfico.

72


13.) La posición de la imagen (distancia imagen-espejo) es: A. B. C. D.

100 cm. 0,01 cm. 10 cm. 0,1 cm.

14.) Puesto que di es mayor que cero, se obtiene una imagen. A. B. C. D.

Real, menor e invertida. Real, derecha y mayor. Real, mayor e invertida. Real, derecha y menor.

15.) Para do = 24cm, Hi = 4Ho, en un espejo cóncavo con imagen real cuatro veces mayor; la distancia imagen espejo y la distancia focal f respectivamente, es. A. B. C. D.

96 cm 96 cm 24 cm 24 cm

y y y y

1,92 cm. 19,2 cm. 1,92 cm. 19,2 cm.

16.) ¿Cuál debe ser la longitud de un tubo abierto para que el sonido del tercer armónico tenga por frecuencia 255 seg-1? A.) la longitud del tubo abierto es 2 m. B.) la longitud del tubo abierto es m. C.) la longitud del tubo abierto es 20 m. D.) la longitud del tubo abierto es m. 17.) ¿Qué longitud de onda corresponde para una onda sonora cuya frecuencia es de 17000 vib / seg y se propaga con una velocidad de 340m/seg? A.) la longitud de onda B.) la longitud de onda C.) la longitud de onda D.) la longitud de onda

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, es 0,2 m. , 2x10-2 m. , 2 m. , 0,2x10 m.



Semana número ___ del ___ al ___ de_____________ de 20___ (9 horas- 3 semanas) ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN LOS ESPEJOS PLANOS Y ESFÉRICOS

Al observar el gráfico, ∆POQ y ∆P´OQ son triángulos congruentes, y las dist ancias PQ y P´Q son igu ales, po r tanto pod emo s con cluir qu e la distan cia entre la imagen de un objeto y el espejo plano que la pro duce, es igual a la distancia entre el objeto y el espejo. La distancia dl ob jeto al espejo lo denotamo s p o r d o , y la distancia de la imagen al espejo es d i , entonc es d o = d i . A l t o m a r h o co m o tam añ o d el o bje to , y h i tam añ o d e la im agen , resu lta q ue h o = h i . En los espejos planos se prod uce imagen virtual. Los espejos qu e no son p lanos, co mo los esfé ricos , prop orc ionan imágenes disto rsion adas, en cu anto a la form a y el tam añ o r eal de los ob jeto s refl ejado s en ellos . Dentro d e los espejos es fé ricos po dem os d isting uir do s clases: Cóncavo s y los Convexos . Los p rimeros, poseen la sup erficie reflectante en la parte interior del casq uete esfé rico , mientras q ue en lo s co nvex os en la parte exterior d el mis m o.

►Considero un farol cuyo bombillo está situado a 4 metros del suelo y un pequeño espejo colocado horizontalmente en el suelo a 3 metros del pie del farol. ¿A qué distancia del espejo debe colocarse un joven que tiene los ojos a 1,80 m del suelo para que pueda ver la imagen del bombillo reflejada en el espejo? _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 74


_________________________________ PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas, gráficos, problemas sobre los espejos y las lentes.

INDICADORES DE DESEMPEÑO: 1. Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a los espejos y lentes. 2. Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos sobre espejos y las lentes.



Campo del espejo: conjunto de puntos del espacio por los cuales pueden pasar los rayos luminosos que inciden en la superficie reflectora.



Centro de curvatura: punto del espacio equidistante de todos los puntos del espejo.



Radio de curvatura: distancia del centro de curvatura al espejo, simbolizado por r.



Vértice del espejo: punto medio del espejo.



Eje principal: llamado también eje óptico, recta que pasa por el centro de curvatura, el vértice del espejo y el foco.



Plano focal: plano perpendicular al eje principal situado a una distancia r/2 del espejo.



Foco: punto de intersección del plano focal y el eje principal.



Distancia focal: distancia que hay desde el foco hasta el vértice del espejo.

RAYOS NOTABLES EN UN ESPEJO ESFÉRICO Rayos notables en un espejo cóncavo 1.) Todo rayo que incide pasando por el centro de curvatura se refleja en la misma dirección. 3.) Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refleja pasando por el foco. 2.) Todo rayo que incide pasando por el foco se refleja paralelo al eje principal. 4.) Si dos rayos inciden paralelos, sus rayos reflejados se intersectan en el plano focal. 75


FÓRMULAS PARA LOS ESPEJOS ESFÉRICOS Llamaremos: d o : distancia d el objeto hasta el espejo. d i : distan cia de la imag en hasta el espejo. S o : d istancia objeto-foco. S i : distancia im agen-foco. H o : tam añ o o altu ra d el o bj eto . H i : tam añ o o altu ra d e la im agen .

Al interpretar el gráfico, resultan algunas proporciones lógicas de los triángulos semejantes, donde:

=

76

=

=


=

Según fórmula de Descartes, de la forma:

►Imágenes dadas por espejos cóncavos, al trazar los rayos, según corresponda: 1.) El objeto colocado entre el infinito y el centro de curvatura (d o r); se traza un rayo luminoso (r 1) que incide paralelo al eje principal, este rayo se refleja pasando por el foco. Se traza un segundo rayo (r 2) que incide pasando por el foco, éste se refleja paralelo al eje principal. Al intersecarse los rayos reflejados, produce

A.) una imagen real, menor e invertida. B.) una imagen real, mayor e invertida. C.) una imagen virtual, menor e invertida. D.) una imagen virtual, mayor e invertida. 2.) Al colocar un objeto en el centro de curvatura (do = r), se trazan los dos rayos luminosos que pasen por el objetos, uno que incide paralelo al eje principal y se refleje pasando por el foco, y el otro que pase por el foco y se refleje paralelo al eje principal. En el punto donde se cortan los rayos reflejados se formará una imagen A.) real, de igual tamaño e invertida. B.) virtual, menor e invertida. C.) real, menor e invertida. D.) virtual, de igual tamaño e invertida. 3.) Si colocamos ahora, el objeto entre el foco y el espejo (d o r), y trazamos 77

=

+

.

los dos rayos, éstos no se intersecan en ningún punto, pero al prolongar los rayos por detrás del espejo, se cortan formando una imagen

A.) virtual, derecha y mayor. B.) real, derecha y mayor. C.) real, invertida y menor. D.) virtual, invertida y menor. 4.) Utilizando la fórmula de Descartes en los espejos esféricos, con un objeto colocado a 25cm de un espejo cóncavo de 20cm de distancia focal, podemos concluir que la distancia imagen espejo es de A.) 100cm. B.) 500cm. C.) 10cm. D.) 50cm. 5.) Al calcular la distancia focal de un espejo cóncavo, si se sabe que de un objeto situado a una distancia de 24cm se obtiene una imagen real, cuatro veces mayor, entonces resulta una distancia focal de A.) 19,2cm. B.) 192cm. C.) 1,92cm. D.) 96cm. 6.) Para un objeto que se coloca a 12cm de un espejo convexo, de 8cm de distancia focal, no olvide que siendo el espejo convexo, la distancia focal es negativa por estar al otro lado del campo del espejo. Por tanto se obtiene una imagen virtual a una distancia de


A.) distancia imagen-espejo igual a 32cm. B.) distancia focal igual a 32cm. C.) distancia focal igual a 16cm. D.) distancia imagen-espejo igual a 16cm. 8.) La imagen que se obtiene de un objeto situado frente a un espejo plano, es A) mayor.

A.) – 48cm. B.) 48cm. C.) – 4,8cm. D.) 4,8cm. 7.) Si colocáramos un objeto a 0,4m de un espejo cóncavo y éste da una imagen real cuatro veces más grande, resulta entonces

B.) real. C.) Virtual. D.) Invertida.

REFRACCIÓN DE LA LUZ Muchos interesantes fenómenos ópticos son provocados por la refracción de la luz (cambio de velocidad) cuando cambia de medio de propagación. Existe una ley de la refracción, al analizar los gráficos dados a continuación, podemos deducir que:

En el gráfico 2, resulta Sen se deduce entonces que

1=

, Sen =

2

=

, por tanto

= , y puesto que λ = ,

.

La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, cuando la luz pasa de un medio uno a un medio dos es una constante, denotada por n. (primera ley de refracción). La segunda ley de la refracción, dice que el rayo incidente, el rayo refractado y la normal se encuentran en el mismo plano. La primera ley de refracción se conoce con el nombre de Ley de Snell. Cuando la luz pasa de un medio 1 a un medio 2, el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, que es constante se llama índice de refracción relativo del segundo medio respecto al primer medio (se simboliza n 21). n21 =

, o también n 21 = .

Si el primer medio por donde pasa la luz es el vacío o el aire como caso aproximado, donde la velocidad es C = 3x10 8m/seg, y el segundo medio es cualquier otro x; llamaremos índice de refracción absoluto del medio x al cociente entre las velocidades de la luz en los dos medio, es decir n x = , donde Vx, es la velocidad de la luz en el medio considerado, observa que nx 1, ya que C vx. 78


Al establecer la relación entre el índice de refracción relativo y el índice de refracción absoluto, obtenemos: = . Por tanto, n21 = .

►Respondo las preguntas 1 y 2, si un rayo luminoso que viene del aire incide en una lámina de vidrio, con el ángulo de incidencia de 48° y el de refracción 28°. 1.) El índice de refracción absoluto del vidrio donde n 1 = 1, es: A.) 1,2. B.1,58. C.1. D. 0,63. 2.) La velocidad con que se propaga la luz en este medio V 2, es A.) 1,5X108m/seg B. 1,9x108m/seg B.) 3x108m/seg

C. 4,76x108m/seg.

Una lente es un cuerpo transparente delgado limitado por superficies esféricas o planoesféricas. Las lentes han sido los instrumentos ópticos que más ayuda han presentado a la investigación, desde las grandes profundidades en el firmamento hasta los diminutos microorganismos han podido ser observados gracias a las lentes.

ELEMENTOS DE UNA LENTE 

Centro de curvatura: son los centros C1, y C2 de las esferas a las que pertenece cada una de las caras de la lente.



Radio de curvatura: son los radios r 1 y r 2 de las esferas a las cuales pertenece cada una de las caras.



Eje principal: es la recta que pasa por los centros de curvatura.



Planos focales: plano que contiene los puntos donde convergen los rayos refractados cuando estos inciden paralelos. Si la lente es divergente en el plano focal están los puntos de intersección de las prolongaciones de los rayos refractados que inciden paralelos.



Focos: puntos del eje principal colocados en el punto focal.

OBSERVACIÓN De acuerdo con la dirección que siguen los rayos refractados cuando la luz pasa a través de la lente, estos se pueden clasificar en dos grandes grupos: Uno de ello es la lente Convergente, y el otro la lente Divergente. 79


Lente Convergente: tiene más gruesa la parte central que sus extremos, mientras que las lentes divergentes tienen más angosta esta parte.

RAYOS NOTABLES EN UNA LENTE

PARA LENTES CONVERGENTES 1.) Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refracta pasando por el foco.

2.) Todo rayo que incide pasando por el foco se refracta paralelo al eje principal.

3.) Todo rayo que pasa por el centro óptico se refracta sin sufrir desviación.

4.) Cuando dos rayos inciden paralelos, los rayos refractados se intersecan en el plano focal.

80


1.) Trazo el gráfico representativo, cuando un objeto está situado a dos veces la distancia focal, d o = 2f. Su imagen debe ser real, invertida y de igual tamaño (igual altura). ____________________________________________________ ____________ ____________________________________________________ ____________ ____________________________________________________ ____________ 2.) Trazo el gráfico representativo, cuando un objeto está situado entre el foco y el doble de la distancia focal, es decir f d o 2.f. Su imagen debe ser real, invertida y mayor (de mayor altura). ____________________________________________________ ____________ ____________________________________________________ ____________ ____________________________________________________ ____________ ________________________________________________________________

FÓRMULAS PARA LAS LENTES CONVERGENTES

En el gráfico, se ha considerado un objeto situado a una distancia mayor que la distancia focal de una lente convergente; y los términos o elementos, son los mismos que en los espejos. Por tanto resultan las siguientes proporciones entre los triángulos semejantes que se forman a ambos lados de la lente, esto es:

=

= =

81


=

►Respondo las preguntas 1 y 2, si a 30cm de distancia de una lente convergente delgada, cuya distancia focal es de 25cm, se ha colocado un objeto de 1 cm de alto. 1.) La posición d i de la imagen, es de A.) 300cm B.) 150cm C.) 30cm D.) 15cm. 2.) El tamaño o altura de la imagen resultante, aplicando la proporción:

=

, es de

A.) 50cm B.) 5cm C.) 10cm D.) 1cm.

► De un objeto situado a 12cm de una lente convergente se obtiene una imagen de tamaño doble, ver gráfico pág 88 izquierda arriba. 3.) Como la imagen es virtual, entonces la distancia de la imagen d i es A.) 24cm B.) – 24cm C.) 12cm D.) – 12cm. 4.) Al utilizar la fórmula de Descartes, al encontrar la distancia focal f, se concluye que A.) f = - 24cm B.) f = 24cm C.) f = 12cm D.) f = - 12cm. 5.) Cuando f 0 y di 0, se puede inferir que A.) la lente es convergente, y la imagen real. B.) la lente es convergente, y la imagen es virtual. C.) la lente es divergente, y la imagen es real. D.) la lente es divergente, y la imagen es virtual. 6.) Cuando tenemos una lente divergente, de su distancia focal, podemos decir que A.) es mayor que cero B.) es menor que cero C.) es igual a cero D.) es igual a 1. 82


7.) La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en un medio refrigente define A.) la viscosidad del medio. B.) el índice de refracción absoluto del medio. C.) el ángulo límite del medio. D.) la densidad del medio. 8.) La lente mostrada en siguiente gráfico, es

A.) Divergente. B.) Convergente. C.) Biconvexa. D.) Bicóncava CONCLUSIONES DEL DESARROLLO DE ESTA TEMÁTICA.

¿QUÉ APREHENDISTE A HACER?

83


GUÍA TALLER Nº 22.


FASE AFECTIVA POSTULADOS DE LA RELATIVIDAD La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas, las ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman Ondas Electromagnéticas, es decir, la luz es una radiación electromagnética. La teoría de la relatividad se divide en dos partes: la teoría especial de la relatividad, en la que se consideran las leyes de la física para observadores que se mueven con velocidad constante unos con respecto a otros y la teoría general de la relatividad, en la cual se consideran observadores en movimiento relativo acelerado. Los postulados básicos de la teoría de la relatividad de Albert Eistein, fueron dos. Esta famosa teoría experimental, presentada en 1905, cuando tenía tan sólo 26 años de edad; fueron compatibles con todos los hechos experimentales conocidos, y los enunció así: POSTULADO Nº 1: La velocidad c que se mide de la luz en el vacío siempre es la misma aproximadamente c = 3x10 8 m/seg, sin importar a qué velocidad se están moviendo la fuente de luz o el observador. POSTULADO Nº 2: No se pueden medir velocidades absolutas. Únicamente se pueden determinar velocidades relativas respecto a algún otro cuerpo. No olvide que estos postulados, no es posible comprobarlo directamente. Al interpretar interpretar el segundo segundo postulado, postulado, es fácil medir las velocidades velocidades relativas de los cuerpos, ya que el velocímetro de un automóvil nos arroja la velocidad en relación con la carretera, y por supuesto ésta no es una velocidad absoluta, por tanto podemos establecer a qué velocidad se mueve un cuerpo con relación a otro.

1.) Grafico los siguientes pensamientos. P 1: Según los postulados de Eisntein, la velocidad de la luz en el vacío experimentalmente mide 3x10 8 m/seg, mientras que la velocidad del sonido en el aire a 15ºC tiene un valor de 340 m/seg.

84


P 2 2: La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas, las ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman Ondas Electromagnéticas, es decir, la luz es una radiación electromagnética.

P 3: Según Einstein en 1905, las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que se mueven a velocidad constante unos respecto a otros.

P 3: Segundo postulado por Albert Einstein, la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores en todas las direcciones, independientemente del estado de reposo o de movimiento tanto del observador como de la fuente.

2.) Expreso la velocidad de la luz de c = 3x10 8 m/seg, en km/seg.

PROPÓSITO EXPRESIVO: ► Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas, gráficos, problemas de la relatividad y la velocidad de la luz. INDICADORES DE DESEMPEÑO: ► Realizo lectura comprehensiva e interpreto textos relacionados con la acústica y óptica.

85


Antes de 1900, la física estaba dividida en campos: mecánica, termodinámica, electricidad, magnetismo y óptica. Hacia 1900, los físicos trataron de unificar esos diferentes campos, mostrando que los fenómenos térmicos podían tener interpretación mecánica; logrando además que la electricidad, el magnetismo y la óptica eran aspectos diferentes de la teoría electromagnética. Se afirma que toda la física estaba comprendida dentro de las dos grandes teorías: mecánica y electromagnética. Utilizando los postulados de Eisntein, se pureed afirmar que: Ningún cuerpo material pureed ser acelerado a velocidades que excedan a la velocidad de la luz en el vacío. Nada que porte energía podrá acelerarse a la velocidad de la luz. En la ausencia de un sistema de referencia y la constancia de la velocidad de la luz, nació la teoría de la relatividad especial: Postulado de la Relatividad: Todos los fenómenos de la física se presentan de la misma manera en todos los sistemas con movimiento uniforme, enunciado por Galileo, para la mecánica, que luego lo amplia Eisntein en toda la física, donde el postulado establece que es imposible determinar por medidas físicas si un sistema de coordenadas está en reposo o posee un movimiento uniforme; lo único que se sabe es que el uno se mueve con respecto al otro. El postulado de la constancia de la velocidad de la luz, expresa que la velocidad de la luz en el vacío tiene el mismo valor independientemente de la velocidad del observador y de la velocidad de la fuente. El valor de la velocidad de la luz en el vacío fue incluida oficialmente en el Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983, 1983, pasando así el metro a ser una unidad derivada de esta constante. Se llama luz (del latín (del latín lux , lucis) lucis) a la radiación la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo el ojo humano. En humano. En física, física, el el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro el espectro electromagnético, mientras electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota visible denota la radiación en el espectro el espectro visible. Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de 300.000 km/s, que se conoce como "velocidad de la luz en el vacío" y se simboliza con la letra c. (c = 300.000 km/s). La velocidad de la luz al propagarse a través de la materia es e s menor que a través del vacío y depende de las propiedades dieléctricas del medio y de la energía de la luz. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio cualquiera se denomina índice denomina índice de refracción del medio :

Para que su anterior teoría de la relatividad especial abarcase también los fenómenos gravitatorios, Albert Einstein, Einstein, entre 1907 y 1915 desarrolló la teoría de la relatividad general. Una general. Una de las principales conclusiones de esta teoría es que la propagación de la luz está influenciada por la gravedad, gravedad, representada en la teoría por el potencial gravitatorio Φ, descrito por

Donde G es la Constante la Constante de gravitación universal, M la la masa y R el el radio del cuerpo. Albert Einstein, por ser el autor de la Teoría la Teoría de la Relatividad Especial (1905) y de la Teoría General de la Relatividad (1915), justifica sobradamente que esté considerado como el científico más importante del siglo XX, y una de las figuras más influyente de la Historia de la Ciencia. 86


En conclusión: 1.) Las leyes que describen los cambios de los sistemas físicos no resultan afectadas si estos cambios de estado están referidos a uno u otro de dos sistemas de coordenadas en traslación con movimiento uniforme; está indicando que en todos los sistemas inerciales todos los fenómenos ocurren de la misma forma, es decir que tienen el mismo comportamiento, por lo cual todos los sistemas inerciales resultan absolutamente equivalentes e indistinguibles. 2.) Cualquier rayo de luz se mueve en el sistema estacionario con velocidad "c", tanto si el rayo es emitido por un cuerpo en reposo o en movimiento; esto, acepta la constancia de la velocidad de la luz como un Principio Universal, sustentado en resultados experimentales, resultando la clave para vincular dos sistemas inerciales ya que permite encontrar las transformaciones de coordenadas necesarias para que la velocidad de la luz sea la misma en ambos sistemas. 3.) Destaquemos la evidente incompatibilidad entre las teorías de la relatividad General y la Especial, debida a que las propiedades establecidas en cada caso para el espacio y el tiempo son contradictorias y antagónicas entre sí. Ante la presencia de masa ambas teorías tienen métricas espacio temporales distintas, lo que implica que los fenómenos se interpretan de manera distinta y, por supuesto, responden a leyes diferentes. Como vemos, existe una profunda sutil diferencia entre cambiar de sistema de referencia espacio temporal, procedimiento usual, útil y lícito, a modificar sus propiedades cambiando la métrica.

1) Interpreto y expreso conclusión, para cada situación: 1.1) La primera ley de Newton, que afirma que todos los cuerpos se mueven en línea recta y con velocidad constante mientras no actúen fuerzas externas sobre ellos, es otra manera de expresar el principio de relatividad de Galileo. ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ ____________________________________________________ __________________ 1.2) Al afirmar que existe una equivalencia entre la masa y la energía expresada por la fórmula:

Donde E es la energía de un cuerpo, m su masa y c2 la velocidad de la luz elevada al cuadrado. _________________________________________________ _________________ __________________________________________ ________________________ _________________________________________________ _________________ 2.) Uno de los postulados fundamentales de la relatividad, establece que A.) la velocidad de la luz es c únicamente para los observadores. B.) las leyes de la física son invariantes para todos los observadores. 87


C.) la velocidad de la luz depende del observador en un sistema de referencia determinado. D.) las leyes de la física cambian para distintos observadores. 3.) La energía cinética de una partícula cuya masa en reposo es m o y cuya masa en movimiento es m, es igual a A.) (m – mo).c2. B.) .mc2. C.) .m.v2. D.) mo.c2. 4.) Un observador encuentra que un péndulo, en un recinto cerrado, oscila con período constante, puede concluir que A.) el recinto está en reposo en un campo gravitacional. B.) el recinto está en reposo en ausencia de campo gravitacional. C.) el recinto se mueve con velocidad constante hacia arriba. D.) el péndulo se mueve con velocidad constante. 5.) De acuerdo al gráfico representativo, al interpretarlo, se deduce que A.) la velocidad del objeto que indica el observador 0´, es igual a la suma de la velocidad del objeto con respecto a 0 más la velocidad del vagón. B.) la velocidad del objeto que indica el observador 0´, es igual a la suma de la velocidad del objeto con respecto a 0 menos la velocidad del vagón. C.) la velocidad del objeto que indica el observador 0, es igual a la suma de la velocidad del objeto con respecto a 0 más la velocidad del vagón. D.) la velocidad del objeto que indica el observador 0, es igual a la suma de la velocidad del objeto con respecto a 0 menos la velocidad del vagón. 6.) Dado el gráfico de un tren que se mueve hacia la derecha, con respecto a la Tierra. Según los observadores que viajan en el vagón, podemos concluir que: A.) el vagón está quieto. B.) el vagón se encuentra en movimiento uniforme. C.) el vagón se está movimiento hacia la derecha con respecto a la Tierra. D.) el vagón se está movimiento hacia la izquierda con respecto a la Tierra.

7.) El vagón se mueve hacia la derecha con respecto al observador en tierra 0´, teniendo en cuenta el gráfico, se deduce que: A.) el vagón se mueve con aceleración a, con respecto al observador 0´. B.) el vagón se mueve con aceleración a, con respecto al observador 0 del vagón. C.) el vagón se mueve con aceleración - a, con respecto al observador 0 del vagón. D.) el vagón se mueve con aceleración - a, con respecto al observador 0´.

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Semana número ___ del ___ al ___ de_________________ de 20___ (3 horas / semana)

FASE AFECTIVA. ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN EL OJO HUMANO Puesto que el proceso de la visión sucede en el ojo, describiremos su funcionamiento. La luz entra al ojo a través de la córnea, y es enfocada por el sistema córneo-cristalino (lente convergente) sobre la retina de modo que ésta recibe luz de diferentes partes del campo de visión.

Puesto que el cristalino es una lente convergente, obtenemos una imagen invertida en la retina. Cuando miramos un objeto que se encuentra más cerca o más lejos de nosotros, la lente, respectivamente, aumenta o disminuye su grosor, por tanto, cambia su distancia focal, ajustándose así a las distancias al objeto. La variación de la distancia focal es un proceso involuntario que realizan los músculos ciliares. Esta acomodación tiene límites, donde: El punto próximo, es la distancia mínima de visión. En otras palabras, es la posición a partir de la cual la imagen observada no es nítida. El punto remoto es la distancia máxima de visión. Para el ojo normal está en el infinito. El iris es el elemento del ojo encargado de ajustar la cantidad total de la luz. Algunas personas sufren de defectos que se deben a la convergencia de los rayos para formar la imagen: Mio p ía, la imagen de un objeto lejano se forma delante de la retina, por lo que no es nítida, y se corrige con lentes divergentes. Hi p erm etr o p ía, la imagen de los objetos se forma detrás de la retina, este defecto se corrige con lentes convergente. A s t i g m a t i s m o , se produce cuando la córnea presenta más curvatura en una dirección que en otra, se corrige con lentes cilíndricas. 89


El docente debe presentar algunas láminas donde muestre los defectos vistos anteriormente. _________________________________________________ _____________________ _________________________________________________ _____________________

PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, y siga instrucciones precisas para dar solución a cada situación planteada en la experiencia sobre óptica. INDICADORES DE DESEMPEÑO: Realizo lectura comprehensiva e interpreto textos relacionados con la acústica y óptica.

MATERIALES

► Fuente de luz. ► Trozo de cartulina negra de 8cm x 8cm. ► Regla – Una cuchilla. ► Lente convergente (una lupa si quiere). ► Lentes utilizadas para corregir defectos visuales. ► Pantalla (cartón blanco).

INSTRUCCIONES

1.) Con la cuchilla recorta en la cartulina negra una flecha como se muestra en el gráfico arriba. Tomar la medida de la flecha, éste sería el tamaño h o a partir del cual determinaremos la imagen producida por la lente, pues la luz que la atraviesa incide en la pantalla. 2.) Al armar el montaje, coloca la lente el objeto y la pantalla. Para cierta distancia del objeto a la lente convergente, busca con la pantalla el sitio en el cual puedas proyectar la imagen invertida producida por la lente. 90


3.) Mida la distancia del objeto a la lente d o y de la lente a la imagen d i. Luego mida el tamaño de la imagen h i. Registra los datos en la siguiente tabla. No olvide que d o distancia objeto-lente, d i distancia imagen-lente, f distancia focal, ho tamaño o altura del objeto, y h i tamaño o altura de la imagen.

do

di

f

ho

hi

4.) Cambia varias veces la posición del objeto con respecto a la lente y determina en cada caso la distancia de la imagen a la lente y el tamaño de la misma. Registra los datos en la tabla. 5.) Utiliza la ecuación de las lentes para determinar con cada par de datos d o y d i, la distancia focal f. Registra los valores en la tabla, siendo = + . 6.) Halla la distancia focal promedio. 7.) Determina el aumento de la lente en cada caso tabla.

, y registra los datos en la

8.) Coloca la lupa contra la luz solar. Al otro lado de la lente, desplaza una hoja de papel para encontrar el punto en el cual se concentran los rayos solares. Este punto es el foco de la lente. Determi8na la distancia focal de la lente. 9.) Observe una ventana a través de algunas de las lentes utilizadas para corregir defectos de visión. Al tacto indica si son convergentes o divergentes.

91


1.) ¿De cuántas dioptrías es la lente utilizada? ____________________________________________ _____________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ 2.) ¿La distancia focal f depende de la posición del objeto con respecto a la lente? _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _______________________________________ __________________________ _________________________________________________ ________________ 3.) ¿Podríamos utilizar este método para determinar la distancia focal f de una lente divergente? Explico mi respuesta. _______________________________________________ __________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ 4.) ¿Por qué podemos afirmar que el foco de la lente está ubicado en el punto en el que se concentran los rayos solares? _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ _______________ 5.) Compara el valor de la distancia focal f obtenida con los rayos solares con el valor obtenido a partir de las mediciones. _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ 6.) ¿Qué defecto visual corrigen las lentes convergentes, y cuál las lentes divergentes? _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________ ________________ _________________________________________________________________

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Propósito Expresivo: Que yo analice y resuelva situaciones problemas de los insumos tratados en el Período.

► En la búsqueda de la longitud de onda de un sonido cuya frecuencia es de 171,4 seg-1. Responda las preguntas 1 y 2. 1.) Si se propaga en el aire a una temperatura ambiente de 18,5°C, entonces podemos decir A.) que la velocidad del sonido es aproximadamente 340m/seg. B.) que la velocidad del sonido es

B.) 87 beles. C.) 0,87 beles. D.) 860 beles. 4.) Una cuerda de guitarra con una longitud de 0,5m, y una masa de 5 gramos, se tensiona mediante una fuerza de 16N, su segundo armónico es A.) 20 seg-1.

aproximadamente

B.) 40 seg-1.

331,7m/seg.

C.) 10 seg-1.

C.) que la velocidad del sonido es aproximadamente 342,8m/seg. D.) que la velocidad del sonido es aproximadamente 400m/seg. 2.) Ahora como ya se tiene el valor de la velocidad con que se propaga el sonido cuya frecuencia es conocida, entonces A.) la longitud de onda es igual a 2m. B.) la longitud de onda es igual a 0,5m. C.) la longitud de onda es igual a 1m. D.) la longitud de onda es igual a 1,98m.

D.) 50 seg-1.

►Responda las preguntas 5 y 6, teniendo en cuenta el gráfico, donde la ambulancia se acerca a un acantilado y se aleja de un joven, con una velocidad de 10m/seg. El conductor hace funcionar la sirena emitiendo un sonido de aproximadamente 280seg-1 5.) Como la ambulancia se aleja del joven, la frecuencia percibida será menor y con un valor de A.) 288,24seg-1. B.) 280seg-1. C.) 272seg-1. D.) 280,97seg-1. 6.) La frecuencia percibida del sonido reflejado será mayor que la frecuencia emitida porque la ambulancia se acerca al acantilado, por tanto podemos

3.) Al calcular el nivel de intensidad de un sonido siendo su intensidad física de 5x10 -4W/m 2 se puede deducir que A.) 8,7 beles. 93


Decir que la frecuencia percibida por el joven, del sonido, es A.) 288,48seg-1. B.) 280seg-1. C.) 272seg-1. D.) 271,76seg-1. 7.) La frecuencia del sonido fundamental o primer armónico dado por un tubo abierto es de 235,5seg-1, podemos deducir entonces que la frecuencia de su tercer armónico es A.) 471seg-1. B.) 117,75seg-1. C.) 706,5seg-1. D.) 353,25seg-1. 8.) Si una ambulancia viaja hacia una montaña con una velocidad de 72km/h, y hace sonar la sirena y recibe el eco a los 2seg; la distancia a que se encuentra la ambulancia de la montaña es de A.) 20m B.) 360m C.) 340m D.) 320m. ► Si la afirmación y la razón son verdaderas y la razón es una explicación correcta de la afirmación, marca A. Si la afirmación y la razón son verdaderas, pero la razón no es una explicación correcta de la afirmación, marca B. Si la afirmación es verdadera y la razón falsa, marca C. Si la afirmación es falsa y la razón verdadera, marca D. Si la afirmación como la razón son falsas, marca E. 9.) El sonido se puede reflejar, porque es una onda mecánica. A.) B.) C.) D.) E.) 10.) Al aumentar la longitud de una cuerda, la frecuencia aumenta, porque la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de la cuerda. A.) B.) C.) D.) E.) 11.) El sonido se propaga en el vacío, porque es una onda mecánica longitudinal. A.) B.) C.) D.) E.) 12.) El sonido se puede escuchar de una habitación a la otra, porque la onda se curva debido al fenómeno de difracción. A.) B.) C.) D.) E.) 13.) De un objeto situado a 16cm de un espejo cóncavo, se obtiene una imagen real de tamaño doble, luego podemos asegurar que la distancia focal del espejo, es A.) 0,09cm B.) 10cm C.) 10,67cm D.) 9cm. 14.) Un rayo de luz pasa del aire a un medio cuyo índice de refracción es 2. Si el ángulo de incidencia es 30°, el valor del ángulo de refracción r se expresa por A.) 75° 31´21´´. B.) 14° 28´39´´. C.) 15° 31´21´´. D.) 30° 28´21´´. 94


ARQUIDIÓCESIS DE CALI FUNDACIONES EDUCATIVAS ARQUIDIOCESANAS DISEÑO CURRICULAR COLEGIOS ARQUIDIOCESANOS

GUÍA TALLER AÑO LECTIVO ___________ ÁREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL: FÍSICA GRADO: DÉCIMO PERÍODO: SEGUNDO

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GUÍA-TALLER N° 25 – 26.

Semana número ___ del ___ al ___ de______________________ de 20___ (3 horas / semana)

FASE AFECTIVA ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN CAR GAS Y CA MPO EL ÉCTRICO

Los fenómenos eléctricos se conocen desde hace 2.500 años. Se sabía que pedazos de ámbar frotados, especie de resina con la cual se hacen joyas, atraían trozos de papel. Hoy se puede hacer el mismo experimento peinando los cabellos con un peine de plástico. Esas fuerzas se denominan eléctricas porque vienen de la palabra griega elektron, que significa ámbar. La materia puede tener carga eléctrica. De hecho en los átomos existen partículas con carga eléctrica positiva (protones), y otras con carga eléctrica negativa (electrones). La unidad de medida en el sistema internacional (S.I), de carga eléctrica es el culombio simbolizado por C. Puesto que el culombio es excesivamente grande, trabajaremos con cantidades muy pequeñas que son submúltiplos, entre ellos está: micro-culombio (1 =10-6C); nano-culombio (1 10-9C).

1.) Utiliza adecuadamente las equivalencias entre las cargas propuestas arriba, para aplicar factor de conversión de: 1.1)

5,5X103 a C. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________

1.2)

6X10-10C a ___________________________________________________________ ___________________________________________________________

1.3) 96

0,5x106C a


___________________________________________________________ ___________________________________________________________

1.4)

10-12 a C. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________

1.5)

8X104C a _______________________________________________ ____________ ___________________________________________________________

1.6)

0,5x105 a ___________________________________________________________ ___________________________________________________________

1.7)

3x10-7 a ___________________________________________________________ ___________________________________________________________

PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas, gráficos, problemas sobre electricidad y magnetismo. INDICADORES DE DESEMPEÑO: 1. Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a la electricidad y magnetismo. 2. Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos sobre electricidad y magnetismo.

La magnitud de la fuerza eléctrica fue medida por Charles Coulomb, mediante la balanza de torsión, estructurando así una ley empírica, similar a la ley de gravitación universal de Isaac Newton, donde F = , siendo K = 9x10 9 constante de proporcionalidad que depende del medio, q 1, q2 cargas, y r distancia entre las cargas. 97


Gráfic o N° 1

Gráfic o N° 2.

Al interpretar el gráfico 2, la fuerza eléctrica sobre q 1 por q2 es igual en magnitud a la fuerza ejercida sobre q2 por q1 pero de sentido contrario, donde F12 = - F 21. La unidad de carga es llamada el Coulomb (C). LEY DE OHM V.

R.

I.

V diferencia de potencial (voltaje), su unidad de medida es voltios (V), R resistencia su unidad es ohmios ( ), I cantidad de corriente que circula por el circuito, su unidad de medida es el amperio (A). Del gráfico, se deduce que V = R.I, expresión conocida como ley de Ohm.

Nota: La ley sólo es aplicable a conductores metálicos y que nos muestra que en este tipo de conductores la resistencia es constante. RESISTIVIDAD. Es una propiedad de todo material isótropo, es decir en el cual la corriente no pierde sus propiedades el cual sea la dirección en se desplace. Se define como = R. , luego podemos inferir que R = . .

CIRCUITOS CON RESISTENCIAS Circuitos en Serie El gráfico nos enseña un circuito en serie, donde I= I1= I2 = I3 corriente que circula. R= R1 +R2+R3 resistencias. Mientras que V=V 1+V2+V3 diferencia de potencial. Circuito en Paralelo Cumple que V=V1+V2+V3 que es la diferencia de potencial I= I1= I2 = I3 corriente que circula. Además, = + +

98


MAGNETISMO

Es una propiedad que exhiben determinadas sustancias, algunos minerales de hierro, cobalto y níquel de atraer ciertos cuerpos tales como el hierro. En el diario vivir el magnetismo y los electroimanes están presentes en el funcionamiento de los aparatos eléctricos. La Tierra es un imán y prueba de ello es que la brújula apunta siempre al norte geográfico de ella. Se denominan polos magnéticos a la región donde parece concentrarse el magnetismo de los cuerpos en estudio; los cuerpos que poseen polos magnéticos son llamados imanes. Las zonas de los imanes en las que la fuerza magnética que ejercen es más intensa se denominan respectivamente, polo norte y polo sur, y en un imán recto coinciden con los extremos. Cuando dos imanes se aproximan por sus extremos, surgen fuerzas de repulsión si los polos son del mismo tipo, mientras que entre dos polos de diferente tipo surgen fuerzas de atracción.

► Entre cargas, por decir algo, q1, q2 existen algunas relaciones, como por Ej. 1 10-6C, además 1 = 10-9C. 1.) Al expresar q = 4,5x10 -10C, en

=

, podemos decir que su equivalente sería

A.) 45X10-16 B.) 0,45X10-4 C.) 4,5X10-16 D.) 4,5X10-4 2.) Igualmente, utilizando factor de conversión, podemos deducir que para q = 1 podemos decir que su equivalente, es A.) 10-3

.

B.) 10-15

.

C.) 103

.

D.) 1015

.

99


,

►Con circuitos en serie, resulta que Un circuito en serie nos expresa que I = I1 = I2 = I3 corriente que circula. R = R1 + R2 + R3 resistencias, mientras que para la diferencia de potencial, V = V1 + V2 + V3. Mientras que en los circuitos en paralelo, tenemos: Un circuito en paralelo expresa que: I = I1 + I2 + I3 corriente que circula. =

+

+

resistencias,

mientras que V = V 1 = V2 = V3 diferencia de potencial.

► Respondo las preguntas 3 y 4, si R 1=8, R2=4, R3=2, y una diferencia de potencia que entra al circuito de 105 voltios. 3.) Imagínate un circuito en serie de tres resistencias con los valores dados, arriba, usted podrá entonces deducir que la cantidad de corriente que circula, es A.) 0,75 A. B.) 75 A. C.) 7,5 A. D.) 750 A. 4.) Para el circuito en serie con las tres resistencias con los valores dados, arriba. Usted podrá entonces deducir que A.) V1 = 60 voltios. B.) V2 = 40 voltios. C.) V1 = 40 voltios. D.) V2 = 60 voltios. 5.) Al tener funcionando con las mismas resistencias dadas anteriormente, un circuito en paralelo, podemos decir claramente que su resistencia equivalente R e, es A.) Re = . B.) Re = . C.) Re = 14.

100

D.) Re = 8.


6.) Dos cargas q1 = 0,5x10-1 C positiva, y la otra q 2 =0,6 C negativa, separadas entre sí una distancia de 100cm. La fuerza F entre las dos cargas dentro del agua, siendo k = , 1,1x108 es A.) 3,3X101N = 3,3X10N = 330N. B.) 0,33X102N = 33N. C.) 0,33X101N = 0,33X10N = 3,3N. D.) 3,3X10-1N = 3,3X0,1N = 0,33N. 7.) Al determinar la fuerza F que experimenta una carga eléctrica positiva de 10 -6C cuando se coloca dentro de un campo eléctrico de 800N/C hacia la derecha, se concluye que, ¿F es igual a? A.) 800X10-8N. B.) 8X10-8N. C.) 8X104N. D.) 8X10-4N. 8.) Dos cargas positivas iguales donde q1 = q2 = 106C están separadas 6x10 -1m, tal como se muestra en el grafico F2 +q1

F1 +q3

+q2

La fuerza que actúa sobre una tercera carga positiva q 3 = 0,5x10-6C colocada en toda la mitad de las dos anteriores, siendo F = F1 + F2, por tanto podemos decir que A.) F1 = F2 = - 0,5X10 -1N. B.) F1 = 0,5X10 -1N. C.) F2 = 0,5X10 -1N. D.) F = 0,5X10 1N. 9.) Una Resistencia Ro se conecta en paralelo a otra resistencia R, como indica la figura. Se debe cumplir que el valor de R es igual a

A.)

.

B.)

.

C.) . D.) Ro.

101


► Respondo las preguntas 10 y 11 de acuerdo con la siguiente información: Una carga de +2C se encuentra a 2m, de una carga de - 2C, como muestra la figura. Y

q1=+2C

q2=- 2C

X

2m 10.) Si la magnitud de la fuerza eléctrica F que una carga q 1 ejerce sobre otra carga q2 es F = k

, donde k= 9X109

, entonces la fuerza que ejerce la carga positiva

sobre la negativa es: A.) 9X109 N en la dirección positiva del eje X. B.) 9X109 N en la dirección negativa del eje X. C.) X109 N en la dirección positiva del eje X. D.) X109 N en la dirección negativa del eje X. 11.) De las siguientes sugerencias que se dan para duplicar los valores de las fuerzas anteriores, la acertada es A.) Duplicar la distancia entre las cargas q1 y q2. B.) Reducir a la mitad la distancia entre las cargas. C.) Duplicar la magnitud de las dos cargas. D.) Duplicar la magnitud de una de las dos cargas.

► Responda las preguntas 12 y 13 de acuerdo con la siguiente información: A un material se le aplican distintos valores de diferencia de potencial y se mide la corriente que circula a través de él, obteniendo la siguiente gráfica.

2i. i. VO

2VO

12.) De esto se concluye que la resistencia eléctrica R e del material A.) es independiente del voltaje aplicado. B.) varía directamente con el voltaje aplicado. C.) varía inversamente con el voltaje aplicado. D.) Varía cuadráticamente con el voltaje aplicado.

102


GUÍA – TALLER Nº 27.

Semana número ___ del ___ al ___ de___________________ de 20___ (3 horas / semana)

♥ PROP SITO EXPRESIVO : Que yo como estudiante comprehenda y analice los procesos aplicados en el planteamiento y la solución de situaciones problemas relacionados con la electricidad y el magnetismo. ♥ INDICADORES DE DESMPEÑO: 3. Resuelvo situaciones problemas a partir de observaciones, siguiendo instrucciones. 4. Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con el desarrollo de los movimientos. 5. Sigo instrucciones y utilizo diferentes procedimientos en flujogramas lineales y de decisión en el planteamiento y solución de problemas relacionados con el desarrollo genético de los organismos.

PRE-EVA L UA CIÓN ICFES

►Responda las preguntas 1 a 3, teniendo en cuenta la gráfica de un circuito, dado de la forma. 1.) En la búsqueda de la resistencia equivalente R e se deduce que A.) siendo el circuito es en serie, es de 20 . B.) siendo el circuito en paralelo, es d e 20Ω. C.) siendo el circuito es en serie, es de 14 . D.) siendo el circuito en paralelo, es de 14Ω. 2.) Al hablar de corriente I, se concluye que A.) la corriente que fluye por todas las resistencias, es igual a amperios. B.) la corriente que fluye por todas las resistencias, es igual a

amperios.

C.) la corriente que fluye por todas las resistencias, es igual a 3 amperios. D.) la corriente que fluye por todas las resistencias, es igual a

amperios.

3.) Proponiendo la caída de potencial en cada resistencia, se deduce que A.) V1 = V2. B.) V2 V3. C.) V3 = 18 voltios. D.) V4 = V3 = V2 = V1 = 6 voltios. 103


►Responda las preguntas 4 a 6, teniendo en cuenta la gráfica de un circuito, dado de la forma. 4.) Al analizar el gráfico correspondiente, podemos deducir que A.) la resistencia equivalente Re, es

.

B.) la resistencia equivalente R e, es 3 C.) la resistencia equivalente R e, es 33 D.) la resistencia equivalente R e, es

.

5.) Al hablar de corriente total I, que fluye por todo el circuito, se concluye que A.) siendo el circuito paralelo, la corriente total es 19 A. B.) siendo el circuito paralelo, la corriente total es 3 A. C.) siendo el circuito paralelo, la corriente total es

A.

D.) siendo el circuito paralelo, la corriente total es

A.

6.) Siendo la corriente total I = I 1 + I 2 + I 3, al establecer comparaciones podemos decir que A.) I1

I2.

B.) I2

I1.

C.) I3

I2.

D.) I2 = I3.

► Responda las preguntas 7 y 8, de acuerdo co n la siguiente información: Un conductor de 50 cm se desplaza a 6,5 m/seg dentro de un campo magnético de 4 T (4 tesla). 7.) La fuerza electromotriz (fem) máxima inducida, es A.) = 13 voltios. B.) = 650 voltios. C.) = 130 voltios. D.) = 65 voltios. 8.) La intensidad de corriente inducida si el circuito tiene en este momento una resistencia de 4 ohmios (4 , es

104


A.) 0,30 amperios. B.) 3,25 amperios. C.) 30 amperios. D.) 32,5 amperios.

► Responda las preguntas 9 y 10, de acuerdo con la siguiente información: Un campo magnético de 4T perpendicular a una espira de 10 cm 2 de área, se reduce a cero en 0,05 segundos. 9.) La fuerza electromotriz (fem), es = , por tanto se deduce que A.) siendo ∆ = 4Tx10x10-4m2, entonces = 0,08 voltios.

B.) siendo ∆ = 4Tx10x10-4m2, entonces = 0,8 voltios. C.) siendo ∆ = 4Tx10x10-4m2, entonces = 8 voltios. D.) siendo ∆ = 4Tx10x10-4m2, entonces = 12,5 voltios. 10.) La intensidad de la corriente inducida I = , si la resistencia de la espira es de 0,2 Ω, es A.) 0,04 amperios. B.) 0,4 amperios. C.) 4,0 amperios. D.2,5 amperios.

► Al tener tres resistencias iguales, dispuestas en diferentes configuraciones como se presentan a continuación.

Responda las preguntas 11 a 14, después de interpretar cada uno de los gráficos anteriores. 11.) De acuerdo a la configuración de las resistencias, podemos concluir que A.) los circuitos en serie son la configuración 1 y 4. B.) los circuitos en paralelo son la configuración 2 y 3. C.) los circuitos mixtos son la configuración 2 y 4. 105


D.) los circuitos mixtos son la configuración 3 y 4. 12.) No olvide que a menor resistencia equivalente R e mayor corriente I por lo tanto, la configuración en la cual la fuente suministra mayor corriente es A.) 1. B.) 2. C.) 3. D.) 4. 13.) En la búsqueda de la resistencia equivalente R e, en los circuitos 1 y 3 respectivamente, son A.) 3R y . B.) C.)

y 3R. y 3R.

D.) 3R y

14.) Tomando cada resistencia un valor de 5Ω y la diferencia de potencial de 90 voltios en cada configuración. Podemos concluir que A.) la corriente total que fluye en el circuito 1 es 0,6 A. B.) la resistencia equivalente R e en el circuito 2 es Ω. C.) la corriente total que fluye en el circuito 1 es 6 A. D.) la resistencia equivalente Re en el circuito 2 es 3,5 Ω. 15.) Las corrientes inducidas, son producidas por A.) Fenómenos químicos. B.) Frotamiento de barras de ebonita. C.) Variaciones de campo magnético. D.) Fenómenos físicos. 16.) La fuerza sobre un conductor debido a un campo magnético es proporciona la I: su longitud. II: la corriente que circula. III: el campo magnético en el cual se encuentra. A.) I únicamente. B.) I y II. C.) II y III. 106


D.) I, II, y III.



FASE AFECTIVA ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN RELACIÓN ENTRE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Y EL CAMPO MAGNÉTICO En esta práctica estudiaremos la relación que existe entre la corriente eléctrica que circula por una bobina y el campo magnético generado por ésta. También magnético variable. A partir de la relación entre la corriente eléctrica y el campo magnético que ésta produce, determinaremos la componente horizontal del campo magnético terrestre.

1.) ¿Cómo podemos definir la corriente? ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ 2.) Expresar ideas sobre que se espera que sea una bobina. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ ____________________

PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, y siga instrucciones precisas para dar solución a cada situación planteada en la experiencia de corriente eléctrica y magnetismo.

INDICADORES DE DESEMPEÑO: Sigo instrucciones y utilizo diferentes procedimientos en flujogramas lineales y de decisión en el planteamiento y solución de problemas relacionados con la acústica y óptica. 107


MATERIALES ► Fuente de energía. ► Aguja imantada (brújula). ► Dos cables conductores de energía. ► 6 metros de cable de cobre N° 2, para embobinar. ► Un cilindro c ilindro hueco de cartón. ► Lámina de madera.

PROCEDIMIENTOS 1.) Para construir una bobina enrolla alrededor del cilindro hueco unas 40 espiras del alambre de cobre para embobinar. 2.) Coloca la bobina sobre la lámina de madera. Al frente de uno de los extremos de la bobina coloca la aguja imantada. Describe lo observas. 3.) Conecta los terminales de la bobina a la fuente, como se ve en la figura. Describe lo que sucede con la aguja imantada. 4.) Invierte el sentido de la corriente en la bobina. Describe lo que sucede con la orientación de la aguja imantada. 5.) Coloca la aguja imantada en diferentes posiciones con respecto a la bobina y repite la experiencia.

108


AN ÁLISIS ÁLISIS Y PROPUESTAS

1.) Describo cualitativamente el campo magnético producido por la bobina. ____________________________________________ _____________________ _________________________________________________________________ ____________________________________ _____________________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ ____________________

2.) Comparo el campo magnético producido por la bobina con el campo magnético producido por un imán recto. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________

3.) Explico los cambios producidos en la aguja imantada cuando inviertes el sentido de la corriente en la bobina. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________

4.) Verifico la dirección del campo magnético a partir de la regla de la mano derecha. _________________________________________ ________________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________

TENGO EN CUETA LA APLICACIÓN DEL MÉTODO CIENTÍFICO DESCRITO EN EL SIGUIENTE FLUJOGRAMA:

109


PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA PRÁCTICA, APLICANDO EL MÉTODO CIENTÍFICO EN LOS GRADOS 10 y 11.

1. Observar fenómenos específicos. 2. Formular preguntas específicas sobre una observación, una experiencia o sobre las aplicaciones de las teorías científicas. 3. Formular hipótesis, con base en el conocimiento cotidiano, teorías y modelos científicos.

4. Buscar información en diversas fuentes, escojo la pertinente y doy crédito a los autores.

5. Establecer diferencias entre descripción, explicación y evidencia además entre modelos, teorías, leyes e hipótesis

6. Realizar los experimentos experimentos precisados con modelos, verificando las condiciones que pueden pueden influir en los resultados. 7. Utilizar las matemáticas como herramienta para modelar, analizar y presentar datos y modelos en forma de ecuaciones, funciones y conversiones.. conversiones.. 8. Realizar mediciones con instrumentos adecuados a las características y magnitudes de los objetos de estudio y los expresos en las unidades correspondientes.

9. Registrar las observaciones y resultados de manera organizada, utilizando esquemas, gráficos, tablas, escritos, etc.

10. Establecer relación entre la información recopilada y mis resultados. 11. Interpretar los resultados teniendo en cuenta el orden de magnitud del error experimental.

12. Sacar conclusiones de los experimentos que realizo, aunque no obtenga los resultados esperados.

13. Relacionar mis conclusiones con las presentadas por otros auto res y formulo nuevas preguntas.

14. Proponer y argumentar respuestas a las preguntas de estudio y las comparo con las de otras personas y con las de teorías científicas.

15. Comunicar el proceso de indagación utilizando el lenguaje propio de las ciencias, a través de escritos, gráficas, tablas, ecuaciones aritméticas y algebraicas.

PROYECTO, APLICANDO EL MÉTODO CIENTÍFICO REALIZADO

110


GUÍA – TALLER Nº 29 - 30.


FASE AFECTIVA. ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN En el siglo VII a. de C. los antiguos griegos describían la propiedad del ámbar, el cual atraía ciertos cuerpos livianos al ser frotado por lana. Muchos años después, este fenómeno se observó que esta misma propiedad la adquieren otros cuerpos como el vidrio al ser frotado con seda. Hoy en día, los cuerpos que adquieren esta propiedad se denominan electrizados, ya que están cargados eléctricamente o que poseen carga eléctrica. Los cuerpos materiales están constituidos de átomos, éstos a su vez contienen electrones, protones y neutrones. Cuando un cuerpo posee igual número de electrones que de protones, decimos que es eléctricamente neutro o que se encuentra en estado normal. A la diferencia entre cargas eléctricas negativas y positivas que posee un cuerpo se le denomina carga neta. Cuando dos cuerpos se frotan entre sí, una cantidad de electrones de un cuerpo pasa al otro, el cuerpo que pierde electrones queda cargado positivamente, y el que recibe queda cargado negativamente. De lo anterior se puede deducir el principio de conservación de la carga eléctrica, que dice: “las cargas no se crean ni desaparecen, sino que solamente se pueden trasladar de un cuerpo a otro o de un lugar a otro en el interior del cuerpo dado”.

1.) En un átomo, ¿Qué constituyen, los protones y los neutrones? ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________ 2.) Hoy en día, a los cuerpos que atraen a otros cuerpos más livianos si es el caso decir, se les denomina ______________________________________________ 3.) ¿Qué sucede con los cuerpos que pierden o ganan electrones? ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________

PROPÓSITO EXPRESIVO:

111


Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas, gráficos, problemas de electrostática y la Ley de Coulomb. ►

INDICADORES DE DESEMPEÑO: ► Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con acústica y óptica.

LEY DE COULOMB La magnitud de la fuerza eléctrica fue medida por Charles Coulomb, mediante la balanza de torsión, siendo F = k. . Donde k representa la constante de proporcionalidad, cuyo valor depende del medio en el cual se encuentran las cargas y del sistema de unidades escogido. F fuerza electrostática, que es mayor cuanto mayor sean las cargas q 1 o q2, y disminuye cuando la separación r entre ellas aumenta. La unidad de carga eléctrica en el S.I. es el coulomb (C) que se define como la carga que colocada a un metro de distancia de otra carga igual en el vacío, la repele con una fuerza de 9x109 Newtons. En el sistema C.G.S La unidad de carga eléctrica es el statcoulomb (stc) que se define como la carga que colocada a 1 cm de distancia de otra carga igual, repele a esta carga con una fuerza de 1 dina.

OBSERVACIÓN En el S.I: k =

= 9x109

OBSERVACIÓN

.

En el C.G.S: k =

=1

.

CUANTIZACIÓN DE CARGA La carga de un cuerpo electrizado puede considerarse como un exceso de partículas electrizadas con un signo dado. Para que un cuerpo se electrice debe ganar o perder electrones. Un cuerpo cargado eléctricamente tiene un número entero de electrones en exceso o en defecto, por tanto decimos que la carga está cuantizada. 1 e = - 1,6x10-19C. 112


1.) La fuerza electrostática F entre las cargas q 1 = - 1,2x10 -5C y q 2 = 1,5x10-5C, si estas cargas se encuentran separadas 2cm = 2x10 -2m, es A.) – 4,05x105N indica fuerza de atracción. B.) – 4,05x105N indica fuerza de repulsión. C.) 4,05x105N indica fuerza de atracción. D.) 4,05x105N indica fuerza de repulsión.

►Dos cargas positivas iguales donde q 1 = q2 = 6x10-4C están separadas 4x10 -1m tal como se muestra en el grafico. La tercera carga q 3 = - 0,5x10 -4C colocada en toda la mitad de la otras dos. Responda las preguntas 2 y 3. F2 F1 +q1

+q3

+q2

2.) Teniendo en cuenta que la tercera carga se encuentra en la mitad, podemos decir que A.) F31 es una fuerza de atracción, cuyo valor es – 6,75x103N. B.) F32 es una fuerza de atracción, cuyo valor es – 6,75x103N. C.) F32 es una fuerza de repulsión, cuyo valor es – 6,75x103N. D.) F31 es una fuerza de repulsión, cuyo valor es – 6,75x103N.

3.) Puesto que la fuerza neta F = F 31 + F32, podemos entonces deducir que A.) la fuerza neta que actúa en la tercera carga q3, es igual a 13,5x10 3N. B.) la fuerza neta que actúa en la tercera carga q 3, es igual a – 13,5X103N. C.) la fuerza neta que actúa en la tercera carga q 3, es igual a 0 N. D.) la fuerza neta que actúa en la tercera carga q 3, es igual a 13,5x10 6N.

4.) Al determinar la fuerza F que experimenta una carga eléctrica positiva de 0,8x10-4C cuando se coloca dentro de un campo eléctrico de 70000 N/C hacia la derecha, se concluye que A.) la fuerza que actúa adquiere un valor de 5,6 N. B.) la fuerza que actúa adquiere un valor de 56 N. C.) la fuerza que actúa adquiere un valor de 5,6x10 -8 N. D.) la fuerza que actúa adquiere un valor de 5.6x10 8 N. 113


5.) Para un cuerpo que adquiere una carga de 4x10-4Coulomb, y teniendo en cuenta que un electrón 1e = 1,6x10-19Coulomb, luego podemos deducir que A.) se deben quitar 2,5x1015e. B.) se deben quitar 2,5x10 -15e. C.) se deben quitar - 2,5x10 15e. D.) se deben quitar - 2,5x10 -15e. 6.) Dado el pensamiento, “Según la cuantización de la carga eléctrica, el latido del

corazón produce pequeñas corrientes eléctricas, que si las amplificamos pueden verse en un tubo de rayos catódicos”. El esquema que mejor representa el

anterior pensamiento es: Que amplificadas pueden verse en tubos de rayos catódicos

A.) Producir

Latido del corazón

Pequeñas corrientes eléctricas

Según la cuantización de la carga eléctrica

Que amplificadas pueden verse en tubos de rayos catódicos

B.)

Producir Pequeñas corrientes eléctricas

Latido del corazón


C.)

Que amplificadas pueden verse en tubos de rayos catódicos Producir Latido del corazón

Pequeñas corrientes eléctricas


D.)

Que amplificadas pueden verse en tubos de rayos catódicos

Según la cuantización de la carga eléctrica Producir

Latido del corazón

Pequeñas corrientes eléctricas Según la electrización por inducción

114


► Responda las preguntas 7 a 9 de acuerdo con la siguiente información. Al tener tres cargas, tal como se puede ver en el siguiente gráfico, ubicadas en una misma línea recta, donde la carga q 1 = 4,05x10-6C, la carga q 2 = - 2,5x10 -6C, y q3 = 3x10-6C, para las distancias r 1 = 1,5x10-1m, y r 2 = 3x10-1m.

7.) Puesto que F31 representa la fuerza de repulsión que actúa sobre la carga q 3 debido a la carga q1, podemos concluir que: A.) la fuerza electrostática F31 es – 5,4x10-1N. B.) la fuerza electrostática F 31 es 5,4x10-1N. C.) la fuerza electrostática F 31 es – 7,5x10-1N. D.) la fuerza electrostática F 31 es 7,5x10-1N.

8.) Teniendo en cuenta que F 32 representa la fuerza de atracción que actúa sobre la carga q3 debido a la carga q2, podemos deducir que: A.) la fuerza electrostática F32 es – 5,4x10-1N. B.) la fuerza electrostática F 32 es 5,4x10-1N. C.) la fuerza electrostática F 32 es – 7,5x10-1N. D.) la fuerza electrostática F 32 es 7,5x10-1N.

9.) Dos cargas, digamos q1 y q2, separadas una distancia d, se repelen con una fuerza neta F. Si d se reduce a la mitad, podemos concluir que: A.) la fuerza electrostática F se duplica. B.) la fuerza electrostática F se reduce a la mitad. C.) la fuerza electrostática F se reduce a la cuarta parte. D.) la fuerza electrostática F se cuadruplica. 10.) Dado el siguiente esquema

115


Región del espacio perturbada por cargas eléctricas

Que es una unidad de medida Representar

Campo eléctrico

Según la expresión matemática

10. La proposición más acertada es: A.) Según experiencia, la expresión matemática N/C representa la unidad de medida del campo eléctrico que es la región del espacio perturbada por cargas eléctricas. B.) Dado experimentalmente, la expresión matemática N/C que es una unidad de medida representa el campo eléctrico que es la región del espacio perturbada por cargas eléctricas. C.) Según la expresión matemática, N/C, que es una unidad de medida, representa la unidad el campo eléctrico región del espacio perturbada por cargas eléctricas. D.) Dado experimentalmente, N/C expresión matemática que es una unidad de medida representa el campo eléctrico región del espacio perturbada por cargas eléctricas.

11. De acuerdo con la Ley de Coulomb, la fuerza neta F entre cargas participantes, digamos dos, es A.) Inversamente proporcional al producto de las cargas. B.) Directamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas. C.) Directamente proporcional al producto de las cargas. D.) Inversamente proporcional a la distancia que separa las cargas.

12. Para la fuerza electrostática F, la unidad de medida en el S.I. se deduce por A.) Newtons/Coulomb. B.) Coulomb/Newtons. C.) Newtons. D.) Coulomb.

116



Semana número ___ del ___ al ___ de______________ de 20___ (3 horas / semana)

♥ PROPÓSITO EXPRESIVO : Que yo comprehenda y analice los procesos aplicados en el planteamiento y busque adecuadamente la solución de las situaciones problemas propuestas. ♥ INDICADORES DE DESMPEÑO: 6. Resuelvo situaciones problemas a partir de observaciones, siguiendo instrucciones. 7. Identifico situaciones en esquemas ilustrativos, y realizo la descripción cualitativa y cuantitativa. 8. Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con el desarrollo de los movimientos. 9. Sigo instrucciones y utilizo diferentes procedimientos en flujogramas lineales y de decisión en el planteamiento y solución de problemas

PRE-EVA L UA CIÓN ICFES 1.) En nuestro gran Colegio con la participación de toda la comunidad educativa, cuidamos el medio ambiente cuando

punto B. la gráfica representativa, ilustra la fuerza neta sobre el automóvil al pasar por A, es

A.) no apagamos las bombillas, cuando salimos del salón de clase. B.) depositamos la basura en las canecas dispuestas alrededor de los

3.) Dos esferas macizas 1 y 2, con

pasillos.

volúmenes V y

C.) arrojamos basura sobre los pasillos y en el salón de clases. D.)

mantenemos las llaves del agua

abierta

mientras

nos

lavamos

las

manos, y o la cara. 2.) A un automóvil que desciende por una carretera se le aplican los frenos antes de llegar al punto A, de tal forma que se detiene completamente en el 117

respectivamente, flotan sumergidas a

diferentes

niveles h1 y h2 en un recipiente que contiene alcohol como lo indica la gráfica. De lo anterior podemos concluir que la densidad de la esfera


A.) 2 es el doble de la esfera 1. B.) 2 es la mitad de la del alcohol. C.) 1 es igual a la del alcohol. D.) 1 la mitad de la esfera 2.

► Responda las preguntas 4 y 5 de acuerdo con la siguiente información: La gráfica representa la rapidez de un cuerpo, que se mueve en línea recta en función del tiempo.

6.) Dentro de un calorímetro que contiene 1 litro de agua a 25ºC se introduce una esfera de metal de 1 kg a 100ºC. Cuando el sistema alcanza el equilibrio térmico, su temperatura es de 60ºC. La gráfica de barras que muestra la relación entre el calor cedido por la esfera Q1 y el calor ganado por el agua (Q2), es

4.) La gráfica que mejor representa la posición x(m) del cuerpo en función del tiempo t(s), es

7.) Un ladrillo fue colocado sobre una mesa, apoyado de diferentes formas

5.) La gráfica que mejor representa la aceleración a(m/s2) del cuerpo en función del tiempo t(s), es

Podemos deducir que la presión sobre la mesa debido al peso del ladrillo, es A.) mayor en A. B.) mayor en B. C.) mayor en C. D.) igual en todas las posiciones dadas. 8.) El gran futbolista José, patea un balón

118


que describe una trayectoria

parabólica tal como se ilustra en el gráfico. A continuación aparecen

gráfico,

es

A.) entre 1 seg y 2 seg el cuerpo se encuentra en reposo (detenido). B.) en la posición x = 10 cm el cuerpo cambia la dirección del movimiento.

algunos vectores, el que corresponde

11,) Al interpretar el equivocado afirmar que

a

la aceleración del balón en el punto A,

C.) la velocidad del cuerpo durante el primer segundo es igual a la velocidad entre el cuarto y quinto segundo. D.) en t = 3 seg el cuerpo cambia la dirección del movimiento.

es

12.) Al considerar la aceleración experimental como 9,8 m/seg 2, la masa de un cuerpo que pesa 9,8 Newtons, es A.) 98 kg.

► Responda las preguntas 9 a 11 de acuerdo con la siguiente información. La gráfica muestra la relación entre la posición de un cuerpo en función del tiempo.

B.) 0,98 kg. C.) 1 kg. D.) 9,8 kg.

13.) La opción que

mejor

representa el 9.) El desplazamiento total efectuado por el cuerpo, es

diagrama

A.) 0 cm.

velocidad constante sobre un plano

B.) 5 seg.

fuerzas de un bloque que se desliza con inclinado tal como lo ilustra el gráfico, es

C.) 40 cm. D.) 10 cm. 10.) La distancia total recorrida por el cuerpo, es A.) 10 cm. B.) 40 cm. C.) 0 cm. D.) 30 cm. 119

de


14.) La siguiente gráfica ilustra la relación que existe entre la medida de la temperatura en grados Fahrenheit y Celsius. La temperatura a la cual las dos escalas coinciden es A.) ºF = - 40. B.) ºF = 32. C.) ºF = 0. D.) ºF = 40. 15.) José trabaja en un puerto pesquero y llena su balde con la pesca del día. Para subirlo a una plataforma tal como se muestra en el gráfico, se le presentan tres opciones:

D.) 3, ya que la polea fija disminuye la fuerza que José debe realizar.

► Responda las pregu ntas 16 y 17 de acuerdo con la siguiente información. El trabajo realizado por un gas, cuando pasa del estado A al estado B, en el gráfico de presión P en función del volumen V equivale al área bajo la curva como se indica en el gráfico. La primera ley de la termodinámica establece que la variación de la energía interna ∆U de un sistema es igual al calor Q que recibe o cede el sistema, menos el trabajo W realizado sobre o por el sistema, es decir ∆U = Q – W. No olvide que la energía interna de un gas perfecto depende sólo de la temperatura. 16.) Cuando el sistema vuelve a su estado inicial A, tenemos que la variación de energía interna fue A.) mayor que cero. B.) igual a cero. C.) igual al calor recibido. D.) menor que cero.

1: subir el balde halando de la cuerda directamente. 2: Subir el balde usando una polea fija.

17.) Si el gas ideal es sometido a un proceso a temperatura constante tenemos que Q = W, porque A.) el sistema ha efectuado un ciclo.

3: Subir el balde usando un aparejo con una polea fija y una móvil.

B.) la energía interna no varía.

De las tres opciones planteadas, la que más conviene a José es la opción

C.) el sistema térmicamente.

A.) 1, 2 ó 3, ya que la fuerza que realiza José es igual en todas las opciones.

D.) no hay flujo de calor hacia el sistema.

B.) 1, ya que debe realizar una fuerza igual al peso del balde.

18.) Dentro de una caja hermética, de paredes totalmente aislante y al vacio, se halla un trozo de hielo a – 20ºC. La caja contiene una

C.) 2, ya que la polea fija disminuye la fuerza que José debe realizar. 120


está

aislado

bombilla inicialmente apagada. Mientras la bombilla permanece apagada la gráfica que mejor muestra la temperatura del hielo en función del tiempo, es

21.) El doblamiento que experimentan las ondas al pasar por un orificio muy pequeño se denomina A.) polarización. B.) interferencia. C.) reflexión. D.) difracción.

19.) Puesto que el período de oscilación de un péndulo es T = 2

, si la

longitud se reduce a la cuarta parte, podemos concluir que su nuevo período es A.) 4T.

22.) La distancia focal de un espejo cóncavo es 15 cm, si la imagen se forma a 30 cm del espejo, podemos decir que el objeto se encuentra colocado a A.) 30 cm. B.) 45 cm. C.) 10 cm. D.) 15 cm. ► Responda las preguntas 23 y 24 teniendo en cuenta el análisis de la siguiente figura

B.) . C.) . D.) 2T. 20.) Un resorte se pone a vibrar con una frecuencia de 4,5 seg -1 produciendo la configuración mostrada en la figura de la forma

La velocidad de propagación de la onda se expresa por A.) 0.9 m/seg. B.) 9 m/seg. C.) 90 m/seg. D.) 4,44 m/seg.

121

23.) La resistencia equivalente neta R e, se expresa por A.) una resistencia de 27Ω. B.) una resistencia de 20Ω. C.) una corriente de 0,5A. D.) una corriente de 20A. 24.) La corriente total que circula por todo el circuito, se expresa como A.) I = 10 A. B.) I = 1 A. C.) I = 20 A. D.) I = 40 A. 25.) Dos cargas q1 y q2 una positiva y la otra negativa, por supuesto se atraen con una fuerza F. Si duplicamos el valor de una de las cargas, la nueva fuerza se expresa como A.) la misma fuerza dada inicialmente F. B.) el doble de la fuerza inicial, 2F. C.) el cuádruplo de la fuerza, 4F. D.) la mitad de la fuerza inicial .



Semana número ___ del ___ al ___ de_________________ de 20___ (3 horas / semana)

FASE AFECTIVA ACTIVIDAD DE MOTIVACIÓN BOBINADO En esta práctica tendremos la oportunidad tratar la relación que se presenta entre la corriente eléctrica que pueda circular por una bobina y el campo magnético generado por ésta. También podremos estudiar cómo se produce una corriente eléctrica por medio de un campo magnético variable.

MATERIALES

► Fuente. ► Aguja imantada (brújula). ► Dos cables conductores. ► 6 metros de cable de cobre para embobinar Nº 22. ► Cilindro hueco de cartón. ► Lámina de madera.

122


PROCEDIMIENTOS 1.) Para construir una bobina enrolla alrededor del cilindro hueco unas 40 espiras del alambre de cobre para embobinar. 2.) Coloca la bobina sobre la lámina de madera. Al frente de uno de los extremos de la bobina coloca la aguja imantada, luego describe adecuadamente lo que observas. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ ____________________ 3.) Conecta los terminales de la bobina a la fuente, como se indica en el gráfico, luego describa lo que puede suceder con la aguja imantada. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ 4.) Ahora, invierta el sentido de la corriente en la bobina, y escriba lo que sucede con la orientación de la aguja imantada. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ______________________________________ ___________________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ 5.) Coloca la aguja imantada en diferentes posiciones con respecto a la bobina, y repita la experiencia, luego escriba lo que sucede. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ _________________________________________________________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ ____________________

123


1.) Describa cualitativamente el campo magnético producido por la bobina. ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________ _________________________________________________________________ 2.) Compara el campo magnético producido por la bobina con el campo magnético producido por un imán recto. ____________________________________________ _____________________ _________________________________________________________________ ____________________________________________ ____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ________________________________________________________________ 3.) Explica los cambios producidos en la aguja imantada cuando inviertes el sentido de la corriente en la bobina. ____________________________________________ _____________________ __________________________________________ _______________________ ____________________________________________ ____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ______________________________________ __________________________ 4.) Verifica la dirección del campo magnético a partir de la regla de la mano derecha. ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ________________________________________________________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ ____________________

TENGA EN CUETA LA APLICACIÓN DEL MÉTODO CIENTÍFICO DESCRITO EN EL SIGUIENTE FLUJOGRAMA: 124


PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA PRÁCTICA, APLICANDO EL MÉTODO CIENTÍFICO EN LOS GRADOS 10 y 11.

1. Observar fenómenos específicos. 2. Formular preguntas específicas sobre una observación, una experiencia o sobre las aplicaciones de las teorías científicas.

3. Formular hipótesis, con base en el conocimiento cotidiano, teorías y modelos científicos.



6. Realizar los experimentos precisados con modelos, verificando las condiciones que pueden influir en los resultados. 7. Utilizar las matemáticas como herramienta para modelar, analizar y presentar datos y modelos en forma de ecuaciones, funciones y conversiones.. 8. Realizar mediciones con instrumentos adecuados a las características y magnitudes de los objetos de estudio y los expresos en las unidades correspondientes.

9. Registrar las observaciones y resultados de manera organizada, utilizando esquemas, gráficos, tablas, escritos, etc.

10. Establecer relación entre la información recopilada y mis resultados. 11. Interpretar los resultados teniendo en cuenta el orden de magnitud del error experimental.


13. Relacionar mis conclusiones con las presentadas por otros aut ores y formulo nuevas preguntas.

14. Proponer y argumentar respuestas a las preguntas de estudio y las comparo con las de otroas personas y con las de teorías científicas.



125





Un flujo de cargas eléctricas es una corriente eléctrica; el movimiento de las cargas eléctricas es producido por fuentes tales como pilas o generadores de electricidad. Hoy en día existe un sinnúmero de mecanismos domésticos e industriales que funcionan gracias a la electricidad, tales aparatos operan debido al movimiento de las cargas eléctricas que fluyen a través de circuitos eléctricos. Las leyes que explican el funcionamiento de los circuitos eléctricos son aplicaciones de los principios de conservación de la carga eléctrica y de la energía. a corriente eléctrica es el movimiento continuo de cargas eléctricas en un conductor cuyos extremos se encuentran a diferente potencial. Cuando por un conductor circula una corriente eléctrica, la diferencia de potencial (∆V) entre dos puntos es igual al trabajo (W) necesario para llevar una carga de valor unitario de un lugar a otro, por tanto matemáticamente se expresa por ∆V = . 1.) ¿Qué signific a (∆V), y

cómo

se

determina? ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________ 2.) Grafica la siguiente proposición: “Algunas fuentes, tales como pilas, generadores de electricidad generalmente producen el movimiento de las cargas eléctricas”. ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________

3.) Dada la expresión ∆V =

126

, usted podrá deducir w, igualmente para q.


PROPÓSITO EXPRESIVO: Que yo analice, resuelva y siga instrucciones precisas para dar solución adecuada de las situaciones problemas, gráficos, problemas sobre cargas eléctricas en movimiento. ►

INDICADORES DE DESEMPEÑO: ► Formulo, y resuelvo situaciones problemas aplicados a cargas eléctricas en movimiento.

► Modelo proposiciones seleccionadas de los diferentes textos sobre cargas eléctricas en movimiento.

Cuando la corriente circula por el filamento, éste emite luz. Nosotros en muchas ocasiones realizamos al accionar un interruptor podemos encender o a pagar un bombillo; al cerrar un interruptor, puede ocurrir que las pilas generen una diferencia de potencial entre los extremos del filamento del bombillo, estableciendo un campo eléctrico (E) en el interior del filamento. La corriente eléctrica es el movimiento continuo de cargas eléctricas a través de ciertos materiales. No todos los cuerpos permiten la circulación de corriente eléctrica, por ello los cuerpos se pueden clasificar en conductores los que permiten el paso de corriente, y los aislantes (no permiten el paso de corriente).

La diferencia de potencial ∆V, que expresa el cociente entre el trabajo necesario W para elevar una carga q de valor unitario de un punto a otro, se mide en voltios (v), el trabajo

en julios (J) y la carga en coulomb (C). “∆V =

”.

La corriente (i) es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una sección de un conductor en la unidad de tiempo, es decir i = .

1.)

Deduzca la unidad de medida para la corriente eléctrica (i). ____________________________________________ _____________________ ____________________________________________ _____________________

127


2.)

La corriente eléctrica es una magnitud escalar que se mide en amperios (A), por tanto ¿a qué es igual: un miliamperio (mA); 1 en amperios? ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________

1.) Dada la relación de la fuerza electromotriz ( ) que se simboliza (fem), donde participa el trabajo W realizado por la fuente sobre una carga q, expresa por: = . Usted debe escribir la relación de W en función de y q. _________________________________________________________________ ____________________________________________ _____________________ 2.) Defina coherentemente la fuerza electromotriz, apoyado en la relación dada arriba. ________________________________________________ _________________ ________________________________________________ _________________

► Responda las preguntas 3 y 4, de acuerdo con la siguiente información: Si por un conductor de acero de 1,5 mm de diámetro circula una corriente de 3 mA durante 2 minutos, podemos deducir que. 3.) La carga eléctrica que pasa a través de una sección transversal del conductor, es A.) 3,6x10-1coulomb. B.) 3,6x10-2coulomb. C.) 0,36x10-1coulomb. D.) 0,36x102coulomb. 4.) Puesto que la carga de un electrón 1e = 1,6x10 -19C, el número de electrones que pasan por dicha sección del conductor, es A.) 2,25X1018electrones. B.) 2,25x10-18electrones. C.) 0,225x10-19electrones. D.) 0,225x1017electrones. 128


5.) La corriente que circula por la resistencia depende de la diferencia de potencial que hay entre sus extremos. El físico alemán George Simon Ohm (1.789-1854) comprobó que, en algunos elementos de un circuito, la diferencia de potencial es directamente proporcional a la corriente que pasa a través de ellos, donde

= constante.

Deduzca cómo se denomina la constante de proporcionalidad, y cómo se simboliza. ________________________________________________ ______________________ 6.) La relación R = . , donde

resistividad, longitud del material (alambre), mientras

que A superficie ó área del conductor, para cada material, la medida de la resistencia de un conductor de largo un metro y de área un metro cuadrado se conoce como resistividad (

y se mide en

.m, por tanto al deducir la relación de la resistividad,



usted concluye que ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

Cuando una corriente circula por un conductor, se producen muchas y variadas transformaciones energéticas, una de ellas, la corriente que circula por un bombillo produce una transformación de energía eléctrica en calor y en energía luminosa. Si una resistencia está sometida a una diferencia de potencial ∆V, la energía potencial de una cantidad de carga que fluye a través de la resistencia disminuye, por tanto hay

una caída de potencial, de donde ∆V =

, y como i = , resulta entonces ∆V =

.

APLICACIÓN: De acuerdo a la última relación dada arriba, deduzco claramente cómo se expresa el

cambio de energía potencial ∆E p ________________________________________________ ______________________

LA POTENCIA ELÉCTRICA En el caso de una resistencia, la rapidez con que varía de la energía potencial eléctrica, es decir, la potencia consumida se expresa como el cociente del cambio de 129


energía potencial en la unidad de tiempo, esto es

P=

= i.∆V, se mide en

vatios (W). La fuerza electromotriz de la fuente es

∆V, resulta luego que P =

=

y la diferencia de potencial en la resistencia es

= i. .

La potencia que consume la resistencia, es P = i.V, puesto que V = i.R, se deduce que P = i2.R =

.

SITUACIÓN PROBLEMA

► Respondo las preguntas 1 a 3 de acuerdo a la siguiente información, en las especificaciones de una plancha dice que hay una potencia de 796,4W y un voltaje de 110 voltios. 1.) La corriente que puede circular por la plancha, siendo que P = i.V, es A.) 0,138 A. B.) 7,24 A. C.) 1,38 A. D.) 72,4 A. 2.) Al realizar la búsqueda de la energía consumida por la plancha en 45 minutos, decimos que A.) 1´610.280 Julios. B.) 161.028 Julios. C.) 600 Julios. D.) 36.000 Julios. 3.) La energía consumida por la plancha en los 1,5 horas expresada en kilovatios hora (kWh), aproximadamente, es A.) 11,95 kWh. B.) 1,19 kWh. C.) 1194,6 kWh. D.) 119,46 kWh. 4.) A partir de la expresión matemática de la forma corriente i, podemos deducir que A.) i = (R + r).

= i.R + i.r, al despejar la

B.) i = R + r. C.) i =

.

D.) i =

.

► Respondo las preguntas 5 a 9 de acuerdo con la siguiente información: Figura 9 pág 174 Santillana arriba. La fuerza electromotriz de la fuente es 6 voltios y la diferencia de potencial entre sus terminales A y B es 5,5 voltios. 130


En el circuito podemos observar que r = 100  que representa la resistencia interna de la fuente cuya fuerza electromotriz es 6 voltios. 5.) Puesto que las resistencia R 1 y R 2 se encuentran en paralelo, podemos concluir que su resistencia equivalente Re es A.) 2k = 2.000. B.) k = 500 . C.) k = 200. D.) k = 333,33. 6.) Las resistencias r, R 1, R 2 y R 3 están en serie, por tan la resistencia equivalente Re es 3.000, luego podemos decir que la corriente que puede circular por la fuente se expresa por A.) i = 2x103 A. B.) i = 2x10 -3 A. C.) i = 3x10 3 A. D.) i = 3x10 -3 A. 7.) En la resistencia interna de la fuente, hay una caída de potencial V r , que se expresa por Vr = i.r; como por la resistencia R 3 circula una corriente de 2x10-3 A, por tanto A.) la diferencia de potencial V3 es igual a 18 voltios. B.) la diferencia de potencial V 3 es igual a 1,8 voltios. C.) la diferencia de potencial V 3 es igual a 0,18 voltios. D.) la diferencia de potencial V 3 es igual a 18 voltios. 8.) Como la diferencia de potencial entre A y B es de 5,5 voltios, entonces se concluye que A.) la diferencia de potencial entre los puntos A y C es de 7,3 voltios. B.) la diferencia de potencial entre los puntos A y C es de 3,7 voltios. C.) la diferencia de potencial entre los puntos A y C es de 0,73 voltios. D.) la diferencia de potencial entre los puntos A y C es de 5,5 voltios. 9.) El valor de la potencia suministrada por la fuente, digamos P fuente, es A.) 1,2x10-1 W. B.) 1,2x101 W. C.) 1,2x10-2 W D.) 1,2x102 W. 10.) Una resistencia R1 se conecta en paralelo con una resistencia R 2, según gráfica. Si la resistencia equivalente de la combinación es R 2/3. Podemos deducir que A.) R1 = . B.) R2 =

.

C.) R1 =

.

D.) R2 =

131





Cuando un conductor se somete a un voltaje, circula por él una corriente eléctrica. La corriente es directamente proporcional del voltaje. Para un conductor en el cual se cumple que el voltaje V, la resistencia R, y la corriente i, se relacionan mediante la expresión V = i.R. Cuando por un conductor, sometido a un voltaje, circula corriente eléctrica se disipa energía en forma de calor, lo cual se conoce como efecto Joule. La potencia disipada se expresa como P = i.V.

1.) Al despejar la corriente i que circula en algún circuito, expresa la relación que resulta entre los tres elementos de la Ley de Ohm. ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

2.) ¿Qué significa tener P = i.V? ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

132


► Fuente. ► Voltímetro. ► Amperímetro. ► Resistencia. ► Resistencia variable (reóstato) o resistencias de diferentes valores.

INSTRUCCIONES 1.) Construya el circuito tal como lo muestra la figura dada arriba. En dicho circuito se encuentra representada una fuente, una resistencia variable R v o reóstato, una resistencia R, un voltímetro, y un amperímetro. La resistencia variable tiene como finalidad variar la diferencia de potencial, a la que está sometida la resistencia R. Si no tiene un reóstato, puedes utilizar diferentes resistencias para variar la corriente que circula por la resistencia R. Es recomendable que únicamente mantengas cerrado el circuito mientras tomas las medidas, de esta manera evitas que se calienten las resistencias. 2.) Para medir la diferencia de potencial entre dos puntos, se conecta cada terminal del voltímetro a cada uno de los puntos entre los cuales se desea medir el voltaje. Comprueba con el voltímetro que dos puntos de un mismo cable conductor están a la misma diferencia de potencial. 3.) Para medir la corriente, se intercala el amperímetro en el circuito de tal manera que por él circule la corriente que desea medir. Mida la corriente que circula por la resistencia R. 4.) Mida la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R. Registra los valores de la corriente y el voltaje en la siguiente tabla. V(v)

133


I(A)

5.) Varía la resistencia variable R v, para obtener distintos valores del voltaje en la resistencia fija. A cada diferencia de potencial corresponde un valor de la corriente que circula por la resistencia R. Registra los datos en la tabla. 6.) Representa los valores obtenidos en el plano cartesiano, donde en el eje X se representa por la corriente i, mientras que el eje vertical Y le asigna como el voltaje. 7.) Realiza la representación gráfica de corriente en función de diferencia de potencial V, luego determina la pendiente de la gráfica. V (v)

i (A).

ANÁLISIS 1.) ¿Qué sucede con la corriente que circula por la resistencia cuando se duplica el voltaje aplicado? ________________________________________________ ______________________ ________________________________________________ ______________________ ______________________________________________________________________

2.) ¿Qué significado tiene la pendiente de la recta obtenida? ________________________________________________ ______________________ ________________________________________________ ______________________ ______________________________________________________________________ 3.) ¿Cuáles son sus unidades de medidas? ________________________________________________ ______________________ ________________________________________________ ______________________ 4.) Halla el valor de la resistencia R. ________________________________________________ ______________________ ________________________________________________ ______________________ 134


TENGO EN CUETA LA APLICACIÓN DEL MÉTODO CIENTÍFICO DESCRITO EN EL SIGUIENTE FLUJOGRAMA: PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA PRÁCTICA, APLICANDO EL MÉTODO CIENTÍFICO EN LOS GRADOS 10 y 11.

1. Observar fenómenos específicos.

2. Formular preguntas específicas sobre una observación, una experiencia o sobre las aplicaciones de las teorías científicas.

3. Formular hipótesis, con base en el conocimiento cotidiano, teorías y modelos científicos.



6. Realizar los experimentos precisados con modelos, verificando las condiciones que pueden influir en los resultados.

7. Utilizar las matemáticas como herramienta para modelar, analizar y presentar datos y modelos en forma de ecuaciones, funciones y conversiones..

8. Realizar mediciones con instrumentos adecuados a las características y magnitudes de los objetos de estudio y los expresos en las unidades c orrespondientes.

9. Registrar las observaciones y resultados d e manera organizada, utilizando esquemas, gráficos, tablas, escritos, etc.

10. Establecer relación entre la información recopilada y mis resultados.

11. Interpretar los resultados teniendo en cuenta el orden de magnitud del error experimental.


13. Relacionar mis conclusiones con las presentadas por otros autores y formulo nuevas preguntas.

14. Proponer y argumentar respuestas a las preguntas de estudio y las comparo con las de otras personas y con las de teorías científicas.



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♥ PROPÓSITO EXPRESIVO : Que yo comprehenda y analice los procesos aplicados en el planteamiento y busque adecuadamente la solución de las situaciones problemas propuestas, como electromagnetismo. ♥ INDICADORES DE DESMPEÑO: 10. Resuelvo situaciones problemas a partir de observaciones, siguiendo instrucciones. 11. Identifico situaciones en esquemas ilustrativos, y realizo la descripción cualitativa y cuantitativa. 12. Analizo y argumento datos, tablas y gráficos como resultado de la interpretación de situaciones y establecimiento de condiciones relacionados con el desarrollo de los movimientos. 13. Sigo instrucciones y utilizo diferentes procedimientos en flujogramas lineales y de decisión en el planteamiento y solución de problemas 1.) Los balines conductores 1 y 2 tienen cargas q1 = 2q respectivamente.

y Sus

q2 = 4q masas

son

despreciables, y están suspendidos de hilos no conductores e interactúan electrostáticamente.

2.) La resistencia equivalente del circuito

Podemos

en la gráfica, será

observar que el esquema

de

fuerzas que mejor representa

la

interacción electrostática entre los dos balines, es

A.) Re = R. B.) Re = 7R. C.) Re = 3R. D.) Re = 6R.

136


► Responda las preguntas 3 y 4 de

► Cada enunciado de las preguntas 5 a

acuerdo a la siguiente información: Dos

7 se completa correctamente con dos de

cargas puntuales q1 = 3x10-6C positiva y

las opciones que le siguen. Debes

q2 = 4x10-6C positiva, ubicadas en el

marcar, teniendo en cuenta que será.

aire y separadas una distancia de 2x10 -2 metros.

A, si I y II son opciones correctas. B, si II y III son opciones correctas. C, si III y IV son opciones correctas. D, si I y III son opciones correctas. 5.) De acuerdo a la Ley de Coulomb, la fuerza electrostática F entre cargas, es I. directamente proporcional al producto

3.) Puesto que la fuerza electrostática F

de éstas.

es de la forma F = k

II.

, entonces

podemos encontrar las fuerzas F 1 y F2, de las cargas sobre la tercera carga q3 = 2x10-6C, situada en toda la mitad, siendo r = 10 -2m. Dichas fuerzas son:

C.) F1 = - 540 N y F2 = 720 N. D.) F1 = - 720N y F2 = 540 N.

III.

inversamente

IV.

A.

(derecha).

C.) F = 1260 N orientada hacia la carga 2

(el centro).

C.

al

D.

II. Statvoltios. .

IV. A.

. B.

C.

D.

7.) De acuerdo con la gráfica dada

(izquierda).

137

B.

expresar según sistema, en

D.) F = 1260 N orientada hacia la carga 2

proporcional

6.) La diferencia de potencial, se puede

III.

4

al

producto de éstas.

A.) F = 180 N orientada hacia la carga B.) F = 180 N orientada hacia la carga

proporcional

inversamente

I. Voltios.

(izquierda).

al

cuadrado de la distancia que las separa.

4.) La fuerza neta F = F 1 + F2 suma algebraica, tendrá como valor

3

proporcional

cuadrado de la distancia que las separa.

A.) F1 = 540 N y F2 = - 720 N. B.) F1 = 720 N y F2 = - 540 N.

directamente


I. la fuerza neta F sobre q 1 es de 6x10 -9

A.) 1,25X103N dirigido hacia la derecha.

Newtons.

B.)

II. la fuerza neta F sobre q 2 es de 8x10-9

izquierda.

Newtons.

C.) 1,25X10-3N dirigido hacia la derecha.

III. la fuerza neta F sobre q 3 es de

D.)

228x10-9 Newtons.

izquierda.

1,25X103N

1,25X10-3N

dirigido

dirigido

hacia

hacia

la

la

IV. la fuerza neta F sobre q 1 es de 18x10-9 Newtons.

11.) El cociente entre la caga q,

A.

B.

C.

D.

almacenada por un condensador, y la diferencia de potencial V, es una

8.) Cuando se reordenan las cargas en un conductor debido a la presencia de otro, se dice que el cuerpo se ha electrizado por

constante C que expresa capacidad eléctrica del condensador, cuya unidad de medida en el sistema internacional (S.I) es faradio (F), entonces se deduce que el faradio, resulta de

A.) frotamiento. B.) inducción. C.) contacto. D.) polarización. 9.) Dentro del agua, se encuentran dos cargas q1 = 2,5

, y q2 = - 4,2

A.)

.

B.)

.

C.)

.

D.)

.

12.) ¿A qué distancia r deben situarse

separadas 3x10-2m, podemos decir que

dos cargas q1 = 10-5C, y q2 = 10-8C, para

la fuerza electrostática de atracción F,

que la fuerza electrostática F de

sabiendo que la constante k = 1,1x10 8

atracción entre ellas sea de 9N?

,

A.) r = 10-2m.

es

B.) r = 10 2m. C.) r = 10 -2 cm.

A.) 1,28X10-1N.

D.) r = 10 2 cm.

B.) 1,28X101N. C.) 1,28X100N.

► Responda las preguntas 13 y 14 de

D.) 1,28X102N.

acuerdo con la siguiente información: Sabemos que para determinar la fuerza

10.) La fuerza F que experimenta una

magnética F que actúa sobre una carga,

carga positiva de q = 1,25

cuando se

si el ángulo se encuentra entre v que

encuentra en un campo eléctrico de

representa la velocidad con que es

1000N/C dirigido hacia la derecha, es

disparada una carga y B el campo

138


magnético, su expresión matemática es de la forma, F = q.v.B.sen .

D.) reducir a la mitad la distancia entre las cargas. 17.) Se tienen dos cargas positivas q1 y

13.) Para Sen 0º = 0, Sen 60º = 0,87,

q2 tal como se muestra en el gráfico,

Sen 90º = 0, Sen180º = 0; y una carga

con q1 mayor que q 2.

q = 3x10-6 C, que entra en un campo

El punto donde se debe colocar una

magnético constante donde B = 0,5

tercera carga positiva para que la fuerza

Wb/m2 con una velocidad de v = 4x10 5

neta sobre ella sea cero, está

m/seg, podemos deducir que

A.) entre q1 y q2, exactamente en el centro. B.) entre q1 y q2, más cerca de q1. C.) entre q1 y q2, más cerca de q2. D.) a la izquierda de q 1. 18.) Dos cargas eléctricas q1 = q2 siendo

I. F = 0 N, con

º.

II. F = 5,22X10 -1 N, con III. F = 6X10 -1 N, con

º. º.

A.) I correcta únicamente. B.) II correcta únicamente. C.) I y II correctas únicamente. D.) I, II y III correctas. 14.) ¿En qué dirección debe entrar la

q1 = 4,5x10-9C, separadas en el aire una

carga para que la fuerza magnética que

las cargas, es

actúa sobre ésta sea máxima?

A.) 1,82x10-5 N. B.) 1,82x105 N. C.) 18,2x10-5 N. D.) 1,82x10-7 N. 19.) ¿A qué distancia deben situarse

A.) Cuando el ángulo sea igual a 0º. B.) Cuando el ángulo sea igual a 60º. C.) Cuando el ángulo sea igual a 90º. D.) Cuando el ángulo sea igual a 180º.

distancia de 10 cm, con k = 9x10 9

.

La fuerza F aproximada con se atraen

dos cargas q1 = 10-4C y q2 = - 10-6C

15.) Dos cargas eléctricas, separadas

para que la fuerza F de atracción entre

una determinada distancia, se ejercen

ellas mida 10N?

una fuerza F. Sin variar el valor de las

A.) la distancia r es igual a

m.

cargas, la distancia se reduce a la

B.) la distancia r es igual a

m.

mitad, podemos deducir de la nueva fuerza que es igual a A.) 16 F.

C.) la distancia r es igual a 3 m. D.) la distancia r es igual a 10 m. 20.) Tomada la situación anterior, pero

B.) 4 F.

con la condición de que las cargas sean

C.) .

iguales a 10-4C, la distancia que separa

D.) .

las cargas es

16.) Para duplicar la fuerza F que

A.) la distancia r es igual a

m.

ejercen dos cargas, se debe

B.) la distancia r es igual a

m.

A.) duplicar la magnitud de las cargas. B.) duplicar la distancia entre las cargas. C.) duplicar la magnitud de una de las cargas. 139

C.) la distancia r es igual a 3 m. D.) la distancia r es igual a 10 m.


10 Ejercicios

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