experimentos para la enseÑanza de la fisica

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS PARA LA ENSEÑANZA DE LA FISICA

INSTRUCTOR: LCDO. CARLOS RIBEIRO

ESTADO CARABOBO, VENEZUELA 20121LCDO. CARLOS RIBEIRO

NUEVAS TENDENCIAS

EN LA ENSEÑANZA

Y APRENDIZAJE DE LA FISICA

INDICE DE EXPERIMENTOS1. El diablillo de Descartes.2. Agua que no cae.3. La taza irrompible4. Equilibrio5. Persona sentada.6. David Vs Goliat.7. Vaso que gira y no derrama

agua.8. Los Hemisferios de

Magdeburgo9. Cambio de imagen.10. Multiplicar Imágenes.11. El perrito obediente.12. Soplo mágico.13. El torbellino.14. Separar los libros.15. El globo Faquir.16. El aro, la botella y el lapicero.17. La silla humana.

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18. Levitando.19. Mezcla sólida o líquida.20. Motor eléctrico21. Pulmones caseros.22. Disco de efectos visuales.23. Índice de refracción de un líquido.24. Tiempo de reacción.25. El vaso de Tántalo.26. El agua que desaparece.27. Luz en zigzag.28. La catapulta.29. El aerodeslizador.30. Superficie de los líquidos en

rotación.31. Clavos en equilibrio.32. Palillo fuerte.33. Equilibrador de botellas.34. Globo que no explota.

LCDO. CARLOS RIBEIRO

2. AGUA QUE NO CAEEl agua no cae porquela presión atmosférica(peso de la columna dela atmosfera sobrecada ) que actúahacia arriba es mayorque la presiónhidrostática (peso de lacolumna de agua sobrecada ) que actúahacia abajo.

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P H

P A


1. EL DIABLILLO DE DESCARTES¿Por qué sube y baja el tubo de ensayo?

En un comienzo el tubo flota por lacombinación de aire y agua. Cuando seaprieta la botella , la presión ejercida connuestras manos se transmite a todos lospuntos del agua dentro de la botella, alocurrir eso el nivel o volumen de aire dentrodel tubo disminuye y al disminuir aumenta elpeso de él por lo cual desciende; al dejar depresionar la botella, se ejerce menos presión, entonces el volumen de aire se recupera,con lo cual el peso del tubo disminuye y elempuje ejercido por el agua lo haceascender.

Se ilustra la presión hidrostática y el principiode Arquímedes. 4LCDO. CARLOS RIBEIRO

3. LA TAZA IRROMPIBLEPorque se cumple el movimiento de un péndulo ideal. El pénduloesta formado por la llave que sostenemos con la mano y el hilo quelo une a la varilla. Al soltar la llave, este péndulo tiene una longitud(L) grande y por lo tanto su movimiento es lento. Pero L disminuyemuy rápidamente debido a la caída de la taza, por lo que lavelocidad del péndulo aumenta considerablemente, hasta el puntoque adquiere suficiente velocidad para enrollarse alrededor del lápizy, tras dar unas pocas vueltas, el hilo con la taza cesa su movimientodebido a la enorme fuerza de fricción entre la llave y el hilo, la cualvaria exponencialmente con el número de vueltas.

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LLCDO. CARLOS RIBEIRO

4. EQUILIBRIOTodos estos cuerpos están en equilibrio

por que su centro de masa cae dentro

del área de apoyo. En estos

experimentos se trata de aprovechar

una propiedad del equilibrio que

consiste en procurar que el centro de

masa del cuerpo equilibrado se

encuentre por debajo del lugar por el

que se le sujeta. Cuando se consigue

esto el cuerpo va colgado del punto por

el que se le sujeta y por lo tanto no cae.

6LCDO. CARLOS RIBEIRO

5. PERSONA SENTADAEl centro de gravedad de una persona sentadase encuentra dentro de su cuerpo, cerca de lacolumna vertebral y a unos veinte centímetrossobre el nivel del ombligo. Si trazamos desdeeste punto una vertical hacia abajo, esta líneapasará por debajo de la silla y más atrás quelas plantas de los pies, pero para que estapersona pueda levantarse, la línea en cuestióndeberá pasar entre dichas plantas.Para levantarse tiene que echar su cuerpohacia delante, desplazando así su centro degravedad en esta misma dirección, o correr lospies hacia atrás, para hacer que el punto deapoyo se encuentre debajo del centro degravedad; esto es lo que generalmentehacemos cuando nos levantamos de una silla,pero cuando no se nos permite ni lo uno ni lootro

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CG

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6. DAVID VS GOLIAT

La campanilla sube alproporcionarle un giro, estegiro que se le aplica efectúaun movimiento circular y lafuerza que ocasiona que lacampanilla siga latrayectoria circular sedenomina fuerza centrípeta(que concurre al centro odirigida hacia el centro). Lacuerda transmite la fuerzacentrípeta.


7. VASO QUE GIRA Y NO DERRAMA AGUA

Se debe realizar unmovimiento pendular deamplitud cada vezmayor, para girar el vasosin derramar el agua.

Se ilustra la aceleracióncentrípeta y la inercia.


8. LOS HEMISFERIOS DE MAGDEBURGO

Al vaciar el aire delinterior de losdestapadores dedesagüe, la presióndel aire exteriorimpide que seseparen losdestapadores. Ellosson empujados por lapresión.

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Experimento realizado en 1654 por Otto VonGuericke.


9. CAMBIO DE IMAGEN

El proceso que actúa sobre elrectángulo, desviándolo de sucamino posible que entre en elojo humano, se denominarefracción de la luz.Hay que recordar que la luzviaja de manera diferente enlos medios, por eso se puedecomprobar que la figuracambia de posición al colocarel envase con agua frente aella.


10. MULTIPLICAR IMÁGENESLa imagen se multiplicaentre los dos espejosplanos, esto es debidoa los ángulos que seforman y a la reflexiónde la luz ; a mayormenor número deimágenes y viceversa.Este proceso se realizacuando la luz reemitidaregresa al medio delcual provino.


11. EL PERRITO OBEDIENTE

Sorprendentemente, el potevolverá por sus propiosmedios hasta donde tú estás,movido por la energíaalmacenada en la gomaelástica enrollada.Cuando la goma sedesenrolla la energíapotencial se vatransformando en energíacinética y hace que el poteregrese a su lugar de origen.Se ilustra la conservación dela energía y tercera ley deNewton.


12. SOPLO MÁGICOAl comenzar a soplar se puede irlevantando el embudo y la pelotatambién se levanta.¿Por qué sucede este fenómeno?El chorro de aire empuja a la pelota y almismo tiempo no deja que se caiga.Cuando la pelota sale de la corriente, elaire circundante la hace volver a ella,puesto que la presión de este aire ( quetiene poca velocidad) es grande, mientrasque la del chorro de aire ( cuya velocidades grande) es pequeña.Se ilustra el Principio de Bernoulli (lapresión de un fluido se reduce alaumentar la velocidad de dicho fluido).


13. EL TORBELLINOLos torbellinos o vórtices se forman enfluidos (gases y líquidos) en movimiento.Para describir el movimiento de un fluido(según Euler) se necesita determinar encada punto del espacio, la densidad yvelocidad en cada momento.El torbellino se forma debido a la fuerzaque se le aplica en forma circular, aldetener la botella el líquido comienza agirar por la inercia rápidamenteformando el torbellino. Se ilustraTurbulencia y Número de Reynolds(permite caracterizar la naturaleza delflujo, es decir, si se trata de un flujolaminar o de un flujo turbulento).


14. SEPARAR LOS LIBROSLos libros no se separan por másfuerza que se apliquen sobre ellos.¿Por qué sucede?Debido a la fricción o roce queexiste entre las páginas de loslibros.¿Qué es la fricción?Es la fuerza que actúa en contradel movimiento de dos superficiesen contacto.La fricción entre dos páginas espequeña, pero con tantas páginasentre los libros se hace másnotable.Se ilustra la fricción entre doscuerpos y la tercera ley deNewton. 16LCDO. CARLOS RIBEIRO

15. EL GLOBO FAQUIREl globo no explota porque la fuerzaejercida se distribuye sobre todos loschinches y no hay suficiente presión sobreninguno de los chinches para que pudieranpinchar y explotar el globo. Esto se debe aque el área en contacto con el globo y loschinches es mayor, por lo tanto la fuerzaestá repartida en muchos más puntos y lapresión es menor. (F = P . A)

Si se pone en contacto con un solo chincheexplota porque toda la fuerza se concentraen un punto muy pequeño y la presión haceque el chinche atraviese el globo y explote.Esto se debe a él área que toca el chincheen el globo es mínima y por lo tanto lafuerza está repartida en menos puntos y lapresión es mayor.

Se ilustra la presión entre cuerpos.17LCDO. CARLOS RIBEIRO

16. EL ARO, LA BOTELLA Y EL LAPICEROPara introducir el lapicero dentro de labotella, el aro se debe retirarbruscamente con aceleración horizontalpor dentro de él (hacia el exterior de labotella).

Debido a que la fricción entre ellapicero y el aro es pequeña y soloactúa durante un corto tiempo, ellapicero no se mueve apreciablementeen la dirección horizontal, sin embargo,ahora sobre él actúa una fuerza noequilibrada vertical.

El lapicero cae en caída libre dentro dela botella debido a la fuerza degravedad .

Se ilustra la inercia.18LCDO. CARLOS RIBEIRO

17. LA SILLA HUMANACada persona semantiene en equilibrio.Porque su centro demasa se halla sobre labase en la que seapoya, delimitada porsus pies y los del vecinosobre el que estárecostado.

Se ilustra equilibrio ycentro de masa.


18. LEVITANDOLa persona se observacomo si levita por elreflejo que se produceentre su pie y el espejoque esta colocado en ladiagonal del cubo demadera .

Se ilustra la ley dereflexión de la luz.


19. MEZCLA SÓLIDA O LÍQUIDAEl comportamiento de los fluidosviscosos se puede visualizar a travésde una mezcla de maicena y agua.Esta mezcla se comporta como unfluido frente a los esfuerzos de corte,cuando se arrastra entre los dedos ypresenta propiedades como si fueseun objeto sólido cuando se impactasu superficie con el puño.

El propósito de la experiencia esvisualizar como se comportan losfluidos viscosos no newtonianos (sonaquellos cuya viscosidad varia con latemperatura y la tensión cortanteque se le aplica) al variar la presión.

Se ilustra la viscosidad y la densidad.21LCDO. CARLOS RIBEIRO

20. MOTOR ELÉCTRICO

Esta actividad está orientada ailustrar los principios físicos queintervienen en elfuncionamiento de un motoreléctrico de corriente continua

Al acercar el imán al sistemaformado por la pila, bobina decobre y los alfileres, este haceque la bobina comience a girar.

De esta manera se ilustra elprincipio del motor eléctrico y laley de Faraday.


21. PULMONES CASEROS

Esta actividad está orientada a ilustrarcómo tu diafragma permite que tuspulmones respiren.

¿Por qué sucede?

Los globos se dilatan, porque lapresión del aire que esta en el interiorde la botella es menor que la presióndel aire que ingresa al tubo.

En otro caso, los globos se contraenporque la presión del aire que ejerceen el interior de la botella es mayorque la presión atmosférica. El aireocupa menos espacio.


22. DISCO DE EFECTOS VISUALESEsta actividad está orientada a ilustrar elcromatismo o composición de la luz, lacombinación de varios colores y los efectosque producen en la retina.

El ojo humano tiene una retención de unadécima de segundo, lo que quiere decir quetodas las imágenes que llegan a él songuardadas durante ese tiempo. Cuando dos omás imágenes diferentes llegan al ojo en unlapso menor al de 1/10 de segundo, sonempalmadas. Si estas imágenes son los coloresprimarios, cuando los empalmamos nuestrocerebro sólo apreciará el color blanco. Enrealidad el color blanco no es más que unailusión óptica creada por nuestro cerebrocuando vemos todos los colores superpuestos;o cuando superponemos luces de los coloresprimarios (verde, azul y rojo).


23. INDICE DE REFRACCIÓN DE UN LÍQUIDOEste experimento se basa en la refracciónde la imagen de un palito, el cual pareceque se rompe dentro de un vaso con líquidotrasparente. Esta observación fácilmente sepuede convertir en un experimentocuantitativo.

La luz procedente del palito se desvía alsalir del agua y, por este motivo, el palitoparece romperse. Este fenómeno, ladesviación de la luz al cambiar de medio, sellama refracción de la luz. La refracción seproduce si la luz incide oblicuamente sobrela superficie de separación de los dosmedios y se origina por el cambio de lavelocidad de propagación de la luz al pasarde un medio a otro (por ejemplo del agua alaire).

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24. TIEMPO DE REACCIÓNEl tiempo de reacción, es el tiempo que unapersona tarda en darse cuenta, pensar y actuaren respuesta a una situación.

El tiempo de reacción varía con la complejidadde la situación (y con los individuos); engeneral, la mayor parte del tiempo de reacciónde una persona se gasta en pensar, pero lapráctica al tratar con una situación dada puedereducir este tiempo.

El tiempo de reacción de una persona ante unasituación sencilla se puede medir.

Para determinar el tiempo de reacción seutiliza la siguiente relación t =

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g

d2


25. EL VASO DE TÁNTALOEl vaso de Tántalo nunca se llena.

Recuerda este nombre al cruel castigo que sufrióTántalo (hijo de Zeus) según la mitología griega. Sucastigo consistió en estar en un lago con el agua ala altura de la barbilla, bajo un árbol de ramasbajas repletas de frutas. Cada vez que Tántalo,desesperado por el hambre o la sed, intenta tomaruna fruta o sorber algo de agua, éstos se retiraninmediatamente de su alcance.

¿Por qué sucede?

El vaso de Tántalo es un sifón. Al llenar el vaso deagua también se llena el tubo de goma (la ramacorta). Cuando el agua llega a la parte superior deltubo de goma comienza a caer por la rama largaarrastrando el líquido que hay dentro del tubo degoma. El nivel baja hasta descubrir el orificiointerior del tubo.


26. EL AGUA QUE DESAPARECE¿Por qué sucede este fenómeno?

Al ponerse en contacto el agua con loscristales de Poliacrilato de sodio se formauna especie de gel.

El agua desaparece transformándose enun gel. Esto es debido a que las moléculasde Poliacrilato de sodio permitenabsorber o retener hasta 800 veces supeso en agua. Es un súper absorbente.

Este producto se utiliza en la elaboraciónde los pañales, de allí, que los mismosabsorben la orina evitando el contactocon la piel del bebe.

Se ilustra la composición de sustancias.28LCDO. CARLOS RIBEIRO

27. LUZ EN ZIG - ZAGAl apuntar con el puntero desde arribavemos que el rayo se desvía al pasar delaire al agua. Este fenómeno, el cambio dedirección de la luz, se llama refracción.

Para que se produzca la refracción esnecesario que el rayo incidaoblicuamente.

Si apuntamos con el puntero desde abajovemos que el rayo se desvía al pasar delagua al aire.

En este caso, podemos ver que si el rayoincide con un ángulo mayor que un ciertoángulo crítico no se produce la refracción.La luz queda atrapada en el interior delagua. Dicho ángulo crítico se llama ángulolímite y el fenómeno reflexión total.


28. LA CATAPULTALa catapulta es en realidad un par de ideassencillas combinadas en una máquinacompleja. Mediante la combinación deuna máquina sencilla, la palanca, con unresorte y la palanca de otra, tienes unacatapulta.

La palanca de primer lugar en nuestracatapulta es el saca grapas. El punto deapoyo está en el extremo opuesto de lasgarras.

La segunda palanca es la cucharilla, quetiene su punto de apoyo donde se toca elsaca grapas.

Se ilustra las palancas y el lanzamiento deproyectiles.


29. EL AERODESLIZADORLos aerodeslizadores trabajan medianteel uso de aire para levantar un vehículofuera de la tierra.

El aerodeslizador CD no es la excepción.A medida que el globo se desinfla, seestá liberando el aire a través de la tapade la botella y por debajo del CD.

Debido a la distribución de la forma, lasuavidad y el peso del CD, el aireliberado crea un colchón de aire entre elCD y la superficie. Este colchón de airereduce la fricción entre el CD y lasuperficie y permite que elaerodeslizador se desplace con mayorlibertad.

Se ilustra el desplazamiento de uncuerpo con mínima fricción.


30. SUPERFICIE DE LOS LÍQUIDOS EN ROTACIÓNAl soltar la cuerda la botella gira en torno aun eje de rotación que coincide con ladirección que marca la cuerda. Al girar elagua, las gotas que están cerca del ejerecorren alrededor del eje un círculo pequeño(tienen poca velocidad) y las gotas que estánmás alejadas del eje de rotación recorren enel mismo tiempo una distancia mayor (tienenuna velocidad mayor).

Esa diferencia de velocidad de rotación enfunción de la distancia al eje de giro es lo queproduce la curvatura de la superficie dellíquido. Al aumentar la velocidad de rotaciónde la botella el agua que está lejos del eje derotación experimenta una fuerza muy grandehacia afuera (la fuerza centrífuga) y se pega ala pared, adoptando la superficie del líquidola forma de un paraboloide.


31. CLAVOS EN EQUILIBRIO

Equilibrio de doce clavos conuno solo.

Se deben alternar uno losclavos sobre uno que esbase y luego colocar otrosobre ellos para crear elsistema.

Se ilustra equilibrio y centrode masa.


32. PALILLO FUERTE

Equilibrar en la puntade un palillo unsistema formado porun corcho, un palillo ydos tenedores.

Se ilustra equilibrio ycentro de masa.


33. EQUILIBRADOR DE BOTELLAS

Equilibrar dosbotellas con agua enun tubo coninclinación de 45º.

Se ilustra el equilibrioy centro de masa.


34. GLOBO QUE NO EXPLOTA

Atravesar un globo infladocon un pincho de maderasin que él explote.

Se tiene que atravesar porlos polos oscuros delglobo para que noexplote.

Se ilustra presión yelasticidad.


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