modulos sexto fisica
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR “BOLÍVAR”
Elaborado por: Alumnos Sexto Año Ciencias
LEYES DE NEWTON 1. Ley de la inercia
2. Ley de Fuerza
3. Ley de Acción y Reacción
Primera ley de Newton o Ley de la inercia
La primera ley del movimiento explica que todo cuerpo persevera en su estado de reposo
o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por
fuerzas impresas sobre él.
Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial,
ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una
fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él.
Segunda ley de Newton o Ley de fuerza
La segunda ley del movimiento de Newton dice que: El cambio de movimiento es
proporcional a la fuerza impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella
fuerza se imprime. F= m. a
Tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción
Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones
mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.
La tercera ley de Newton es completamente original (pues las dos primeras ya habían
sido propuestas de otras maneras por Galileo,Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la
mecánica un conjunto lógico y completo.8 Expone que por cada fuerza que actúa sobre
un cuerpo (empuje), este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido
contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre
la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero
con sentido opuesto.
Experimento sobre la Primera Ley de Newton
Objetivo: Realizar un experimento de física que nos permita verificar el enunciado de la
Primera ley de Newton.
Materiales:
Recipiente con agua
Plato o bandeja de plástico o metal
Tubo de cartón de papel de tocador
Un par de Huevos de Gallina
PROCEDIMIENTO:
Primero pon un poco de agua en el recipiente, el cual puede ser un vaso grande, una
jarra o lo que consigas. Sobre él/ella, coloca el plato o bandeja. Siguiendo con el
procedimiento, debes ubicar el tubo de cartón verticalmente, como se muestra en el
video. Por último, apoyas el huevo sobre el extremo superior del tubo de cartón.
Debes jalar o empujar fuerte y rápidamente la bandeja. Ello la sacará de su lugar, junto
con el tubo de cartón. Increíblemente, el huevo caerá dentro del vaso con agua.
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COMO FUNCIONA
La primera ley de newton anuncia que un cuerpo conserva su estado de movimiento
uniforme rectilíneo o de reposo, a no ser que sea obligado a cambiar su estado por
fuerzas que se apliquen sobre él.
Cuando jalamos fuertemente la bandeja le estamos aplicando un fuerza externa que
modifica su estado de reposo. Al salir “despedida”, los bordes de la bandeja chocan con
el tubo de cartón y también le aplican a él una fuerza que modifica su estado de reposo.
La fuerza es pequeña, pero como la masa del tubo es despreciable lo acelera fácilmente.
Por último, el tubo ejerce sobre el huevo una pequeña fuerza, pero como la masa del
mismo es significativa, no alcanza para modificar su estado de reposo. Esto hace que él
caiga debido a la fuerza de gravedad, como obviamente era de esperar.
MECANICA INTRODUCCION DE LA MECANICA
El estudio de la mecánica se inició con el análisis de números pequeños de objetos
grandes que se mueven lentamente, lo que nosotros ahora llamamos "la mecánica
clásica”. Isaac Newton (1643-1727) está reconocido como la figura principal en la
mecánica clásica.
DEFINICION: Mecánica es la ciencia que describe y predice condiciones de reposo o
movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas
TIPOS DE MECANICA
Como todas las demás ciencias que se dividen el trabajo, la Mecánica no es la excepción.
Para ser más precisos, la Mecánica se divide en tres partes:
1. Mecánica de cuerpos rígidos
2. Mecánica de cuerpos deformables
3. Mecánica de fluidos
En Mecánica utilizaremos cuatro conceptos básicos que son:
Espacio: Posición de un punto cualquiera, definida por tres longitudes que se tomará
de un punto de referencia u origen, en tres direcciones (coordenadas).
Tiempo: Aquel tomado cuando un evento tome su posición en el espacio.
Masa: usada para caracterizar y comparar los cuerpos con base en ciertos
experimentos mecánicos.
Fuerza: Representará la acción de un cuerpo sobre otro que puede ejercerse por
contacto real o distancia. Una fuerza se caracteriza por su punto de aplicación, su
magnitud, dirección y sentido, lo cual representará un vector.
3era. LEY DE NEWTON
Enunciada algunas veces como que "para cada acción existe una reacción igual y
opuesta".
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En términos más explícitos: La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa
sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de
sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.
Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud,
sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.
EXPERIMENTO
Objetivos
Demostrar la tercera ley de Newton, o también conocida como principio de acción y
reacción.
Materiales
1 Hoja de papel A4
Tijera
Encendedor o mechero
CONCLUSION DEL EXPERIMENTO
Este experimento, no es ni más ni menos que una consecuencia de la Tercera ley de
Newton. La misma también es conocida como principio de acción y reacción, y
enuncia que: con toda acción, ocurre siempre una reacción, que es igual y contraria.
GLOSARIO
Empuje.- Acción y efecto de empujar.
Rígido.- Que no se puede doblar (‖ torcer).
Fluido.- Se dice de las sustancias en estado líquido o gaseoso.
Estática.- Parte de la mecánica que estudia las leyes del equilibrio.
Dinámica.- Perteneciente o relativo a la fuerza cuando produce movimiento.
Movimiento.- Estado de los cuerpos mientras cambia de lugar o de posición.
Fuerza.- Capacidad para soportar un peso o resistir un empuje.
Mecánica.- Ejecutado por un mecanismo o máquina.
Fenómeno.- Toda manifestación que se hace presente a la consciencia de un sujeto y
aparece como objeto de su percepción
FLUIDOS
Definición: Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de
adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre
de fluidez. Los líquidos y los gases son fluidos.
Propiedades:
1. Tensión superficial: Numerosas observaciones sugieren que la superficie de un líquido
actúa como una membrana estirada bajo tensión. Esta fuerza, que actúa paralela a la
superficie, proviene de las fuerzas atractivas entre las moléculas. Este efecto se llama
tensión superficial.
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2. Viscosidad: es una medida de resistencia de los líquidos a fluir.los líquidos que tiene
fuerzas intermoleculares fuertes tienen viscosidades altas. La viscosidad disminuye al
aumentar la temperatura.
3. Cohesión: Son fuerzas de atracción entre moléculas semejantes. Las fuerzas
adhesivas son más grandes que las cohesivas. El líquido sube por las paredes del
reciente. El líquido moja la superficie.
4. Adherencia: Es una atracción intermolecular entre moléculas distintas
Las fuerzas cohesivas son mas grandes que las adhesivas. El líquido se curva hacia
abajo. El líquido no moja la superficie.
5. Peso específico: Se determina mediante el cociente entre el peso y el volumen de una
sustancia. La unidad en el Si es el N/m2. El peso específico representa la fuerza con
que la tierra atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.
6. Densidad: Es una propiedad que se determina mediante el cociente entre la masa y el
volumen de una sustancia. La unidad de medida en el SI es kg/m3, también se utiliza
frecuentemente la unidad g/cm3.
7. Capilaridad: Es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de diámetro pequeño
insertado en el líquido. La acción de la capilaridad es el resultado de la tensión
superficial de las fuerzas adhesivas.
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Características
La posición relativa de sus moléculas puede cambiar de forma abrupta.
Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son
fluidos igual que los gases.
Tienen viscosidad, aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los
líquidos.
Compresible: Esta propiedad de los fluidos les permite mediante un agente externo al
cambio de su velocidad y volumen, esta características son muy usadas para la
industria como palancas de presión.
Distancia Molecular Grande: Esta es unas características de los fluidos la cual sus
moléculas se encuentran separadas a una gran distancia en comparación con los
sólidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su velocidad debido a fuerzas
externas y facilita su compresión.
Fuerza De Van Der Waals: Esta fuerza fue descubierta por el físico holandés Johannes
van der Waals, el físico encontró la importancia de considerar el volumen de las
moléculas y las fuerzas intermoleculares y en la distribución de cargas positivas y
negativas en las moléculas estableciendo la relación entre presión, volumen, y
temperatura de los fluidos.
Toman Las Forma Del Recipiente Que Lo Contiene: Debido a su separación molecular
los fluidos no poseen una forma definida por tanto no se puede calcular su volumen o
densidad a simple vista, para esto se introduce el fluido en un recipiente en el cual
toma su forma y así podemos calcular su volumen y densidad, esto facilita su
estudio....
Clasificación de fluidos
Todos los líquidos se pueden clasificar como newtonianos o no-Newtonianos. Si la
relación es lineal y el líquido tiene tensión cero a cero gradiente de velocidad,
entonces es neutoniano. Sino cumple con esto es no-Newtoniano, teniendo distintas
clasificaciones y subdivisiones basadas en la curva tensión de corte y su gradiente de
la velocidad.
Para los líquidos no-Newtonianos, el gradiente de velocidad depende de la viscosidad;
es decir, el líquido tiene una más alta o más bajo tensión dependiendo de su
velocidad. De acuerdo a esto, se puede dar la siguiente sub clasificación.
Experimento: Densidad De Los Fluidos
El huevo que flota en agua salada
Materiales:
3 vasos grandes
3 huevos de gallina
1 cuchara
Agua natural
Sal
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Cómo hacer:
Este experimento es muy fácil, en primer lugar hay que verter unas ¾ partes de agua
natural en cada uno de los vasos. Disponer los tres vasos con agua sobre una mesa; en
el primero de estos, añadir 4 cucharadas grandes de sal y revolver durante unos 30
segundos con la cuchara. Hacer lo mismo con el segundo vaso y una vez listo, quitar la
mitad del agua salada y completar con agua natural. El tercer vaso quedará intacto, no
se debe añadir sal. En cada uno de los vasos, añadir 1 huevo y observar qué sucede.
¿Qué sucede?
Como habrás podido apreciar, en el primer vaso (agua salada) el huevo flota hasta la
superficie, en el segundo (½ agua salada y ½ agua natural) el huevo flota relativamente
y en el tercero (agua natural) se hunde y queda en el fondo.
¿Por qué ocurre esto? Pues porque sobre el huevo actúan dos fuerzas: su peso
(la fuerza de gravedad que lo empuja hacia abajo) y el empuje del agua (resistencia del
agua que lo lleva hacia arriba). Si el peso es mayor que el empuje del agua, el huevo se
hunde. En caso contrario flota y si son iguales (o aproximadamente iguales): el huevo
queda en el medio.
OPTICA INTRODUCCION
La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la radiación
electromagnética, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la
reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción y la formación de imágenes y la
interacción de la radiación con la materia.
Desde el punto de vista físico, la luz es una onda electromagnética. Según el modelo
utilizado para la luz, se distingue entre las siguientes ramas, por orden creciente de
precisión (cada rama utiliza un modelo simplificado del empleado por la siguiente):
1. La óptica geométrica: trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el
principio de fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisión de la luz por medios
homogéneos (lentes, espejos), la reflexión y la refracción.
2. La óptica ondulatoria: considera a la luz como una onda plana, teniendo en cuenta su
frecuencia y longitud de onda. se utiliza para el estudio de difracción e interferencia.
3. Óptica electromagnética: considera a la luz como una onda electromagnética,
explicando así la reflectancia y transmitancia, y los fenómenos de polarización y
anisotropía.
4. Óptica cuántica u óptica física: estudio cuántico de la interacción entre las ondas
electromagnéticas y la materia, en el que la dualidad onda-corpúsculo desempeña un
papel crucial.
Marco teórico
En física, la óptica geométrica parte de las leyes fenomenológicas de snell (o descartes
según otras fuentes) de la reflexión y la refracción. A partir de ellas, basta hacer
geometría con los rayos luminosos para la obtención de las fórmulas que corresponden a
los espejos, dioptrio y lentes (o sus combinaciones), obteniendo así las leyes que
gobiernan los instrumentos ópticos a que estamos acostumbrados.
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La óptica geométrica usa la noción de rayo luminoso; es una aproximación del
comportamiento que corresponde a las ondas electromagnéticas (la luz) cuando los
objetos involucrados son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda usada; ello
permite despreciar los efectos derivados de la difracción, comportamiento ligado a la
naturaleza ondulatoria de la luz.
Esta aproximación es llamada de la eikonal y permite derivar la óptica geométrica a
partir de las ecuaciones de maxwell.
Anexos
La óptica se ocupa del estudio de la luz, de sus características y de sus manifestaciones.
La reflexión y la refracción por un lado, y las interferencias y la difracción por otro, son
algunos, de los fenómenos ópticos fundamentales. Los primeros pueden estudiarse
siguiendo la marcha de los rayos luminosos. Los segundos se interpretan recurriendo a la
descripción en forma de onda. El conocimiento de las leyes de la óptica permite
comprender cómo y por qué se forman esas imágenes, que constituyen para el hombre
la representación más valiosa de su mundo exterior.
Desarrollo histórico
La óptica, o estudio de la luz, constituye un ejemplo de ciencia milenaria. Ya Arquímedes
en el siglo III antes de Cristo era capaz de utilizar con fines bélicos los conocimientos
entonces disponibles sobre la marcha de los rayos luminosos a través de espejos y
lentes. Sin planteamientos muy elaborados sobre cuál fuera su naturaleza, los antiguos
aprendieron, primero, a observar la luz para conocer su comportamiento y,
posteriormente, a utilizarla con diversos propósitos. Es a partir del siglo XVII con el
surgimiento de la ciencia moderna, cuando el problema de la naturaleza de la luz cobra
una importancia singular como objeto del conocimiento científico.
La naturaleza de la luz ha sido objeto de la atención de filósofos y científicos desde
tiempos remotos. Ya en la antigua Grecia se conocían y se manejaban fenómenos y
características de la luz tales como la reflexión, la refracción y el carácter rectilíneo de su
propagación, entre otros. No es de extrañar entonces que la pregunta ¿qué es la luz? Se
planteara como una exigencia de un conocimiento más profundo. Los griegos primero y
los árabes después sostuvieron que la luz es una emanación del ojo que se proyecta
sobre el objeto, se refleja en él y produce la visión. El ojo sería, pues, el emisor y a la
vez el receptor de los rayos luminosos.
A partir de esa primera explicación conocida, el desarrollo histórico de las ideas sobre la
naturaleza de la luz constituye un ejemplo de cómo evolucionan las teorías y los modelos
científicos a medida que, por una parte, se consolida el concepto de ciencia y, por otra,
se obtienen nuevos datos experimentales que ponen a prueba las ideas disponibles.
DESARROLLO DEL EXPERIMENTO
OBJETIVO: Fabricar un telescopio refractor con materiales sencillos de conseguir, y
entender el funcionamiento del mismo.
Materiales
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dos botellas plásticas de 2 litros
1 lupa grande
1 lupa pequeña o lente de relojero
Tijeras
cinta adhesiva
Las lentes de relojero se conocen como tal, y son como pequeñas lupas que utilizan los
profesionales de la relojería. si no consigues una, también puedes utilizar un lupa
pequeña.
Procedimiento
Afortunadamente, el video muestra en detalle cómo fabricar el telescopio paso a paso. de
todos modos, haré un breve comentario.
No hay una medida estándar de longitud de tu telescopio, precisamente porque no
sabemos qué lentes utilizarás. Dependiendo de eso, tu telescopio terminará siendo de
mayor o menor longitud. Justamente para ello, es que se realiza esa especie de zuncho
con la segunda botella; para poder variar la distancia entre las lentes.
Cuando lo termines, seguramente no se verá con claridad a través de él. eso significa
que debes graduarlo, aumentando o disminuyendo su longitud, hasta que se vea con
total nitidez.
Como funciona
Hay muchos experimentos de física que permiten explicar el funcionamiento de las
lentes, pero éste en particular tiene la ventaja que es muy interactivo, pues no se limita
sólo a demostrar un fenómenos sino que además tenemos como resultado un bonito
telescopio casero.
Hay diferentes tipos de lentes, las más conocidas de todas son las lentes convergentes
(lupas comunes) y que son las que utilizamos en este experimento. su nombre se debe a
que los rayos de luz que inciden sobre una lente como ésta, terminan concentrados
(convergiendo) en un punto, llamado foco. la siguiente imagen lo describe:
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Teniendo eso en cuenta, podemos ver lo que sucede cuando combinamos las dos lentes
(dale clic para ampliarla):
Es decir, la lente mas grande (llamada objetivo) toma una gran cantidad de luz y la
concentra en un punto dentro del telescopio (foco). Luego la lente mas pequeña (llamada
ocular) “amplifica” la luz de ese foco y la proyecta de modo que pueda ingresar por
nuestra pupila. Es por eso que la distancia debe ser la correcta; ambos focos deben
coincidir.
Siguiendo los rayos de luz (flechas rojas) te darás cuenta que la imagen se invierte, y
eso es justamente lo que sucederá en este telescopio. Para volver a rotar la imagen, se
necesitará una lente extra más, colocada cerca del objetivo (lente pequeña cercana al
ojo).
Comentarios
Este instrumento, es en esencia, sencillo, su construcción está al alcance de cualquier
aficionado con inquietud de observar los astros y que tenga cierta tendencia a la
habilidad manual.
Es un instrumento que a los fines astronómicos, sirve para captar luz de objetos que se
encuentran en el infinito, y de ésta forma la luz que recibe, la concentra gracias al
objetivo en el plano focal del telescopio y, como la imagen que forma esa luz, es muy
pequeña, necesitamos de un sistema de lentes (ocular), para que la misma se amplíe, y
de esta forma, nos muestre detalles.
ACUSTICA La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el sonido, infrasonido y
ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a través de la materia.
A efectos prácticos, la acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento,
percepción o reproducción del sonido.
La acústica considera el sonido como una vibración que se propaga generalmente en el
aire a una velocidad de 343 m/s (aproximadamente 1 km cada 3 segundos), ó 1235
km/h en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).
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Introducción
Una sensación auditiva que está producida por la vibración de algún objeto. Estas
vibraciones son captadas por nuestro oído y transformadas en impulsos nerviosos que se
mandan a nuestro cerebro.
RAMAS DE ACÚSTICA
• AEROACÚSTICA: generación de sonido debido al movimiento violento en el aire.
• ACÚSTICA EN FÍSICA: análisis de los fenómenos sonoros, mediante modelos físicos y
matemáticos.
• ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA: estudio del control del sonido, tanto del aislamiento
entre recintos habitables.
• BIOACÚSTICA: estudio de la audición animal (murciélagos, perros, delfines, etc.) y
así comprender como utilizan el sentido auditivo (como radares, detectando sonidos
de baja frecuencia o como protección para si mismo).
• ACÚSTICA AMBIENTAL: estudio del sonido en exteriores, el ruido ambiental y sus
efectos en las personas y la naturaleza, estudio de fuentes de ruido como el tránsito
vehicular, ruido generado por trenes y aviones, establecimientos industriales, talleres,
locales de ocio y el ruido producido por el vecindario (la contaminación auditiva).
• ACÚSTICA SUBACUÁTICA: relacionada sobre todo con la detección de objetos
sumergidos mediante el sonido (se utiliza en barcos o en submarinos sonar).
• ACÚSTICA MUSICAL: estudio de la producción de sonido en los instrumentos
musicales, y de los sistemas de afinación de la escala.
• ELECTROACÚSTICA: estudia el tratamiento electrónico del sonido, incluyendo la
captación (micrófono y estudios de grabación), procesamiento (efectos, filtrado
comprensión, etc.) amplificación, grabación, producción (altavoces), etc.
• ACÚSTICA FISIOLÓGICA: estudio del funcionamiento del aparato auditivo, desde la
oreja a la corteza cerebral (el oído y sus componentes, así como sus repercusiones,
enfermedades y trastornos).
• ACÚSTICA FONÉTICA: análisis de las características acústicas del habla y sus
aplicaciones.
• MACROACÚSTICA: estudio de los sonidos extremadamente intensos, como el de las
explosiones, turborreactores
DESARROLLO DEL LABORATORIO
MATERIALES:
• Dos copas de cristal
• Dos cerillos
• Agua
PROCEDIMIENTO:
Pon las dos copas de cristal juntas, pero sin que se toquen. Sobre una de ellas, coloca
dos cerillos.
Ahora moja la yema de tu dedo índice, y comienza a recorrer el borde de la otro copa.
Varía la presión que realizas, y la velocidad, hasta escuchar un zumbido. Verás como los
cerillos comienzan a moverse como por arte de magia, sin que nada ni nadie los toque.
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EXPLICACIÓN
Cuando frotamos el borde la copa, logramos que ésta vibre a una alta frecuencia.
Podemos escucharlo, porque dicha frecuencia se encuentra dentro del rango audible (eso
no quiere decir que si no lo oímos, un cuerpo no pueda estar vibrando)
La copa vibrando, transmite dicho movimiento de alta frecuencia al aire, justamente por
ese medio llega a nuestros oídos. Como vimos, el sonido se transmite en este medio (el
aire) mediante cambios rápidos de presión del mismo. De modo que ya sabemos que la
vibración de un objeto, puede transmitirse a través del aire (como así también de otros
fluidos).
Pero ¿por qué se mueven los cerillos? Simple. Así como esos cambios de presión de aire
hacen vibrar nuestro tímpano (para que este lo transforme en una señal eléctrica y
nuestro cerebro lo interprete como un sonido) también hacen vibrar la copa. Este
vibración inducida, hace que el coeficiente de rozamiento entre los cerillos y la copa pase
de ser estático a dinámico. Eso sumado a los movimientos (imperceptibles) de la copa,
da como resultado que los cerillos comiencen a moverse.
ELECTRICIDAD La electricidad (del griego electrón, cuyo significado es ámbar) es un fenómeno físico
cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos
mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros, en otras palabras es el flujo de
electrones
En ingeniería eléctrica, la electricidad se usa para generar:
luz mediante lámparas
calor, aprovechando el efecto Joule
movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía
mecánica
señales mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que
incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados)
y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.
El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero su estudio
científico sistemático no comenzó hasta los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los
ingenieros lograron aprovecharla para uso residencial e industrial. La rápida expansión de
la tecnología eléctrica en esta época transformó la industria y la sociedad. La electricidad
es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por
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ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación. La electricidad es la
columna vertebral de la sociedad industrial moderna
HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD
Tales de Mileto (624-543 a. C.)
Fue un filósofo griego, fundador de la escuela jónica, considerado como uno de los siete
sabios de Grecia.
Desde el punto de vista de la electricidad, fue el primero en descubrir que si se frota un
trozo de ámbar, este atrae objetos más livianos, y aunque no llego a definir que era
debido a la distribución de cargas, si creía que la electricidad residía en el objeto frotado.
De aquí se ha derivado el término electricidad, proveniente de la palabra elektron, que
en griego significa ámbar, y que la empezó a emplear hacia el año 1600 d. C., el físico y
médico ingles William Gilbert, cuando encontró esta propiedad en otros muchos cuerpos.
Alexander Graham Bell (1847-1922)
Este físico e inventor escocés, nació en Edimburgo y estudió en las universidades de
Edimburgo y Londres. Se dedico principalmente al estudio de cuestiones relacionadas con
el sonido y debe su fama al invento del primer teléfono realmente utilizable y a sus
estudios sobre los efectos de la sordera.
Bell emigró a Canadá en 1870 y llegó a Estados Unidos en 1871, donde se nacionalizo en
1882. Comenzó dando clases a sordomudos y divulgando el sistema denominado
lenguaje visible, que había desarrollado su padre, el educador escocés Alexander Melville
Bell.
Desde los 18 años, Bell había trabajado sobre la idea de la transmisión del habla, y en
1874, mientras trabajaba, junto con su ayudante Thomas Watson en un telégrafo
múltiple, mejoró el teléfono, que patento definitivamente como suyo en 1876, a pesar de
que este ya había sido desarrollado en 1849 por el emigrante italiano, afincado en Nueva
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York, Antonio Meucci, pero que debido a problemas económicos no lo había podido
patentar ni comercializar el mismo. En 1877 fundó la Compañía de Teléfonos Bell.
En 1880 le concedió Francia el premio Volta, dotado con 50.000 francos, por el invento
del teléfono. Con este dinero, fundó el Laboratorio Volta en la ciudad de Washington,
donde el mismo año, junto con sus socios, inventaron el fotófono, aparato que transmite
sonidos por rayos de luz y en 1886 desarrolla el primer cilindro de cera para grabar, que
sentó las bases del gramófono moderno.
Después de 1895, el interés de Bell se dirigió fundamentalmente a la aeronáutica. Bell
también fue uno de los cofundadores de la National Geographic y fundador de la revista
Science.
Thomas Alva Edison (1847-1931)
Este gran investigador norteamericano está considerado como el mayor inventor de
todos los tiempos, ya que invento entre otras muchas cosas: la lámpara incandescente,
el telégrafo moderno, el fonógrafo, un sistema generador de electricidad, un aparato
para grabar sonidos y un proyector de películas; también construyo el primer ferrocarril
eléctrico. Fundo su famoso laboratorio de Menlo Park, donde llego a registrar 1093
patentes, de inventos desarrolladas por él y sus ayudantes, inventos cuyo desarrollo y
mejora posterior ha marcado profundamente la evolución de la sociedad moderna.
Edison nació en Milán (Ohio), y en su infancia apenas recibió mas enseñanza que los
conocimientos elementales que su madre le enseño. Cuando tenía 12 años empezó a
trabajar vendiendo periódicos y tabaco en el tren que hacia el recorrido entre el pueblo
donde vivía Port Huron y Detroit, dedicando su tiempo libre a la experimentación con
imprentas y con aparatos mecánicos y eléctricos.
En 1876 y con la venta de accesorios telegráficos, Edison ganó 40.000 dólares, con los
que montó su famoso laboratorio de Menlo Park, que le haría famoso en todo el mundo,
por ser el primero dedicado a la investigación industrial. El logro supremo de Edison en la
telegrafía fue el invento de unas máquinas que hacían posible la transmisión simultánea
de diversos mensajes por una línea, lo que aumentó enormemente la utilidad de las
líneas telegráficas existentes. Su invento del emisor telefónico de carbón fue muy
importante para el desarrollo del teléfono, que había sido inventado recientemente por
Alexander Graham Bell.
De Edison hay que destacar su gran capacidad de trabajo y sus extraordinarios dotes
como hombre de empresa, lo que le valió infinidad de honores. En 1878 fue nombrado
caballero de la Legión de Honor francesa y en 1889 comendador de la misma. En 1892
fue galardonado con la medalla Albert de la Sociedad Real de las Artes de Gran Bretaña y
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en 1928 recibió la medalla de Oro del Congreso norteamericano "por el desarrollo y la
aplicación de inventos que han revolucionado la civilización en el último siglo".
CONCEPTOS
Carga eléctrica: es cualquier cuerpo que posea electricidad.
Existen dos tipos de cargas:
Positivas (+), protones.
Negativas (-), electrones.
Objetos que contienen el mismo signo, se repelen, y objetos de cargas contrarias se
atraen.
La carga se mantiene. En la electrificación no se está creando carga, solo se está
transportando, de un lugar a otro manteniendo la carga total.
Electrificación: es la pérdida o ganancia de electrones de un objeto.
Todos los cuerpos son neutros, contienen cargas iguales de los dos tipos.
Cuando se frotan, la carga es transferida de un cuerpo a otro.
LEY DE COULOMB: C.Coulomb fue el primero que estudio las fuerzas eléctricas, y llegó
a la conclusión:
La fuerza de repulsión o atracción de dos cuerpos con carga eléctrica disminuía con el
cuadrado de las distancia.
Esta fuerza, defendía de la cantidad de carga eléctrica de los cuerpos y del medio
donde se encontraban.
La fuerza con que se repelen o atraen dos cargas en reposo es igual al producto de las
cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que hay entre ellas, todo multiplicado
por la constante del medio en que se encuentre.
F es el valor de la repulsión o atracción de las dos cargas. Su unidad es el newton (N )
K es la constante variable del medio. Si se trata del vacío.
q son las cargas que interactúan. Se miden en culombios ( C )
d se refiere a la distancia entre las q. Su unidad es el metro ( m )
CAMPO ELÉCTRICO
Denominamos campo eléctrico, a la región del espacio en la que una carga electrizada
situada en un punto de ese espacio experimenta una fuerza eléctrica.
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La intensidad de un campo eléctrico lo resumimos como la fuerza (F) que experimenta la
unidad de carga positiva (+) si se sitúa en el campo eléctrico.
Corriente eléctrica
Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de cargas eléctricas. La corriente
puede estar producida por cualquier partícula cargada eléctricamente en movimiento; lo
más frecuente es que sean electrones, pero cualquier otra carga en movimiento produce
una corriente. La intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo
símbolo es A.
Potencial eléctrico
El concepto de potencial eléctrico tiene mucha relación con el campo eléctrico. Una carga
pequeña ubicada en un campo eléctrico experimenta una fuerza, y para haber llevado
esa carga a ese punto en contra de la fuerza se necesito trabajo. El potencial eléctrico en
cualquier punto se define como la energía requerida para mover una carga de prueba
ubicada en el infinito a ese punto. Por lo general se mide en voltios, donde un voltio es el
potencia en el que un julio (unidad) de trabajo debe gastarse para traer una carga de un
culombio del infinito. Esta definición formal de potencial tiene una aplicación práctica,
aunque un concepto más útil es el de diferencia de potencial, y es la energía requerida
para mover una carga entre dos puntos específicos. El campo eléctrico tiene la propiedad
especial de ser conservativo, es decir que no importa la trayectoria realizada por la carga
de prueba; todas las trayectorias de dos puntos específicos consumen la misma energía,
y además con un único valor de diferencia de potencial.
Electromagnetismo
Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos
y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueron
formulados por primera vez de modo completo por Maxwell. La formulación consiste en
cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que
relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales:
densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de
desplazamiento.
El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que
intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos
eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la materia
Circuitos
En un circuito eléctrico básico. La fuente de tensión V en la izquierda provee una
corriente I al circuito, entregándole energía eléctrica al resistor R. Del resistor, la
corriente regresa a la fuente, completando el circuito.
Un circuito eléctrico es una interconexión de componentes eléctricos tales que la carga
eléctrica fluye en un camino cerrado, por lo general para ejecutar alguna tarea útil.
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Los componentes en un circuito eléctrico pueden ser muy variados, puede tener
elementos como resistores, capacitores, interruptores, transformadores y electrónicos.
Los circuitos electrónicos contienen componentes activos, normalmente semiconductores,
exhibiendo un comportamiento no lineal, necesitando análisis complejos. Los
componentes eléctricos más simples son los pasivos y lineales.
El comportamiento de los circuitos eléctricos que contienen solamente resistencias y
fuentes electromotrices de corriente continua está gobernado por las Leyes de Kirchoff.
Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas eléctricas, estableciendo un sistema
de ecuaciones lineales cuya resolución brinda los valores de los voltajes y corrientes que
circulan entre sus diferentes partes.
La resolución de circuitos de corriente alterna requiere la ampliación del concepto de
resistencia eléctrica, ahora ampliado por el de impedancia para incluir los
comportamientos de bobinas y condensadores. La resolución de estos circuitos puede
hacerse con generalizaciones de las leyes de Kirchoff, pero requiere usualmente métodos
matemáticos avanzados, como el de Transformada de Laplace, para describir los
comportamientos transitorios y estacionarios de los mismos.
Aplicaciones de la electricidad
La electricidad tiene un sinfín de aplicaciones tanto para uso doméstico, industrial,
medicinal y en el transporte. Solo para citar se puede mencionar a la electrónica,
Generador eléctrico, Motor eléctrico, Transformador, Maquinas frigoríficas, aire
acondicionado, electroimanes, Telecomunicaciones, Electroquímica, electroválvulas,
Iluminación y alumbrado, Producción de calor, Electrodomésticos, Robótica, Señales
luminosas.
También se aplica la inducción electromagnética para la construcción de motores
movidos por energía eléctrica, que permiten el funcionamiento de innumerables
dispositivos
Electricidad en la naturaleza
El fenómeno eléctrico más común del mundo inorgánico son las descargas eléctricas
atmosféricas denominadas rayos y relámpagos. Debido al rozamiento de las partículas de
agua o hielo con el aire, se produce la creciente separación de cargas eléctricas positivas
y negativas en las nubes, separación que genera campos eléctricos. Cuando el campo
eléctrico resultante excede el de ruptura dieléctrica del medio, se produce una descarga
entre dos partes de una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parte inferior de una
nube y tierra. Esta descarga ioniza el aire por calentamiento y excita transiciones
electrónicas moleculares.
TIPOS DE ELECTRICIDAD
Electricidad Estática
Los objetos neutros pueden cargarse por fricción, por contacto con un objeto cargada
positiva o negativamente o por inducción (en el conductor en movimiento en el interior
de un campo magnético, en este caso la carga inducida tiene una polaridad opuesta a la
carga que genera.)
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El fenómeno puede ser tan vivo que provoque chispas visibles en la oscuridad, como
cuando pasamos rápidamente la mano sobre el lomo del gatito regalón o cuando nos
sacamos violentamente el chaleco de fibras plásticas.
Electricidad Dinámica:
Este tipo de electricidad que podemos manejar y controlar, de tal modo que produzca
determinados efectos.
Existen muchas fuerzas que generan electricidad dinámica, entre ellas:
La energía química a través de todos los tipos de pilas conocidos.
La energía magnética a través de los gigantescos alternadores de una usina eléctrica,
el dínamo de la bicicleta o el microgenerador formado por un micrófono dinámico o la
cápsula de tocadiscos magnética.
La energía térmica que provoca la generación de tensiones eléctricas en dos metales
distintos al ser calentados.
La energía luminosa que en las celdas solares provoca el desprendimiento de
electrones. Muy usadas hoy en día en las naves espaciales.
La energía mecánica que provoca la generación de tensiones en ciertas sustancias
llamadas piezoeléctricas; al ser golpeadas violentamente. Se emplean en sistemas de
encendido de cocinas, automóviles, encendedores, etc., también en las cápsulas de
tocadiscos del tipo cristal o cerámica.
Corriente Eléctrica
Si tomamos un trozo de alambre, debemos suponer que todos los electrones que lo
constituyen están en equilibrio. Ahora bien, si unimos los extremos de un alambre, uno al
contacto central de una pila de linterna y el otro extremo a la parte inferior metálica de
ella, se establecerá una corriente eléctrica. En efecto, en la pila y por causa de un
proceso químico, se produce en su parte, una acumulación de electrones (polo -), y en su
contacto central una carencia de ellos; se ha establecido entonces un desequilibrio
eléctrico. En el instante de conectar el alambre, el punto carente de electrones tratará de
absorber los electrones libres de cada átomo del cobre, los que serán reemplazados por
los electrones sobrantes en la parte externa de la pila. Durante un tiempo, millones y
millones de electrones estarán desplazándose por el alambre, estableciéndose así una
corriente eléctrica. La energía química de los elementos internos de la pila se irá
paulatinamente agotando, y con ello disminuirá el caudal de electrones en circulación.
Después de un tiempo el desnivel eléctrico será casi nulo y la corriente será
prácticamente cero.
LEY DE OHM
La ley de Ohm nos explica y nos permite obtener 3 magnitudes eléctricas muy
importantes.
Intensidad: la cantidad de electrones que pasan por un punto en la unidad de tiempo. Su
unidad son los amperios (A)
Voltaje: es la fuerza con la que circulan los electrones. Su unidad son los voltios (v)
Resistencia: es la aposición del material a la corriente eléctrica. Su unidad son los
Ohmios.
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La intensidad de corriente es directamente proporcional al voltaje y inversamente
proporcional a la resistencia del conductor.
EXPERIMENTO
Existen innumerables experimentos sencillos de electricidad que se pueden llevar a
cabo para comprobar las maravillas de la física, la química, etcétera. Si te apasionan
estas ciencias, y te gustaría poner en práctica la teoría, no dudes tener en cuenta las
demostraciones. Se trata básicamente de experimentos, pero no de cualquier tipo, sino
relacionados íntimamente con la electricidad. Se caracterizan porque se pueden llevar a
cabo fácilmente, así que no dudes en poner manos a la obra.
El primer experimento que pondremos a su disposición es muy sencillo, y permite
aprender el concepto de conductividad en tres casos diferentes: agua sola, agua con
sal y agua con sal congelada.
Materiales:
Tres pilas (tipo D)
Tres trozos de alambre
Una lamparita de 2,5 volts y su zócalo
Un vaso con agua
Sal
Procedimiento:
Arma un circuito en donde conectes dos alambres a ambos lados del zócalo de la
lámpara. A continuación, conecta uno de esos alambres a una de las pilas y el otro al
vaso con agua. Seguido de esto, conecta el alambre de la pila a otra pila diferente. Por
último, saca otro alambre del otro extremo de la pila e introdúcelo en el vaso de agua.
Observa si enciende la lamparita. Después agrega sal y observa los resultados. Por
último, congela el agua y fíjate qué es lo que sucede.
Experimento: Prueba la electricidad estática.
Materiales:
Globo inflado
Prenda o tejido de lana
Procedimiento:
Frotar el globo repetidamente en la prenda de lana, con el fin de cargarla con energía
estática. A continuación, apoyarlo en el techo o el piso. Observarás que queda pegado a
la superficie, debido a la carga eléctrica que contiene.
¿Cómo funciona?
Primero veámoslo como un motor eléctrico. Ya explicamos en otros experimentos
caseros, que una corriente eléctrica genera un campo magnético. Este campo está
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representado en el video, por el imán dibujado sobre la bobina de alambre de cobre. El
mismo interactúa con el campo magnético del imán que esta debajo, y gira media vuelta
hasta que ambos quedan orientados. Pero en ese momento, las escobillas y el colector
hacen que se invierta la polaridad, es decir, la corriente comienza a circular de modo
inverso. De modo que todo el conjunto gira nuevamente media vuelta para alinear el
campo magnético como antes, pero otra vez, cuando esto ocurre la polaridad se invierte.
Este ciclo se repite una y otra vez.
Ahora lo veremos como un generador eléctrico. Así como una corriente genera un campo
magnético, un campo magnético puede generar una f.e.m. (fuerza electro motriz) la
cual, a su vez, puede generar una corriente. Es decir, lo inverso a un motor, es un
generador. El alambre se mueve sobre el imán, de modo que corta las líneas de campo
magnético de éste, y se genera dicha f.e.m. Nuestro generador produciría una corriente
alterna, si no fuera gracias al colector, el cual invierte la polaridad como vimos antes, y
permite que una escobilla siempre sea el positivo, mientras que la otra el negativo.
Experimento: Generador Eléctrico Casero
Hoy vamos a fabricar un generador eléctrico casero realmente fácil, tanto en su
construcción, como en los materiales que necesitaremos. Una vez terminado, podrás
generar electricidad y hasta utilizarlo para encender diodos leds (entre otras cosas).
OBJETIVOS
Construir un dispositivo que nos permita generar electricidad de forma casera y
entender cómo funciona.
MATERIALES
Lectora de CD o DVD
Un CD o DVD
Goma eva, foam o foamy
Pegamento
Tapa de una botella
Cualquier tornillo que tenga rosca en toda su longitud, dos tuercas y dos
arandelas para él
Trozo de madera
Bolígrafo
Marcador
Tijera
Pegamento
Taladro o perforadora y mecha
Puedes conseguir fácilmente y gratis una lectora de CD/DVD en una casa de
computación. Allí desechan a diario las descompuestas, de modo que no tendrán
problemas en regalarte una.
PROCEDIMIENTO
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Una lectora de CD o DVD contiene dos motores eléctricos, uno que hace girar el disco,
y otro que abre la bandeja de la misma. Nosotros necesitamos el segundo, así que debes
desarmar la unidad y quitarlo. Ta darás cuenta fácilmente cual es cual.
Para que nuestro generador de electricidad casero gire, vamos a fabricar un sencillo
mecanismo. Pega sobre el CD o DVD, un trozo de goma eva (conocido también como
foamy o foam). Con esto nos aseguramos que no habrá “patinaje” o deslizamiento entre
el disco y el eje del motor.
Necesitamos un eje alrededor del cual girará nuestro disco compacto. Así que toma una
tapa plástica de una botella, y has un pequeño orificio en el centro de la misma, para que
pueda pasar el tornillo. Terminado esto, pega la tapa en el centro del CD/DVD.
La manija la haremos pegando un trozo de bolígrafo en el borde del disco. El eje de este
sistema, se consigue al colocar el tornillo por el orificio que realizamos en la tapa,
colocando las tuercas y arandelas como se detalla en el video.
Para seguir con nuestro experimento de física, pegamos el motor sobre la madera.
Una vez que ha secado, montamos manualmente el sistema que fabricamos con el disco,
como se muestra en el video, y marcamos el centro. Allí haremos un pequeño orificio con
el taladro, para luego enroscar el tornillo.
Para terminar nuestro generador casero de corriente continua, colocamos un diodo
led en los terminales del motor de la lectora, hacemos girar, y veremos cómo el mismo
se enciende gracias a la corriente eléctrica que estamos generados. Recuerda, que un
diodo led sólo tiene una polaridad, es decir, si lo conectas al revés no encenderá. Así que
si tu generador eléctrico parece no funcionar, es probable que tengas que conectarlo a la
inversa de como lo hiciste (o también puedes hacer girar el disco en el otro sentido)
¿Cómo funciona?
El motor eléctrico que le quitamos a la lectora, contiene en su interior unos imanes fijos
que generan un campo magnético, y un núcleo que gira en donde se encuentran
bobinas de alambre de cobre. Le ley de Faraday nos dice que cuando un conductor corta
las líneas de campo magnético, se genera en él una corriente eléctrica. Y es justamente
lo que sucede en estos experimentos de física.
Los imanes generan un campo magnético fijo, mientras que el núcleo, el cual hacemos
girar permite que las espiras de alambre de cobre corten dichas líneas de campo. El
resultado es obvio se genera una corriente eléctrica la cual podemos utilizar, por ejemplo
para encender un diodo led.
La corriente generada debería ser del tipo alterna, pero gracias a un sistema mecánico
denominado de colector y escobillas, termina siendo continua. Este tipo de generador
eléctrico es también conocido como dínamo, y data de los años 1832, en donde un
fabricante de herramientas en Francia fabrico el primero que se conoce.
Conclusiones:
Pudimos observar que un generador contiene imanes y alambre de cobre, estos generan
un campo electromagnético transformando a energía mecánica a energía eléctrica dado
que la energía eléctrica se produce por un movimiento de electrones, este generador
sirve de un campo magnético para producir este movimiento generando una fuerza
electromotriz capaz de generar corriente eléctrica alterna este generador como este se lo
conoce como alternador.
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MAGNETISMO
Líneas de fuerza magnéticas de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro
sobre papel.
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción
o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado
propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus
aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son
influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas
fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el
movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la
estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que enlaza ambas
fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electromagnética. La manifestación
más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los
materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden
observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han
proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia
El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno
de los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.
El comportamiento magnético de un material depende de la estructura del material y,
particularmente
Clasificación de los materiales magnéticos
Tipo de material Características
No magnético No afecta el paso de las líneas de Campo magnético.
Diamagnético Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra
magnética cerca de él, ésta lo repele.
Paramagnético Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra
magnética.
Ferromagnético Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído
por la barra magnética.
Antiferromagnético No magnético aún bajo acción de un campo magnético
inducido.
Ferrimagnético Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.
Superparamagnético Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz
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dieléctrica.
Ferritas Ferromagnético de baja conductividad eléctrica.
Unidades del SI relacionadas con el magnetismo
Tesla [T] = unidad de campo magnético.
Weber [Wb] = unidad de flujo magnético.
Amper [A] = unidad de corriente eléctrica, que genera campos magnéticos.
El campo magnético
Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros
materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen
un „campo magnético‟. Los campos magnéticos suelen representarse mediante „líneas de
campo magnético‟ o „líneas de fuerza‟. En cualquier punto, la dirección del campo
magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es
inversamente proporcional al espacio entre las líneas.
En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan
para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con
una parte del bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las
líneas de fuerza están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados
del imán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más
débil. Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen
diferentes esquemas de líneas de fuerza.
La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que
genere un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de
hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por
tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en
la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en
diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el
esquema de líneas de fuerza.
Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plástico por
encima de un objeto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo
las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.
Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas
cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se
desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos
rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza
siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas.
Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas
en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafos de masas.
INTRODUCCION
Como sabemos, los imanes poseen un campo magnético, el cual puede ser más o
menos poderoso, dependiendo del mismo. También sabemos que dos imanes pueden
atraerse si acercamos el norte de uno con el sur del otro. En este caso, estamos
enfrentando dos polos iguales, es decir, el norte de uno con el norte del otro, o el sur de
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uno con el sur de otro. Los campos de igual polaridad se repelen, y la fuerza lograda en
esta ocasión supera el peso del imán, permitiendo la levitación. Lograr un equilibrio es
casi imposible, por ello, en este experimento se utiliza el tubo central para que el imán
no caiga hacia uno de los lados.
DESARROLLO DE EXPERIMENTO
Objetivo:
Lograr que un imán flote en el aire, venciendo su propio peso, gracias a su campo
magnético.
Materiales:
Dos altavoces o parlantes grandes
Tubo de plástico o cartón de 2 cm aproximadamente
Los imanes cerámicos circulares como los que verás en el video se encuentran en los
altavoces o parlantes grandes, como por ejemplo los equipos de audio de los
automóviles. Puedes conseguir un par justamente en una casa de audio, ya que por más
que el altavoz este descompuesto, el imán igualmente funcionará.
Obviamente tendrás que desarmar el altavoz para quitar el imán. Ten mucho cuidado
porque el material con que están hechos es muy frágil y ante cualquier cosa se romperá.
Procedimiento:
Toma uno de los imanes y coloca en el centro de él, un tubo de cartón o plástico. Si
queda flojo puedes afirmarlo con un poco pegamento, como por ejemplo la pistola de
silicona, pegamento de dos componentes, etc.
Para terminar, pon el otro imán por el tubo. Verás cómo el mismo quedará flotando o
levitando.
MARCO TEORICO
Para que tenga lugar la levitación en presencia de un campo gravitatorio, es preciso:
Una fuerza que contrarreste el peso del cuerpo (la fuerza de gravedad que actúa sobre el
objeto que levita).
Para que se halle en suspensión estable, es necesaria una fuerza adicional que
contrarreste cada pequeño desplazamiento del objeto en levitación.
Levitación diamagnética de una rana viva.
Desde el punto de vista científico, la levitación se puede dar debido a los siguientes
efectos:
Levitación electrostática: para ello es necesario que el objeto que levita esté cargado
eléctricamente, de modo que con un campo eléctrico adecuado se produzca una
fuerza igual y opuesta a la de la gravedad. Este tipo de levitación es el que se da, por
ejemplo, en el experimento clásico de la gota de aceite realizado por primera vez por
Robert Millikan.
Levitación magnética: en esta forma de levitación se pueden agrupar la debida a
imanes (por ejemplo, dos imanes atravesados por un hilo, dispuestos de forma que
se enfrenten polos iguales; esta versión es conocida también como pseudolevitación,
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ya que en realidad requiere de una ligadura adicional, como por ejemplo el hilo
comentado), la debida a la superconductividad (concretamente por causa del efecto
Meissner), la debida al diamagnetismo, o la suspensión electromagnética (la cual, con
la ayuda de servomecanismos, es aplicada en trenes de levitación magnética).
Levitación aerodinámica: en este caso se juega con las variaciones en la presión
ejercida por gases para mantener objetos en posición estable, como en el caso de los
helicópteros (los aviones no se pueden considerar objetos en levitación, ya que, con
alguna excepción como el McDonnell Douglas AV-8 Harrier II, necesitan estar en
movimiento, por lo que no se puede decir que estén en posición estable).
Levitación acústica: es posible debido a los efectos no lineales de las ondas sonoras
intensas, aunque en la práctica esto se ha realizado tan sólo con objetos de unos
pocos gramos de masa.
Levitación óptica: emplea la presión de radiación para hacer levitar objetos de poca
masa, usando el principio de la conservación del momento (el objeto absorbe los
fotones, con lo que el momento de estos es transferido al objeto en levitación). Por lo
general, en este tipo de levitación, se emplean láseres.
Anti gravedad: forma de levitación que no ha sido observada ni demostrada. Según
ciertas hipótesis en el ámbito de la física teórica. Bajo ciertas condiciones físicas los
objetos en lugar de atraerse se repelerían gravitacionalmente (de modo que tendrían
una "masa negativa") mediante la acción de antigravitones (la hipotética antipartícula
del gravitón). No obstante, de acuerdo con las principales líneas de investigación
actuales, se considera improbable o indemostrable que pueda existir la antigravedad
como tal. La falta de pruebas científicas, unido a la incomprensión actual de una
teoría cuántica de la gravedad, han llevado a numerosos autores de ciencia ficción a
incorporar esta forma de levitación en las tramas de su producción literaria.
CONCLUSIONES:
Aprendimos a mucho con levitación de imanes ya que nos muestra el campo
magnético que poseen los imanes que puede ser muy poderoso.
Con este experimento aprendimos que los campos de igual polaridad se repelen, y la
fuerza lograda en esta ocasión supera el peso del imán, permitiendo la levitación.
GLOSARIO
Polaridad.- Tendencia de las moléculas a ser atraídas o repelidas por cargas eléctricas.
Repelen.- Tercera persona del plural Presente, modo Subjuntivo del verbo
Magnetismo.- El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen
fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales
Levitación.- Se denomina levitación el efecto por el que un cuerpo u objeto se halla en
suspensión estable en el aire, sin mediar de otro objeto físico en contacto con el primero
que sustente al que levita o "flota".
URSS.- URSS es un acrónimo de Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas y pertenece
a la categoría Regional.
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CUESTIONARIO
1. Cuáles son las leyes de Newton?
2. Explique el experimento sobre la Ley de Inercia (grafique)
3. Defina Mecánica
4. Cuáles son los tipos de mecánica existentes?
5. Cuáles son los conceptos básicos dentro de mecánica?
6. Defina: Espacio, Tiempo, Masa, Fuerza.
7. Enuncie la 3era. Ley de Newton
8. Explique el experimento de acción y reacción (grafique)
9. Defina: Empuje, Dinámica, Movimiento
10. Que son fluidos?
11. Que tipos de fluidos existen?
12. Cuáles son las propiedades de los fluidos?
13. Mediante un ejemplo defina Tensión superficial
14. Mediante un ejemplo defina Viscosidad
15. Enumere tres características de los fluidos
16. Explique el experimento de fluidos (grafique)
17. Qué es Óptica?
18. Qué es Luz?
19. Cuáles son las ramas de la óptica?
20. Explique el experimento de la elaboración del telescopio (grafique)
21. Qué es Acústica
22. Qué estudia la acústica?
23. Cuáles son las ramas de la acústica?
24. Explique el experimento de las copas realizado (grafique)
25. Qué es electricidad?
26. Qué significa ámbar?
27. Cuáles son los usos de la electricidad?
28. Quién fue Tales de Mileto?
29. Quién fue Alexander Graham Bell?
30. Defina carga
31. Cuáles son los tipos de carga?
32. Qué es electrificación?
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33. Qué sucede cuando dos cuerpos se frotan?
34. Cuál es el enunciado de la Ley de Coulomb?
35. Qué es campo eléctrico?
36. Qué es corriente eléctrica?
37. Qué es potencial eléctrico?
38. Qué es circuito?
39. Cuáles son los tipos de electricidad?
40. Defina electricidad estática?
41. Qué es electricidad eléctrica?
42. Enuncie la Ley de Ohm
43. Explique el experimento de electricidad estática (grafique)
44. Explique el experimento de generador eléctrico casero (grafique)
45. Qué es magnetismo?
46. De qué depende el comportamiento magnético del material?
47. Cuál es la clasificación de los materiales magnéticos?
48. Cómo se define a la Levitación?
49. Qué tipos de Levitación existen?
50. Explique el experimento de Levitación (grafique)
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