003_experimentos

8/3/2019 003_experimentos

1/32


2/32

ndiceIntroduccin ......... 3 Jean Bernard Len Foucault .... 4

Parte I: El clima pendiendo de un hilo Susana A. Alaniz lvarez y ngel F. Nieto Samaniego

Experimento 1 ..................... 5Para medir el tiempo me basta con un hilo y un tornillo

Medicin del tiempo con un pnduloExperimento 2 ..................... 7Hagamos una elipseExperimento 3 ..................... 9...y sin embargo se mueve

Experimento 4 ..................... 11El paraso lopreero por el clima, el inerno por la compaaTiempo de exposicin al sol


3/32


4/32

Introduccin

Esta es la cuarta contribucin de la serie Experimentos simples para


5/32

Jean Bernard LenFoucault (1819-1868) naci en Pars, Fran-cia. Aprovech la popularidad que haba tomado la ciencia en la Francia del


6/32

Para medir el tiempo me basta un hilo y un tornillo

Experimento 1Medicin del tiempo con un pndulo

Materiales:Tornillos o cualquier objeto pesado que puedas sujetar con un hilo.

Hilos de varios tamaos: 10 cm, 30 cm, 100 cm, 250 cm.Reloj o cronmetro.

Procedimiento:Construye varios pndulos sujetando un objeto con cierto peso en un ex-tremo de cada hilo.Culgalos de una barra horizontal (por ejemplo un barandal).Acciona un pndulo a la vez y cuenta el tiempo que tarda en ir y venir,

anota el resultado en una libreta. Vuelve a hacerlo levantando ahoramsel tornillo para que tenga ms amplitud de movimiento. Despus haz lomismo con pndulos de distinto largo de hilo.


7/32

Variantes:Tambin puedes poner objetos con pesos distintos y notars que, si el largo

del pndulo es el mismo, el tiempo de recorrido no cambiar.Cuando el tamao del hilo es grande notars que la trayectoria del pndulo

no es una recta exactamente, es ms bien una elipse, es decir parecida a

un crculo aplastado.


8/32

Experimento 2

Hagamos una elipse

Materiales:2 clavos (pueden ser ramas, palitos, lapices...).1 Hilo.

Tierra o arena.Un lpiz.

Procedimiento:Clava en la tierra los clavos, separdos uno de otro.

Amarra entre s los dos extremos del hilo.Coloca el lpiz adentro del hilo y forma un tringulo entre el lpiz, y los

clavos. Procurando que la cuerda est tensa, gira y dibuja la elipse.

Observa:Si la distancia entre los clavos (tcnicamente conocidos como focos) esmuy grande, la elipse estar muy alargada, llegando en el caso extremo a ser


9/32

Encuntralo en la Naturaleza:

La trayectoria que sigue la Tierra alrededor del sol es de una elipse, sinembargo es casi como un crculo, por eso esta trayectoria No es la causade la variacin del clima en las estaciones. Observa que cuando la Tierra

est ms alejada del sol es verano e invierno y cuando est ms cercana

es primavera y otoo (tambin puedes notar que cuando en el hemisferio

norte es verano en el sur es invierno).


10/32

Experimento 3

...y sin embargo se mueve

Materiales:Cinta adhesiva (masking tape).Una ventana.

Una noche estrellada.

Procedimiento:En una noche estrellada asmate ala ventana de tu cuarto y marca enel vidrio, con un pedazo de masking

tape, la posicin de al menos tresestrellas. Cada media hora aproxi-

d t ( j l t


11/32

Explcalo:Lo que se mueve eres t, o ms bien la Tierra bajo tus pies, por la rotacin

de la Tierra. Las estrellas ms lejanas se mueven ms lentamente que los

planetas y la luna, que estn ms cercanos a nosotros, pero en este expe-rimento las diferentes distancias marcadas en la ventana no dependen dela distancia a las estrellas, sino de su posicin con respecto del Norte. Simarcaras en la ventana la estrella polar, sta no se mover.

Obsrvalo en tu vida cotidiana:Cuando vas avanzando en un coche o camin en la carretera, los rboles

cercanos pasan rpido y los ms alejados menos rpido.


12/32

El paraso lo prefero por el clima, el inferno por la compaa

- Mark Twain

Experimento 4

Tiempo de exposicin al sol

Materiales:Un da de sol.Camisas de varios colores incluyendo una negra y otra blanca.

Procedimiento:Ponte una camisa negra y sal al sol cinco minutos, luego ponte la camisablanca y ve al sol otros cinco minutos. Prueba con camisas de varios co-lores y materiales.

Observa:Con la camisa negra se siente ms calor que con la blanca.


13/32

Explcalo:El calor se transmite por radiacin, conduccin y conveccin. En la con-duccin el calor se transmite por el contacto (por ejemplo tocando una ollacaliente), en la conveccin se transmite a travs de un uido en movimiento

(el vapor que sale de la olla con agua hirviendo) y por radiacin a travs

de movimiento de ondas sin que intervenga un uido en movimiento (al

aproximarte a cualquier fuego sientes inmediatamente el calor). En este

experimento intervienen los tres mecanismos: los rayos solares emiten

luz y calor, el calor viaja por radiacin atravesando la capa de aire de laatmsfera, cuando los rayos tocan la supercie la calientan y el aire que

toca la supercie caliente se calienta por conduccin, cuando el aire se

calienta se expande y asciende por conveccin.Los rayos solares se ponen en contacto con la camisa negra, el color negroabsorbe casi todos los rayos y se calienta, mientras que la camisa blanca

reeja casi todos los rayos.

Aplcalo a tu vida:

Los carros negros se calientan ms que los de color claro. A medida queel carro se queda ms tiempo expuesto al sol, ms se calentar el aire en

su interior.


14/32

AlbedoNieve reciente 86%Nubes muy brillantes 78%Nubes (promedio) 50%Desiertos terrestres 21%Suelo terrestre sin vegetacin 13%Bosques (promedio) 8%

Ceniza volcnica 7%Ocanos 5 a 10%

importante del casquete polar del norte, los cientcos estn preocupados

ya que esto indica que est subiendo la temperatura global de la Tierra. La

Tierra puede absorber mayor cantidad de calor al convertirse la nieve en

agua, ya que el albedo del agua es menor que el de la nieve.


15/32

Persiguiendo tu propia sombra

Experimento 5Inclinacin de los rayos solares

Materiales:

Un foco de 60 100 watts.Socketcon extensin.Una hoja de papel y cinta adhesiva.Un termmetro de ambiente.Un muequito o un gis que represente un muequito.

Nota: Cuidado con la corriente elctrica y con el foco caliente.

Procedimiento:Enrolla la hoja de papel y p-gala para hacer una pantalla,colcala sobre el foco para


16/32

Explcalo:La radiacin que sale del foco, al igual que la del sol, viene en forma deluz y de calor. La pantalla hace que la luz se concentre, y cuando sta

ocupa menos espacio concentra el calor calentando ms la zona ilumi-nada. Cuando la misma cantidad de luz se dispersa, la zona iluminada se

calentar menos.

Encuntralo en la Naturaleza:


17/32

Experimento 6

Calor especco cunta energa se requiere para

cambiar tu temperatura?

Materiales:Tres vasos de plstico.

Agua, tierra, aire.Termmetro.

Procedimiento:

Llena un vaso con agua, pon un poco de tierra en otro vaso (nota que aqutierra est con minscula para designar al suelo y no al planeta), y el tercero

djalo vaco (o sea con aire). Mete al refrigerador los tres vasos, scalos

a los diez minutos y tcalos con la frente, compralos para saber cul es

el ms fro. Despus pon los vasos que tienen agua y tierra al sol por 15

minutos y con un termmetro mide la temperatura del agua y de la tierra.

Observa:


18/32

Explcalo:El agua, el aire y la tierra tienen distintos valores de calor especco, siendo

ste una medida de cunta energa se necesita para cambiar de temperatura

un material. El agua necesita cuatro veces ms energa que el aire o la tierra,

por eso el vaso que tiene agua se enfra ms lentamente. Lo mismo pasa

cuando los pones al sol, la energa que viene del sol, que es la misma para

todos, calienta ms rpido la tierra que el agua.

Aplcalo a tu vida:Se sabe que todos los objetos tienden a tener la misma temperatura, esto

quiere decir que si pasa un tiempo considerable sin exponer los objetos a

una fuente de calor tendern a tener todos ellos la temperatura ambiente.

El tiempo que tardan en adquirir esta temperatura depende de su calor

especco y de la cantidad del material.

El hombre, como los mamferos y aves, regulan su temperatura. Los animalesde sangre caliente utilizamos la mayor parte de la energa que consumimos

en mantenernos a una temperatura constante (aproximadamente 36.5 C),

mientras que la temperatura ambiente casi siempre es mucho menor. Los

reptiles, de sangre fra, dependen del calor ambiental para aumentar sutemperatura, por eso cuando el da est soleado se mueven rpidamente


19/32


20/32

Antrtida i

Explcalo:El agua cuando se calienta se expande, as ocupa ms espacio con la misma

cantidad de agua (es decir se hace ms ligera) y asciende. Curiosamente el

hielo ota en el agua por lo mismo, ya que cuando se congela se expande

y se vuelve menos denso que el agua misma. Cuando el hielo se derrite

el agua sigue estando fra y es ms densa que el agua que la rodea por lo

que se sumerge.

El agua tiene su mayor densidad a 4 C, cuando aumenta o disminuye su

temperatura el agua se expande y es menos densa.

Encuntralo en la Naturaleza:Siempre que se juntan dos uidos (sean gas o lquido) con distinta tempera-

tura, y por lo tanto distinta densidad, habr movimiento. El papel que juegala conveccin (cuando se transmite el calor por el movimiento de un uido)en el clima es muy importante. Por conveccin se generan los vientos y lascorrientes ocenicas. El movimiento de las aguas ocenicas a nivel global

se da, en parte, por el ascenso de aguas calientes y el descenso de aguas

fras, trasladando as grandes cantidades de calor. El Gran TransportadorOcenico es la principalcorriente ocenica; ob-


21/32

Experimento 8

La densidad como motor del viento

Materiales:Una lmpara.

Talco, harina, polvo o cualquier material no.


22/32

Cmo la densidad afecta el clima?El efecto del calentamiento del sol empieza cuando sus rayos tocan la super-

cie de la Tierra, calentando algunos lugares ms que otros (por efecto delalbedo mencionado anteriormente y por la inclinacin de los rayos solares).El i li t i l d l i d f


23/32

Experimento 9

El efecto Coriolis

Posiblemente has escuchado que al vaciar el agua de un lavabo en el hemis-ferio norte el agua gira en el sentido de las manecillas del reloj, mientrasque cuando se hace en el hemisferio sur ocurre lo contrario. Se dice que

esto es debido al efecto Coriolis. Antes que nada hay aclarar que es falso,

porque la rotacin no puede afectar masas tan pequeas de agua, pero estemito ha permitido la popularizacin del efecto Coriolis.El efecto Coriolis explica la desviacin de la trayectoria de un cuerpo que se

mueve sobre una supercie que rota. Como la Tierra tiene en su supercie

aire y agua, la trayectoria del movimiento de estos uidos se ve alterada

por la rotacin de la Tierra y se ha utilizado este efecto para explicar lasdirecciones de vientos y corrientes marinas. Para entender cmo funcionael efecto Coriolis experimntalo primero:

Materiales:Un disco giratorio, puede ser un carrusel o una hoja de papel que puedas

girar con la mano.


24/32

Variaciones: Si hacemos girar el disco en direccin en el sentido de las

manecillas del reloj, las trayectorias sern en sentido contrario.

Cmo acta el efecto Coriolis en la Tierra?


25/32

Si observas una imagen de satlite de la Tierra vers que los ciclones en el

hemisferio norte giran en sentido contrario a las manecillas del reloj. Unamanera de explicar esto es que siendo el cicln una zona de baja presin

tiende a atraer el aire de alrededor, el cual, por el efecto Coriolis se estaramoviendo en el sentido las manecillas del reloj en el hemisferio norte. Esto

produce que la zona del centro, o sea la zona del cicln, gire en sentido

contrario como se ve en la Figura. Lo mismo pasa cuando golpeas un dis-co giratorio con un movimiento de tu mano hacia la derecha y el disco se

mueve en sentido contrario.


26/32

Juan.Yo no entend. S est muybonita la bola. Creo que podra

verla durante mucho tiempo sinaburrirme, pero no entend la ex-

plicacin que nos dio Ulises.

Jos. Primero nos explic cmofabricar una plomada. Nos dijo que

slo necesitbamos amarrar un hilo

a una piedrita y colgar el hilo de

Conversacin sobre el Pndulo de

Foucault

La siguiente conversacin entre los nios Julia, Jos y Juan sucede en las insta-

laciones del Centro Educativo y Cultural Manuel Gmez Morn del Estado de

Quertaro. All se encuentra instalado el ms hermoso Pndulo de Foucault de

Mxico. Los nios hacen referencia a los talleres del proyecto Sophie del Centro

de Fsica Aplicada y Tecnologa Avanzada de la UNAM en el que se da a conocer

la ciencia a los nios. Todos los nios son bienvenidos, sobre todo en verano.

Miguel de Icaza Herrera


27/32

Juan. Eso s realmente no supe nide qu estaba hablando.

Jos. T tienes la culpa: yo vi que

te pusiste a sacar chocolates y, porestar tapndote, para que no te viera,

ni ponas atencin. Oye Julia, Y ts entendiste? Hasta pareca que

b h bl d d l l

Julia. Mira, t has visto algunosaviones que van pintando el cielo

con humo. Estas marcas las van

dejando por donde van pasando ymuestran el camino por donde vapasando el avin.Juan. Pues yo no he visto el humoque va dejando la lenteja.

Jos. (A punto de perder el control)Con o sin humo, el camino es sim-plemente por dnde va pasando lalenteja.Julia. Acurdense que Ulises nos

mostr cmo la lenteja poda mo-verse en elipses.Juan. En queee?

Julia. S, son esos como crculosaplastados. Acurdate que la sema-

na pasada estuvimos jugando a lageometra.

i


28/32

obtena una gura larga que llama-ban elipse, y esta gura se poda ir

adelgazando ms y ms, colocando

cada vez ms separados los dosclavitos, de manera que al nal la

gura casi pareca una raya.

Jos. En eso no me haba jado.

Ests segura?

Julia. Ulises nos dijo que la lentejase mova normalmente de maneraque su rbita era una elipse, y que

esta rbita poda, poniendo cuida-do, convertirse en un movimiento

rectilneo.Juan. recti. . . recti qu?

Jos. Se dice rectilneo cuando sequiere decir en lnea recta

Juan. Ah . . . . a todo esto, qu

bonita est la pelotota!Julia. Es mucho ms bonita su

ecuador y cul el eje de la Tierra. Y

despus eligi un punto del perme-tro de ese crculo y nos dijo que ese

punto representaba Quertaro. Sinembargo, la regla no recuerdo cul

era (ver gura 2).

Julia. Piensen bien. Hagan memo-ria. Acurdense que trazamos un

tringulo.Jos. Tienes razn! S, unimos

con una raya el centro de la Tierracon el punto que representa Quer-taro! Y luego? Ya se me olvid!

qu sigue?Julia. Nada ms para que no se les

olvide, les recuerdo que esa rayita

se llama radio.Juan. De esto s me acuerdo, por

que fue cuando se resbal Ulises.Tom la regla y traz por el punto


29/32

Figura 2: Posicin deQuertaro en el crculode la Tierra. El ngulo

l es lo que se conoce

como latitud. Estagura est trazada a

escala: el lector puedeutilizarla para medir enella el radio ry la altu-ra h y comprobar por s

mismo el resultado.

es decir, el radio del crculo que po-demos representar mediante la letrar, y la de la paralela por Quertaroque hemos sealado con la h, que no

es sino la altura de Quertaro sobre

el ecuador.Juan. Ya me imagino lo que cues-

Julia. Es muy sencillo: La regla esaplicable al caso en que la lenteja

se mueve a lo largo de una elipsemuy muy delgada, tan delgada que

parece o semeja una recta.Jos. Ah ..., a eso te referas hacerato, cuando mencionaste el movi-


30/32

Jos. Eso signica que la lenteja

hace ese giro, en respuesta a larotacin de la Tierra, en poco ms

de 67 h?Julia. Precisamente! Aqu, fran-camente no entiendo por qu no le

preguntas a Ulises y s me preguntasa m. Acurdate que slo aprende-

mos cuando preguntamos!Jos. Ya me acuerdo. Luego Ulises

nos dijo que ese mismo resultado

se presenta de otra forma en loslibros. Nos explic que los adultos

preeren hablar de velocidad de ro-tacin de la Tierra y de la velocidadde rotacin de la rbita.Juan. Ahora s parece que estamos

oyendo, no a Ulises, sino al profesor

Chiado.Julia. Por qu te parece as?

Juan. Qu insinas? Te equivo-cas! yo no conozco la velocidad

de la Tierra!

Jos. Mejor te lo digo, y t me dicessi lo sabes o no. La velocidad de laTierra es una vuelta por da. Ya!

Eso es todo!

Juan. Pues s, francamente hay que

reconocer que s lo saba.Julia. Dicho de otro modo, la velo-cidad de rotacin es el nmero uno,y como debemos multiplicarlo porel tamao h de la lnea paralela y

dividirlo entre el radio r, entoncesla velocidad de rotacin de la rbitade la lenteja vale simplemente elcociente h/r.Jos. Ulises nos explic que el n-

gulo entre el ecuador y la recta queune el centro de la Tierra con Que-


31/32

Agradecimientos:

Los autores queremos agradecer a las siguientes personas: los Dres. JuanRamn Hernndez, Manuel Lozano Leyva, Fernando Garca, Teresa Orozcoy Gilles Levresse revisaron el aspecto tcnico del manuscrito. Jess Silva

nos apoy en la edicin para la pgina web.

ACERCA DE LOS AUTORES

Susana A. Alaniz lvarez. Investigadora del Centrode Geociencias de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico (UNAM).

Estudi la la licenciatura en Ingeniera Geolgica, la maestra en ciencias y

el doctorado en Ciencias de la Tierra en la UNAM. Pertenece a la Academia

Mxicana de Ciencias y es acadmico de nmero de la Academia de Ingeniera.

Ha escrito ms de 35 artculos cientfcos sobre la deormacin de la corteza

superior y su relacin con el vulcanismo. Es nivel II del Sistema Nacional de

Investigadores. Orece el curso de Geologa Estructural en el Posgrado de

Cencias de la Tierra de la UNAM y es Editora en Jee de la Revista Mexicanade Ciencias Geolgicas. En 2004 recibi el premio Juana Ramrez de Asbaje

d l UNAM

Universidad Nacional


32/32

U ve s dad Nac o aAutnoma de Mxico

Primera edicin, 2008

D.R. Centro de GeocienciasUniversidad Nacional Autnoma de MxicoBoulevard Juriquilla No. 3001, Juriquilla, Quertaro76230, Mxico.

ISBN (Obra General) 978-970-32-4388-4ISBN 978-970-32-5420-0

Impreso en Mxico

Dr. Jos Narro RoblesRector

Dr. Sergio M. Alcocer Martnez de Castro

Secretario General

Mtro. Juan Jos Prez CastaedaSecretario Administrativo

Dr. Carlos Armburo de la HozCoordinador de la Investigacin Cientfica

Luca Ferrari PedraglioDirector del Centro de Geociencias

Susana A. Alaniz lvarezngel F. Nieto SamaniegoManuel Lozano LeyvaCoordinadores de la Serie

Elisa LpezDiseo y Formacin

La impresin fue financiada por:

Academia Mexicana de CienciasAsociacin Mexicana de Gelogos Petroleros

Centro de Fsica Aplicada y Tecnologa Avanzada, UNAMCentro de Geociencias, UNAM

Coordinacin de la Investigacin Cientfica, UNAMEscuela Superior de Ingeniera y Arquitectura, IPN

Industrias PeolesInstituto de Geologa, UNAM

Mabe

003_experimentos

Documents