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Física IIManual de Prácticas

Bachillerato 4

Enero - Julio 2017Formador de Jóvenes de manera Integral

Nombre del alumno: ______________

Grado & Grupo:

______________Nombre del docente:______________

Academia de Física

1

Autorizó:

M. A. José Eduardo Hernández Nava

Rector de la Universidad de Colima

M.C.P. Carlos Eduardo Monroy Galindo

Coordinador General de Docencia

Mtro. Luis Fernando Mancilla Fuentes

Director General de Educación Media Superior

Academia de Física

Salvador Aguilar Aguilar

Carlos Coutiño Torres

Myriam Navarro Cobián

Ulises Díaz Llerenas

Leonardo Fabio Zepeda Castell.

Fernando Velasco Cervantes.

Angelita Cárdenas Solís

Rafael Puente López

Salvador Cruz Muñiz

Luis Antonio Ramírez Rodríguez

Diana Vianey Ponce Angulo

Rubén Cadena Díaz

Verónica Vázquez Ramírez

Héctor Catalán Rodríguez

Luz Elena Lozano Viera

Adán Magaña Martínez

Iván Salinas Enríquez

José de Jesús Jiménez Gutiérrez

Patricio Alejandro Castillo López

Ana María Rodríguez Arellano

Fabiola Arreola Cabrera

Fernando Pérez Martínez

Abel Ignacio Garnica Marmolejo

Saúl Gutiérrez Díaz

José Antonio Perea Uvalle

Evelyn Mancilla Morfin

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Contenido

Propiedades de la materia y volumen desplazado ............................................. 6

Principio de Arquímedes .................................................................................... 15

Presión y Principio de Pascal ............................................................................ 21

Experimentando con las Ondas ......................................................................... 28

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL ......................................... 34

Dilatación Térmica .............................................................................................. 36

Calor Específico .................................................................................................. 41

Temperatura ......................................................................................................... 46

Calor latente ......................................................................................................... 51


Carga eléctrica ..................................................................................................... 58

Corriente eléctrica .............................................................................................. 63

Circuitos eléctricos ............................................................................................. 68

Electromagnetismo .............................................................................................. 73


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PRESENTACIÓN

El presente manual es un apoyo didáctico que complementa el desarrollo del programa de Física II, buscando fortalecer la consolidación del conocimiento, ya que requiere la demostración de conocimientos, habilidades y actitudes propias de la asignatura, a través de la aplicación del método científico. Asimismo, el uso de este permitirá a los grupos colegiados realizar el seguimiento académico de la temática del programa de estudios.

Por estas razones, la Dirección General de Educación Media Superior pone a disposición de la planta docente este manual, con el fin de contribuir en el desarrollo del proceso educativo de los estudiantes.

INTRODUCCIÓN

El estudio de la Física como asignatura, inicia en los planes de estudio del nivel medio superior durante el tercer semestre, es una ciencia experimental, incluida en el bloque de las ciencias experimentales, que contribuye al perfil de egreso y es importante ya que gracias a su estudio los jóvenes pueden explicar con argumentos científicos varios fenómenos cotidianos presentes en su entorno.

La asignatura de Física II concluye la formación general básica en la asignatura, por lo que este manual de prácticas de Física II, busca desarrollar saberes específicos entre los estudiantes, mismos que les ayudarán a interpretar los fenómenos físicos que se presentan a su alrededor.

Los estudiantes analizarán fenómenos que tienen que ver con los fluidos y las ondas; con el calor, la termodinámica y la electricidad, con la finalidad de comprenderlos y explicar con argumentos científicos el funcionamiento de aparatos y dispositivos usados en el hogar y en la industria; al mismo tiempo, se fomentarán valores entre los estudiantes, para contribuir desde la asignatura a su formación integral.

Este manual consta de 12 prácticas, que les permitirán a los estudiantes experimentar las características de la ciencia y de la física y visualizar su aplicación en los distintos contextos de la sociedad.

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CADA UNA DE LAS PRÁCTICAS ESTÁ DIVIDIDA EN LAS SIGUIENTES SECCIONES:

Número de la práctica: Las prácticas mantienen una secuencia lógica acorde con el programa de Física 2 del nivel medio superior.

Nombre de la práctica: se refiere al concepto principal que se va a trabajar en la práctica.

Propósito: Conocimientos o aprendizajes que se quiere conseguir al terminar la practica

Desempeño a lograr: Se detalla por qué y para que del trabajo que se va a trabajar en la práctica.

Competencias a desarrollar: se mencionan las competencias genéricas y atributos, así como las disciplinares extendidas de las ciencias experimentales que el alumno alcanzara al término de la práctica.

Ideas previas: lo que debe saber el alumno antes de la práctica, se proponen tres o cuatro preguntas para que el alumno asista a la clase con las mismas ya respondidas, además se le pide que lea la práctica de manera previa y que llegue a la misma con un diagrama de flujo que indique, de manera general, los pasos a seguir para realizarla.

Antecedentes: En esta sección que tiene el propósito de contextualizar la práctica reseñando un tema o concepto, que apoye al alumno a comprender mejor los conocimientos que desarrollara en la práctica.

Material: se relaciona con todos los materiales y sustancias requeridos para el desarrollo de la práctica.

Diseño Experimental: ofrece un desglose de los pasos necesarios para llevar a cabo

la práctica. Valora tu aprendizaje: cuestionamientos redactados de tal manera que únicamente

quien realmente ha realizado la práctica puede contestarlas.

Reflexión argumentada: sección de la práctica destinada para que el alumno

exprese con sus propias palabras lo que aprendió con la práctica.

Revisión de la práctica: evaluación de la correcta realización de la práctica por parte

del maestro y con visto bueno del alumno.

Fuentes de consulta: Argumentar o referir a las fuentes en las que está

fundamentado el trabajo.

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INSTRUCCIONES GENERALES

1) Pertenecer a los equipos de trabajo del laboratorio que se formen en la primera sesión de práctica.

2) Usar bata de laboratorio durante el desarrolla de la práctica. 3) No manejar o utilizar equipos, instrumentos o sustancias, sin autorización de los

maestros. 4) Seguir fielmente las instrucciones dadas por los maestros. 5) Solicitar en caso de duda, las aclaraciones necesarias, antes de desarrollo de las

prácticas. 6) El alumno que por descuido destruya el material de trabajo o equipo, deberá

reponerlo. 7) Observar en todo momento, seriedad en el trabajo que realice y en el trato con sus

compañeros. 8) Entregar limpio, al término de la práctica, el material que le fue facilitado para el

desarrollo de la misma, así como su área de trabajo. 9) Informar inmediatamente a los maestros, cualquier desperfecto que se localice en

los equipos e Instalaciones. 10) Los alumnos se abstendrán de ingerir alimentos, bebidas y fumar, durante su

permanencia en el laboratorio. 11) Presentarse puntualmente a su práctica programada. 12) No manejar o utilizar las instalaciones, equipo o materiales sin la autorización del

técnico o el profesor correspondiente. 13) Dejar su mochila o utensilios en el lugar que se le indique para ello. 14) Atender las instrucciones dadas por su profesor o laboratorista. 15) Está estrictamente prohibida la entrada de alumnos a los almacenes de equipos o

reactivos de los laboratorios o talleres, sin autorización del laboratorista o encargado.

16) Mantener un clima de respeto y armonía para garantizar el adecuado desarrollo de las actividades dentro los laboratorios y talleres

17) Abstenerse de tirar al suelo papeles y cualquier otro tipo de desperdicio, los cuales deberán depositarse en los recipientes destinados para tal fin.

18) Abstenerse de mantener material o equipo en tal forma que pueda obstaculizar la libre circulación o ser causa de accidentes.

19) Abstenerse de hacer bromas o juegos, pues eso implica un alto riesgo de accidente.

20) Abstenerse de utilizar dentro de las instalaciones, aparatos de radio, grabadoras y celulares

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PRACTICA No. 1 Propiedades de la materia y volumen desplazado

Propósito:

Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos y comprueba algunas propiedades generales y específicas de la materia. Determinar por medio de desplazamiento de líquido el volumen de un objeto, la densidad y el peso específico de algunos sólidos y líquidos.

Desempeño a lograr:

A diferencia las propiedades físicas de la materia mediante el desarrollo de los experimentos, analizando el comportamiento de los diferentes materiales de acuerdo a su densidad y el peso específico.

Ideas previas: ¿Cómo se forman los estados de la materia? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué se unen los átomos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Si introduces totalmente en agua dos tubos de ensayo cerrado, del mismo volumen, pero diferente masa ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Explica cuál de los dos desplazará más líquido y porque: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Para qué sirve el cálculo de la densidad y el peso específico? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cómo puedo diferenciar las sustancias que aparentemente son iguales? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Antecedentes

Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio significa que es cuantificable, es decir, que se puede medir.

Todo cuanto podemos imaginar, desde un libro, un auto, el computador y hasta la silla en que nos sentamos y el agua que bebemos, o incluso algo intangible como el aire que respiramos, está hecho de materia.

Los planetas del Universo, los seres vivos como los insectos y los objetos inanimados como las rocas, están también hechos de materia.

Propiedades de la Materia

Una propiedad de la materia es una cualidad de la misma que puede ser apreciada por los sentidos, por ejemplo, el color, la dureza, el peso, el volumen, etcétera Estas, y otras propiedades se clasifican en dos grandes grupos:

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/MasaConcepto.htm

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a) Extensivas o generales: Son aquellas que varían con la cantidad de materia considerada

b) Intensivas o específicas: Son aquellas que no varían con la cantidad de materia considerada

Para entender los diferentes estados en los que las materias existen (sólido, líquido, gaseoso y plasma), es necesario entender algo llamado Teoría Molecular Kinética de la Materia. Uno de los conceptos básicos de la teoría argumenta que los átomos y moléculas poseen una energía de movimiento, que percibimos como temperatura. Mientras más energía hay en una sustancia, mayor movimiento molecular y mayor la temperatura percibida.

El volumen de un prisma rectangular es fácil de calcular. Simplemente se mide su longitud, su anchura y su altura. Luego, se multiplica la longitud por la anchura y por la altura. Pero, ¿cómo harías para calcular el volumen de un objeto de forma irregular, como un tornillo o una piedra? Una forma es usar el método de desplazamiento. Sumergiendo el objeto en agua y midiendo el volumen de agua desplazado. El volumen desplazado equivale al volumen del objeto. Si divides la masa del objeto entre su volumen, el resultado es una propiedad importante llamada densidad.

La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m3, la densidad será de: 1000 kg/m3

Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas

y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.

http://www.visionlearning.com/library/pop_glossary_term.php?oid=1518&l=s

http://www.visionlearning.com/library/pop_glossary_term.php?oid=1497&l=s

http://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtml

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La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará

sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

El peso específico de un fluido se calcula como su peso sobre una unidad de volumen (o su densidad por g). En el sistema internacional se mide en Newton / metro cúbico

𝑃𝑒 =𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛=

𝑚𝑔𝑉

∴ 𝑃𝑒 = 𝜌𝑔

Materiales y recursos

2 Vasos de precipitados de 100 ml Vaso de precipitados de 250 ml Mechero 20 monedas de 50 centavos o de

peso. Soporte Universal con nuez y rejilla

de alambre Termómetro 1 Hielo Una cápsula de porcelana pequeña o

vasito dosificador para medicina Alcohol Aceite de oliva

Balanza granataria Cordel Dos tubos de ensayo iguales, con

tapón (o dos recipientes pequeños que tengan tapa y se puedan sumergir en una probeta de 250 o 500 ml)

Probeta graduada de 250 ml Cinta masking tape Regla graduada en mm Un vernier Cuerpos sólidos regulares (cubo de

madera, un bloque de plastilina) Cuerpos irregulares (una piedra, un

trozo de corcho)

Diseño Experimental Experimento 1 Llenen totalmente de agua un vaso de precipitado y con cuidado introduzcan en él poco a poco las monedas. ¿Qué propiedad general están comprobando en este experimento? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué propiedad de líquidos se forma el menisco en la parte superior? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Experimento 2 Coloquen sobre el fuego un vaso de precipitado que contenga hielo sin dejar de moverlo, en el momento que se empieza a fundir mide la temperatura y regístrenla: ___________ ¿Cómo se le llama a esta temperatura?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Mantengan el vaso de precipitado en el fuego y vuelvan a medir la temperatura en el momento que inicie a hervir el agua, regístrenla: _____________ ¿Cómo se le llama a esta temperatura? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Si en el vaso de precipitado tuviéramos el doble de agua se modificaría el valor registrado? ____________ ¿Qué relación tiene el punto de ebullición con la presión atmosférica, y con la altura? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Por lo anterior podemos decir que dichas temperaturas pertenecen ¿a qué propiedades? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Experimento 3 Se llena la cápsula con aceite de oliva y se coloca en el fondo del vaso. En este último se vierte, con precaución, el alcohol necesario para que la cápsula quede totalmente sumergida en él. Luego, se va añadiendo, poco a poco, agua por la pared del vaso hasta casi al borde. Explica las causas que producen los cambios en los fenómenos observados en la práctica ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué el aceite adopta la forma esférica dentro del vaso? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Experimento 4 Tu profesor ha preparado dos tubos de ensayos iguales, pero con diferente masa. Ata un cordel a cada uno y utiliza la balanza para encontrar sus masas. Masa tubo ligero__________________ Masa tubo pesado___________________ Coloca 2/3 partes de agua en una probeta graduada y adhiere de forma vertical un pedazo de cinta, marcando el volumen del líquido dentro de la probeta. Posteriormente coloca el tubo ligero dentro de la probeta y marca el volumen nuevamente. Saca el tubo ligero. Antes de colocar el tubo más pesado dentro de la probeta, realiza la predicción de lo que sucederá al sumergirlo dentro de la probeta, ¿se desplazará más, menos o la misma cantidad de agua?__________ Coloca el tubo pesado dentro de la probeta ¿desplaza más, menos o la misma cantidad de agua?__________ Explica ¿por qué? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ El volumen que desplaza un objeto sumergido completamente ¿depende de su masa o de su volumen? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Experimento 5 Para determinar la densidad en los sólidos utilizaremos la relación:

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑(𝜌) =𝑚𝑎𝑠𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ∴ 𝜌 =

𝑚𝑣

Lo primero que haremos será medir la masa del sólido en la balanza. Para determinar el volumen: Cuerpos regulares: Aplicaremos la fórmula que nos permite su cálculo. Si es necesario conocer alguna de sus dimensiones las mediremos con el calibre, la regla o el instrumento de medida adecuado. Cuerpos irregulares: En un recipiente graduado agregaremos agua y anotaremos su nivel. Luego, sumergiremos totalmente el objeto y volveremos a anotar el nuevo nivel, La diferencia de niveles será el volumen del sólido.

http://www.monografias.com/trabajos7/caes/caes.shtml

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Todas las medidas se realizarán, por lo menos, tres veces y se calcula la media aritmética para reducir errores. Con la ayuda de la balanza granataria, midan la masa a cada uno de los cuerpos sólidos, regulares e irregulares y anótelos en los espacios correspondientes de la tabla 1 posteriormente, tomando en cuenta la forma de los cuerpos regulares y utilizando la ecuación correspondiente en cada caso calculen el volumen de cada uno de ellos anotando los resultados en la tabla 1. Para determinar el volumen de los cuerpos irregulares agreguen un volumen determinado de agua en una probeta y posteriormente introduzcan el cuerpo irregular determinen la diferencia de volumen y encontraran el volumen del objeto. Anotar los resultados en los espacios correspondientes de la tabla 1. Calculen la densidad y el peso específico en cada caso. Tabla 1

CUERPO Masa (g) Volumen ( cm3) Densidad (g/ cm3) Peso Específico (N/m3)

Valora tu aprendizaje Responde teniendo en cuenta las propiedades de la materia: 1.- ¿Por qué, si colocamos un objeto en un lugar, no podemos colocar simultáneamente otro en el mismo sitio? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2.- A partir de las propiedades de la materia, explica por qué se congela el agua: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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3.- ¿Por qué al ir a la “Piedra lisa” y comprar una varita para hacer burbujas de jabón con forma de estrellitas o de cualquier otra figura, ¿al final siempre queda una burbuja esférica? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4.- Realiza una comparación entre los valores de la densidad y peso específicos concentrándolos en una tabla que contenga los valores obtenidos de bibliografía y los experimentales. Si son iguales o diferentes justifica tu respuesta ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 5.- Si en un tubo de ensayo agregas 5 ml de tres sustancias y después de unos segundos la sustancia roja queda en el centro, la amarilla en la superficie y la transparente en la zona más profunda, escribe ¿Cuál de las sustancias tiene mayor densidad? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 6.- Si dentro de un tubo de ensayo se agrega 5 ml de una sustancia cuya densidad es de 1g/cm3 y 50 ml de otra sustancia con una densidad de 0.8 g/cm3, ¿Cómo quedarían acomodadas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 7.- Investiga y explica con tus palabras los métodos para determinar la densidad ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 8.- Explica porque es importante el conocer la densidad de las sustancias en la industria. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Revisión de la práctica

_______________________________ Firma del profesor de laboratorio o

del profesor titular de la materia

_______________________________ Nombre del estudiante

______________________________ Fecha en que se realizó la practica

Fuentes de consulta:

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=120&l=s# http://ciam.ucol.mx/villa/materias/RMV/quimica%2007/primera%20parcial/quimica%20materia/Propiedades%20de%20la%20Materia%20I.htm fisicageneralbst.com/practicas.php Héctor Fernández Serventi. "Química general e inorgánica". Losada S. A., Buenos Aires.

http://ciam.ucol.mx/villa/materias/RMV/quimica%2007/primera%20parcial/quimica%20materia/Propiedades%20de%20la%20Materia%20I.htm

http://ciam.ucol.mx/villa/materias/RMV/quimica%2007/primera%20parcial/quimica%20materia/Propiedades%20de%20la%20Materia%20I.htm

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PRACTICA No. 2 Principio de Arquímedes

Propósito: Comprobar experimentalmente el principio de Arquímedes. Desempeño a lograr: Comprende por medio de la experimentación la importancia y aplicación del principio de Arquímedes.

Ideas previas ¿Qué se necesita para que un cuerpo flote en un líquido? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué un barco que tiene toneladas de masa, puede flotar en el agua? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Antecedentes: Principio de Arquímedes El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en las figuras: El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

Materiales y recursos Una Probeta de 100 ml Un dinamómetro Un vaso de vidrio transparente o vaso de

precipitados de 250 ml Plastilina

Un hilo cáñamo o pabilo Cristalizador de 500 ml 400 g de sal Cuchara 2 huevos crudos

Diseño experimental Experimento 1 Toma 50 g de plastilina, forma un cilindro, colócale un cordel y sumérgelo completamente en una probeta de 100 ml que contenga 60 ml de agua, ¿Qué volumen ocupa el cilindro? Anota este y los demás resultados en la tabla I. Considerando que la densidad del agua es de 1g/ml, obtén la masa y el peso del líquido desalojado. ¿Flota o se hunde la plastilina? Toma un dinamómetro calibrado y cuelga el cilindro para medir el peso en el aire, luego, sumerge el cilindro en la probeta con agua sin tocar las paredes ni el fondo y mide el peso dentro del agua. Calcula la fuerza de flotación ejercida sobre el cilindro, usa la siguiente fórmula: Fuerza de flotación = peso objeto en aire - peso objeto dentro del líquido.

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Compara la fuerza de flotación obtenida con el peso del líquido desplazado. ¿Cómo es la fuerza de flotación, mayor, menor o igual al peso del volumen desplazado, explica? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Moldea los 50g de plastilina para que floten en el agua, presenta un procedimiento para determinar el agua desalojada por la plastilina flotante. Explica ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué volumen desplaza? ¿Qué masa de agua desaloja? ¿Flota o se hunde? Calcula la fuerza de flotación usando el dinamómetro y la fórmula. Observa que si pesas con un dinamómetro la plastilina moldeada dentro del agua, el valor será de cero, pues flota sobre la superficie (puedes usar hilo amarrado a la plastilina flotante). ¿Cómo es la fuerza de flotación ejercida sobre la plastilina flotante en relación con el peso del volumen desplazado? (igual, mayor o menor) Explica. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ TABLA DE RESULTADOS I

Plastilina en forma de

Masa

(g)

Peso

(N)

Volumen de líquido desalojado (ml)

Peso del líquido desalojado (N)

Peso dentro del líquido (N)

Fuerza de flotación sobre el objeto (N)

¿Flota o se hunde?

CILINDRO

OBJETO FLOTANTE

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¿En qué caso desplazó más agua la plastilina? ¿En forma de cilindro o flotando? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Explica tu respuesta: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Experimento 2 Mide la masa de un huevo, y la masa y volumen del agua usada en un vaso transparente. Primero coloca el huevo dentro del agua, y observa que éste se hunde, mide la cantidad de líquido desplazado (puedes usar una jeringa o pipeta para extraer el agua). Anota el volumen desplazado por el huevo. Saca el huevo del vaso con agua, y agrega suficiente sal como para que el huevo quede sumergido pero sin tocar el fondo (mide la masa de sal agregada). Saca nuevamente el huevo del agua salada y agrega más sal al vaso de tal manera que quede una parte del huevo flotando sobre la superficie del líquido. Anota la nueva masa de agua + sal, y su volumen final. Realiza los cálculos necesarios para determinar la densidad del huevo, la del agua sin sal, la del agua con poca sal y la del agua con mucha sal. Compara los valores y explica si existe alguna relación entre la flotabilidad de un cuerpo y la densidad de éste y la del líquido. CALCULOS: Densidad huevo:____________________ Densidad agua:_____________________

Densidad agua poca sal :________________ Densidad agua mucha sal :______________

Explica la relación de la flotabilidad con la densidad ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Valora tu aprendizaje ¿Qué se comprueba en el experimento uno? Explica ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué entiendes por empuje? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Explica el principio de Arquímedes ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ PROBLEMAS Una piedra tiene un peso en el aire de 100 N, si al sumergirla en agua el volumen desplazado pesa 20N, ¿Cuánto pesa la piedra dentro del agua? ¿Cuántas toneladas de agua de mar debe desplazar un barco anclado en el puerto de Manzanillo, si su masa es de 100,000 toneladas? ¿Cuántos litros de agua de mar desplazará, considerando que la densidad del agua es de 1025 kg/m3?

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Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Revisión de la práctica





Fuentes de consulta http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm

Prácticas de Física II 2 Lidia E. Rodríguez Flores



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Práctica No. 3 Presión y Principio de Pascal

Propósito: Comprobar experimentalmente el principio de Pascal y estudiar una de sus aplicaciones “la prensa hidráulica”. Desempeño a lograr: Comprende por medio de la experimentación la importancia y aplicación del principio de Pascal

Ideas previas ¿Qué necesitas saber para poder calcular la presión que ejerce un objeto sobre una superficie? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué diferencia hay entre fuerza y presión? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Para qué sirve una prensa hidráulica? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Antecedentes: La presión indica la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. En cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuará en forma perpendicular sobre una superficie. Matemáticamente la presión se expresa por: La presión hidrostática es aquella que origina todo líquido sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene. Esto se debe a la fuerza que el peso de las moléculas ejerce sobre un área determinada; la presión aumenta conforme es mayor la profundidad. La presión hidrostática en cualquier punto puede calcularse multiplicando el peso específico del líquido por la altura que hay desde la superficie libre del líquido hasta el punto considerado.

𝑷𝒉 = 𝑷𝒆𝒉 = 𝝆𝒈𝒉 Donde: 𝑷𝒉 = Presión hidrostática en N/m2 𝝆 = densidad del líquido en kg/m3 𝒉= altura de la superficie libre al punto en metros (m) 𝒈 = aceleración de la gravedad, igual a 9.8m/s2

La paradoja de Stevin señala lo siguiente: la presión ejercida por un líquido en cualquier punto del recipiente, no depende de la forma de éste ni de la cantidad del líquido contenido, sino únicamente del peso específico y de la altura que hay del punto considerado a la superficie libre del líquido. Principio de Pascal El francés Blaise Pascal (1623-1662) descubrió una propiedad importante en los líquidos, que se conoce como principio de Pascal: La presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad a cualquier otro punto del líquido. La causa de que la presión ejercida en un líquido se transmita íntegramente en todas direcciones es debida a que los líquidos son incompresibles. Por tanto, al aplicarles una presión y no poder reducirse de volumen, la transmiten en todas

direcciones perpendiculares a las paredes del recipiente que los contiene.

La comprobación experimental de este principio puede hacerse con un matraz esférico con varios orificios pequeños, lleno de líquido y cerrado por medio de un émbolo. Al presionar con el émbolo, el líquido sale al mismo tiempo y con igual velocidad por todos los orificios.

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Materiales y recursos Bolsa jumbo de plástico Aspiradora Pabilo Charola de plástico circular o

rectangular Jeringas de 3, 10 y 20 ml. Tubo delgado de plástico (cánula para

suero) Jeringa de Pascal

Bote vacío de plástico transparente de agua con tapa

Tubo de ensayo pequeño Manguera transparente de plástico 80

cm de longitud Tabla de madera o pedazo de papel

cascarón Cinta maskintape Globo

Diseño experimental

Experimento 1 Conecta a la aspiradora una bolsa jumbo de basura, colócala en el piso y párese una persona con poco peso al centro de la bolsa sobre una charola o una superficie de un tamaño del triple o el cuádruple del área de sus zapatos. Prenda la aspiradora de tal manera que inyecte aire a la bolsa, y observe lo que sucede. Repita el procedimiento anterior, pero ahora sin la charola. Observe. Sugerencia: se pueden usar zapatillas para hacer más notorio el fenómeno. Explica la diferencia observada en ambos casos. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Explica cómo podrías calcular la presión ejercida por la persona parada en la bolsa. ¿Qué tendrías que considerar para hacer los cálculos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Experimento 2 A continuación medirán la presión que se ejerce dentro de un globo. Arma un manómetro casero utilizando un pedazo de manguera transparente de aproximadamente 80 cm de longitud, colócala en forma de una U sobre una tabla o un papel cascarón, puedes pegar el tubo a la tabla con cinta, con alambre o con agarraderas metálicas. Coloca agua coloreada dentro del tubo, suficiente como para que se vean las partes verticales de la U con al menos dos centímetros de altura.

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Coloca un pedazo de papel milimétrico o marca en cm en el extremo derecho de la manguera la altura inicial del agua coloreada. Infla el globo y dale un par de vueltas en la boca de este para que no se le salga el aire al momento de colocarlo en el tubo que forma la parte vertical de la izquierda, desamarra el globo y observa el nivel del agua en la parte vertical derecha, marca la altura nuevamente y por diferencia calcula la altura de líquido que subió al colocar el globo.

Realiza el procedimiento tres veces para que calcules la media. NOTA: trata de que el tamaño del globo sea el mismo en los tres casos. Realiza el cálculo para medir la presión dentro del globo, considerando que la densidad del agua es de 1g/cm3=1000kg/m3, utiliza la ecuación 𝑷𝒉 = 𝑷𝒆𝒉 = 𝝆𝒈𝒉 descrita en la introducción. No olvides usar las unidades adecuadas.

¿Cómo hubiera sido el experimento si en lugar de colocarle agua se le hubiera puesto mercurio? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Sería diferente la altura si se hiciera en Manzanillo o en la parte más alta del Volcán de Colima? Explica. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Experimento 3 Toma una botella de plástico, adiciónale agua hasta el borde, introduce de forma invertida un tubo pequeño de vidrio al cual le agregaste aproximadamente la mitad de agua (puede estar coloreada). Si está bien colocado el tubo, éste deberá flotar cerca de la superficie.

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Tapa la botella y observa el comportamiento del tubo cuando presionas las paredes de la botella (observa también dentro del tubo). NOTA: si quieres medir la presión que ejerces en la botella, marca el tubo en centímetros antes de colocarlo dentro de la botella, al presionar la botella ver la diferencia en la altura. ¿Qué explicación fundamentada puedes dar para explicar el fenómeno observado? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué relación encuentras entre este experimento con el principio de Pascal? ¿Y con el de Arquímedes? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Experimento 4 A continuación armarán una pequeña prensa hidráulica, con dos jeringas, una de 3 ml y otra de 10ml, unidas por sus puntas por medio de un pedazo de tubo de cánula. Antes de unir con el tubo, llenar de agua la jeringa de 3 ml. ¿Hacia dónde se dirige la presión que se ejerce sobre el émbolo pequeño? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Ejerce una fuerza sobre el émbolo pequeño y observa. Antes de ejercer una fuerza sobre el émbolo mayor, ¿cómo será la fuerza ejercida en el émbolo mayor con respecto al menor? (mayor, menor, igual) ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Ejerce la fuerza sobre el émbolo mayor y siente la diferencia. ¿Cómo es la fuerza ejercida sobre el émbolo mayor con respecto al menor? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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¿Cómo es la presión ejercida en el émbolo mayor con respecto al émbolo menor?(menor, igual, mayor). ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Recuerda que no es lo mismo presión y fuerza. ¿Qué principio se aplica en este dispositivo? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Ahora observa la distancia vertical recorrida ¿se recorre la misma distancia vertical en ambas jeringas? _______ ¿por qué? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cambiará mucho la fuerza aplicada si se aumenta la diferencia en el tamaño de las jeringas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cómo crees que cambie la fuerza aplicada en el émbolo menor si se utiliza una jeringa del doble de tamaño en la jeringa mayor? _________________________________________ Comprueba tus predicciones, quitando la jeringa de 10ml y colocando la de 20 ml. (recuerda dejar llena la jeringa de 3 ml). Explica brevemente tus descubrimientos con respecto a las fuerzas ejercidas en una prensa hidráulica. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Valora tu aprendizaje. ¿En qué lugar será mayor la presión atmosférica, en Miramar playa de Manzanillo o en el volcán de nieve de Colima? Explica _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________

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Explica lo que sucede en el interior de una olla de presión en un lugar como Manzanillo, ¿qué sucede con la presión dentro de la olla? ¿Qué pasa con la temperatura? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ Menciona tres ejemplos de la vida cotidiana donde se pueda ver o aplicar el principio de Pascal. 1) ______________________________________________________________________ 2) ______________________________________________________________________ 3) ______________________________________________________________________ ¿Por qué se dice que la prensa hidráulica es un multiplicador de fuerzas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Revisión de la práctica





Fuentes de consulta Héctor Pérez Montiel, Física General, Publicaciones CULTURAL, 2000.

http://www.youtube.com/watch?v=inCePLZB2sQ

http://www.youtube.com/watch?v=inCePLZB2sQ

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Práctica No. 4 Experimentando con las Ondas

Propósito: Interpretar el movimiento de la onda con sus características físicas que expliquen un fundamento teórico en base a los sonidos de una botella con agua. Desempeño a lograr: Durante el desarrollo de esta práctica comprenderás los elementos básicos de la onda y las características de las ondas mecánicas.

Ideas previas

¿Qué es una onda? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Define los conceptos: Frecuencia: _____________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Amplitud: _______________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Nodo: __________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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¿Sabes cómo es que nos comunicamos entre los seres humanos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué características tiene una onda? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Antecedentes: La mayoría de nosotros, hemos tenido alguna experiencia con las ondas, como cuando tiramos una piedra a un charco. La perturbación creada por la piedra da lugar a ondas en la superficie del agua que se mueven hacia fuera del punto en que cayó la piedra. La naturaleza está repleta de fenómenos físicos que tienen características ondulatorias: • Ondas mecánicas, por ejemplo ondas en una cuerda de guitarra, ondas sonoras, ondas en el agua, etc. El concepto de onda es un poco abstracto, pero cuando hablamos de ondas mecánicas, lo que interpretamos por onda es una perturbación que se propaga a través de un medio. • Ondas electromagnéticas, como la luz visible, ondas de radio, rayos X, etc. Este tipo especial de ondas no necesitan de un medio para propagarse. En esta entrega proponemos dos experimentos sobre transmisión del sonido, en uno intervienen ondas mecánicas y en el otro, ondas mecánicas y electromagnéticas

Materiales y recursos Dos latas, que tengan forma cilíndrica y que su altura sea mayor que el diámetro (Mucho cuidado con los bordes, conviene forrarlos con cinta adhesiva),

Un hilo fuerte (de embalar, tanza, etc.) de 3 a 10 mts. de largo,

5 Botellas de vidrio idénticas. 1 Vaso de precipitados para medir la

capacidad y Agua Cuchara o cualquier otro objeto de

metal para golpear las botellas

Diseño experimental Experimento 1 Se perforan las bases de las latas con un diámetro similar al del hilo (o tanza) por el cual se pasa el hilo. Luego hacemos nudo en cada extremo para evitar que el hilo deslice. En la figura se muestra el modelo terminado.

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Ahora cada persona toma una lata y se alejan entre sí en línea recta, procurando que el hilo quede bien tenso. Luego una persona acercará su lata a la oreja, mientras la otra hablará hacia dentro de su lata como si fuera un megáfono, y siempre procurando que el hilo quede bien tenso. De esta forma podremos escucharnos a distancia con claridad, sin necesidad de gritar demasiado. Se puede observar, jugando un rato, que cuando el hilo no está bien tenso, no es posible escuchar la voz con claridad, es decir que la transmisión del sonido se ve afectada por la tensión de la cuerda o hilo. Y además que si cambiamos el material del hilo también afectará, o el material de la lata, o el diámetro de las mismas. Como vemos hay muchas variables en juego, que se pueden probar.

¿Cómo hace el sonido para entrar en una lata y salir por la otra lata? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué pasa si dejamos al hilo completamente suelto? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Porque si nos ponemos el hilo en la oreja, en vez de la lata, no escuchamos nada? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Experimento 2 1.- Deposita cierta cantidad de agua en el interior de la botella como se indica en la siguiente figura.

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2.- Sopla a través de la boca de la botella que está llena de agua, ¿Cómo es el sonido que escuchas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3.- Has lo mismo con la botella que tiene ¾ de la capacidad de la botella. ¿Cómo es el sonido que escuchas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué diferencia encuentras con el sonido de la botella anterior? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4.- De igual manera sopla en las botellas siguientes (1/2, ¼ y vacía) y compara los sonidos que emite cada una de ellas. ¿Cuál es el sonido más agudo y cuál es el más grave de todos los sonidos emitidos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿A qué se debe este fenómeno? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 5.- Finalmente tendrán que afinar las botellas (aumentando o disminuyendo el volumen de agua) y tocar una sencilla canción con ellas en grupo. Formulación una hipótesis: y si en vez de agua fuera otro líquido, más denso o más viscoso, ¿qué sonidos emitirá? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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REPITE EL EXPERIMENTO ANTERIOR, PERO AHORA EN VEZ DE SOPLAR, REALIZA PEQUEÑOS GOLPECITOS CON UNA CUCHARA DE METAL O CUALQUIER OTRO OBJETO METALICO EN LA PARTE MEDIA DE LA BOTELLA 1.- ¿Qué diferencias encuentras? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2.- ¿Para obtener un mejor sonido en la botella, es mejor golpearla abajo, en medio arriba? ¿Porque? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

3.- Golpea las botellas con otro material y escucha las diferencias. ¿Qué sucede? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Valora tu aprendizaje. ¿Qué relación encuentras con las ondas longitudinales y transversales con los experimentos realizados? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Interpreta tu definición de ondas mecánicas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Menciona 5 ejemplos de uso de la vida cotidiana donde puedas mencionar que se aplican las ondas mecánicas 1) _____________________________________________________________________ 2) _____________________________________________________________________

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3) _____________________________________________________________________ 4) _____________________________________________________________________ 5) _____________________________________________________________________ ¿Por qué puedes identificar los sonidos de los distintos materiales? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






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Práctica No. 5 EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

Una característica importante de la actividad experimental es que cuando los alumnos

investigan, diseñan y conducen un experimento científico, realizan actividades en donde aplican y contextualizan los conocimientos conceptuales aprendidos, lo cual resulta más significativo para ellos y los motiva a realizar otras investigaciones y emplear sus conocimientos en la solución de problemas de índole ambiental o científico. Además el alumno desarrolla habilidades para trabajar colaborativamente, favoreciendo la adquisición de valores como el respeto, la responsabilidad y la tolerancia.

La competencia central de la actividad experimental se orienta hacia que el alumno desarrolle habilidades y destrezas necesarias para manipular materiales y sustancias de laboratorio y a su vez conozca y aplique los procedimientos de investigación, razonamiento, análisis y síntesis, en el desarrollo de pequeños proyectos colaborativos.

Las cinco dimensiones del aprendizaje nos dicen:

1. Disposición y problematización.

2. Adquisición y organización del conocimiento.

3. Procesamiento de la información.

4. Aplicación de la información.

5. Conciencia del proceso de aprendizaje (Metacognición).

Por lo que en esta actividad vamos a evaluar el avance de los alumnos en la adquisición de las competencias programadas de la materia. Por lo que se revisaran las primeras 4 prácticas realizadas en base al instrumento de evaluación que se anexa en este manual de prácticas.

La evaluación de estas prácticas tiene como misión cuantificar la relación entre los objetivos marcados inicialmente y los resultados alcanzados. Es la vía para proporcionar al alumno información sobre sus progresos, y al profesor le permite conocer la eficacia del marco docente en que se ha desarrollado las prácticas de laboratorio. Al mismo tiempo, sirve para comprobar que el alumno ha adquirido los conocimientos y habilidades suficientes que ha estudiado.

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Lista de cotejo para evaluar la correcta realización de las prácticas de laboratorio. Puede usarse para evaluar práctica por práctica o las realizadas en cada unidad.

Lista de cotejo para autoevaluación, coevaluación o Heteroevaluación

Auto- evaluación

Coe- evaluación

Competencias genéricas Criterio Si No Si No

5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

Cumple con todos los pasos señalados establecidos en el apartado de: desarrollo experimental para obtener resultados pertinentes. Redacta una conclusión personal argumentada, basada en los resultados obtenidos en la práctica y sus conocimientos teóricos.

8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

Durante la realización de las prácticas participa en la discusión de las preguntas previas, el desarrollo experimental y comparte sus opiniones con su mesa de trabajo.

Total Competencias disciplinares Criterios Si No Si No

3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

Responde de manera correcta y con anticipación a la realización de la práctica, en apartado de: ideas previas. Responde de manera correcta los cuestionamientos del apartado: valora tu aprendizaje.

4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas.

Responde de manera correcta los cuestionamientos del apartado: valora tu aprendizaje.

9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

Dibuja esquemas, cuadros, organizadores gráficos, para describir el proceso experimental.

10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

Responde, de manera correcta mínimo el 80% de los apartados solicitados en el cuerpo de la práctica, en el apartado denominado: Desarrollo experimental.

Total

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Práctica No. 6 Dilatación Térmica

Propósito: Observar la dilatación térmica de diferentes materiales, y calcular el coeficiente de dilatación cúbica del aire. Desempeño a lograr: En la siguiente práctica observarás el aumento en las dimensiones de diferentes materiales a consecuencia del incremento de su temperatura.

Ideas previas ¿Qué es la dilatación térmica? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cuáles son los tipos de dilatación térmica?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué aplicaciones puede tener una lámina bimetálica? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Antecedentes: La dilatación es el aumento o disminución en las dimensiones de los cuerpos debido al cambio de temperatura que experimentan. Existen tres tipos de dilatación:

Lineal: Cuando se afecta la longitud de los materiales en forma de alambres, barras o varillas.

Superficial: Si se afecta el área o superficies en láminas principalmente.

Volumétrica: Si afecta el volumen de los cuerpos, líquidos y gases.

La mayoría de los materiales se afectan por la dilatación, razón por lo que en las vías del ferrocarril se dejan “juntas de dilatación” para evitar que se golpeen una contra la otra al aumentar la longitud de estas, por ello en la construcción de pavimentos de concreto, y puentes, se dejan “juntas de dilatación” con neopreno para que absorba el calor y el aumento de la superficie no afecte fracturando las losas chocando una contra otra. La dilatación del agua es anómala, pues a los 4°C ésta tiene su máxima densidad, y si se disminuye su temperatura a 0°C, su volumen aumentará al convertirse en hielo, disminuyendo su densidad, por lo que en los lagos y mares dicha dilatación servirá para conservar la vida marina.


Botella de vidrio Termómetro Globo mediano Vaso de precipitado de 1 litro Pabilo o hilo

Papel aluminio Papel de china Pegamento blanco Parrilla eléctrica

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Diseño experimental Experimento 1

1. Mida la temperatura ambiente con el termómetro y regístrela, esa será la temperatura inicial del aire contenido en el sistema.

2. Coloque sobre la boca de una botella de vidrio vacía y a temperatura ambiente un globo desinflado.

3. En el vaso de precipitado caliente agua entre 80 y 90 °C, el agua deberá ser suficiente para sumergir al menos la mitad de la botella de vidrio en forma vertical.

4. Coloque la botella dentro del vaso con agua caliente durante unos 5 minutos, observe lo que sucede. Mida la temperatura del agua, esa será la temperatura final del aire contenido en el sistema.

5. Con un pedazo de pabilo o con el mismo globo, amarre con cuidado para que no se desinfle al quitarlo de la botella.

6. Mida el volumen del globo inflado y el volumen interior de la botella. 7. Realice los cálculos para encontrar el coeficiente de dilatación volumétrica

del aire, considerando la siguiente ecuación:

𝛽 =𝑉𝑓 − 𝑉𝑜

𝑉𝑜(𝑇𝑓 − 𝑇𝑜)

Donde:

𝛽 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎.

𝑉𝑓 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙.

𝑉𝑜 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑇𝑓 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝑇𝑜 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Datos obtenidos

Volumen inicial (cm3) Temperatura inicial (°C) Volumen final (cm3) Temperatura final (°C)

Cálculos:

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Compara el valor real del coeficiente de dilatación volumétrica del aire (βaire=3.67X10-3 1/°C) con el valor obtenido, y comenten por qué existe cierto error. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Experimento 2 1. Recorta dos rectángulos que midan 1.5X10 cm de papel aluminio y otro del mismo

tamaño de papel de china. 2. Coloca un poco de pegamento en los extremos de uno de los

rectángulos de papel aluminio y pega encima de éste el rectángulo de papel de china.

3. Calienta una parrilla eléctrica y con cuidado coloca al mismo tiempo sobre ésta, el rectángulo de papel aluminio y el rectángulo doble de aluminio-papel, con el cuidado de que el aluminio sea el que esté en contacto con la parrilla.

Observa lo que sucede y explica. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Valora tu aprendizaje. 1) Menciona y explica dos casos donde hayas observado la dilatación de sólidos. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2) ¿La dilatación lineal es una propiedad exclusiva de los metales? ¿Está usted de

acuerdo? Justifique. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3) ¿Por qué se dilatan los cuerpos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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4) Se tiene en un laboratorio a 25°C un matraz Erlenmeyer de 250 ml, lleno hasta el borde con glicerina. Si se calientan el matraz junto con la glicerina hasta alcanzar una temperatura de 80°C. (βvidrio= 2.2X10-5 1/°C , βglicerina= 49X10-5 1/°C ).

PROCEDIMIENTO a) ¿Qué volumen tendrá el matraz Erlenmeyer a los 80°C? ________________________ b) ¿Cuántos ml de glicerina se habrán derramado al alcanzar los 80°C?_______________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






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Práctica No. 7 Calor Específico

Propósito: Determinar experimentalmente el calor específico de algunos materiales sólidos, usando agua como sustancia cuyo calor específico es conocido. Desempeño a lograr: En la siguiente práctica realizarás mediciones de masa y temperatura, para calcular el calor específico de tres metales diferentes.

Ideas previas ¿Qué es el equilibrio térmico? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Elabora un cuadro comparativo explicando las diferencias entre calor y temperatura. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Explica brevemente ¿En qué formas se puede transferir el calor? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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¿Qué es el calor específico? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Antecedentes: A partir de experimentos se ha observado que al suministrar la misma cantidad de calor a dos sustancias diferentes, el aumento de temperatura no es el mismo. En el laboratorio, los cambios de calor de los procesos físicos o químicos se miden con un calorímetro, que es un recipiente cerrado diseñado específicamente para este propósito.

El estudio de la calorimetría, la medición de los cambios de calor, depende de la comprensión de los conceptos de calor específico y capacidad específica.

El calor específico (Ce) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de sustancia. La capacidad calorífica(C) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. El calor específico es una propiedad intensiva, en tanto que la capacidad calorífica es una propiedad extensiva.

Para calcular el calor específico se puede emplear la siguiente ecuación:

𝑪𝒆 =𝑸

𝒎(𝑻𝒇 − 𝑻𝒐)

Donde: Ce= calor específico (cal/g°C) Q = Calor (cal) m = masa (en g) Tf = Temperatura final (°C) To = Temperatura inicial (°C)

Algunos valores de calor específico son:

Sustancia Ce en cal/g°C Agua 1.00 Hielo 0.50 Hierro 0.113 Cobre 0.093

Aluminio 0.217 Vidrio 0.199 Plomo 0.031

De acuerdo a la tabla anterior, se observa que el agua tiene mayor calor específico, lo cual significa que necesita mayor cantidad calor que las demás sustancias para elevar su temperatura.

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2 globos Mechero de alcohol Balanza granataria Toallas de papel Termómetro Soporte universal Aro metálico Tela de asbesto

Pinzas para soporte Trozo de 100 a 300 g de hierro (atado de clavos) con pabilo amarrado

Trozo de 100 a 300 g de cobre (pedazos de tubo) con pabilo amarrado

Plomada 100 a 300 g (trozos de plomo) con pabilo amarrado

3 Vasos térmicos de 500 a 1000 ml (se puede usar calorímetro)

Diseño experimental Experimento 1 1) Se inflan dos globos del mismo tamaño, uno con aire y otro con

agua, se coloca el que tiene aire sobre un aro metálico, se acerca el mechero de alcohol y se observa.

2) Se toma el segundo globo inflado con agua, y se coloca también sobre el aro, se acerca el mechero.

¿Por qué la diferencia entre los dos globos al calentarlos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Experimento 2

1) Mide dentro de un vaso de unicel la masa del hierro, Colócalo dentro de otro vaso de unicel con suficiente agua fría hasta cubrir el metal, tómale la temperatura después de 2 minutos (temperatura inicial).

2) Coloca un vaso limpio y seco de unicel sobre la balanza y agrégale agua a 80°C hasta que sean los mismos gramos que el trozo de hierro. Mide la temperatura (temperatura del agua caliente). Si es posible úsalo con tapadera.

3) Saca el trozo de hierro del agua fría, sécalo rápidamente y colócalo dentro del agua caliente, espera de uno a dos minutos y toma la temperatura del agua (temperatura final).

4) Considerando los valores que se tienen de masa de agua caliente, masa de hierro, temperatura inicial del agua caliente, temperatura inicial del hierro, y temperatura final, calcula el valor del calor específico del metal considerando que:

La temperatura final del agua caliente y el metal es la misma. El calor específico del agua es de 1cal/g°C.

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El calor Q = m Ce (Tf - To)

La cantidad de calor cedido por el agua caliente - Qa es igual a la cantidad de calor ganado por el hierro frío Qm Si se igualan los dos calores (cedido y ganado), se puede despejar el calor específico del metal:

𝑪𝒆𝒎 = 𝒎𝒂(𝑻𝒇−𝑻𝒐𝒂)−𝒎𝒎(𝑻𝒇−𝑻𝒐𝒎)

Donde:

𝑪𝒆𝒎 = calor específico del metal 𝒎𝒂= masa del agua caliente 𝒎𝒎= masa del metal frío 𝑻𝒇 = temperatura final 𝑻𝒐𝒂 = temperatura inicial del agua caliente. 𝑻𝒐𝒎 = temperatura inicial del metal frío.

5) Ahora, considere los otros metales que tienes disponibles, y realiza los pasos del 1 al 4 nuevamente. Anotar en la siguiente tabla los resultados

Medición Fierro Cobre Plomo

Masa del metal (en g)

Temperatura inicial metal

Temperatura final

Masa del agua caliente (en g) Temperatura inicial del agua caliente Valor calculado de Ce

Error porcentual del cálculo

=𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 − 𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒂𝒃𝒍𝒂

𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒂𝒃𝒍𝒂𝑿𝟏𝟎𝟎

Valora tu aprendizaje. 1) Explica cuáles pudieron haber sido los errores cometidos durante el proceso,

para determinar el calor específico del metal. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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2) Si tengo dos comales con la misma masa, uno de aluminio y otro de fierro ¿cuál de ellos se calienta con mayor rapidez al suministrarle calor? ¿Por qué?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3) Sabemos que dos sustancias de igual masa no se enfrían con la misma rapidez, ¿Qué

tiene que ver el calor específico con esto? Explica. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4) Investiga cómo se determina (equipo y método) la cantidad de calorías que te

proporciona un alimento. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






Fuentes de consulta http://www.fiumsa.edu.bo/cef/webs/exper.htm#globo http://www.fisica.uson.mx/manuales/fluidos/fluidos-lab13.pdf http://200.13.98.241/~javier/practica5.pdf

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Práctica No. 8 Temperatura

Propósito: Comprender el concepto de temperatura estableciendo el equilibrio térmico entre dos o más sistemas. Proponer una nueva escala empírica de temperatura y relacionarla con otras escalas conocidas, como la escala Celsius o la escala Fahrenheit Desempeño a lograr: Analizara las leyes y conceptos de la termología y la termodinámica, en un experimento de laboratorio.

Ideas previas 1. ¿Qué establece la ley cero de la termodinámica? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2. Definir temperatura. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3. ¿Qué es un termómetro? Investigar diferentes tipos de termómetro indicando: tipo de

termómetro, propiedad termométrica e intervalo de medición ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4. Definir escala de temperatura. Investigar sobre escalas relativas y escalas absolutas.

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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 5. De las escalas de temperatura conocidas, ¿cuáles son empíricas y cuáles absolutas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Antecedentes: Como sabemos el calor se trasmite de un cuerpo caliente a un cuerpo frío, en este intercambio la cantidad de calor pertenece constante. La ley de la conservación del intercambio de energía calorífica dice: la cantidad de calor que absorbe un cuerpo es igual a la cantidad que pierde el otro, hasta alcanzar el equilibrio térmico. En otras palabras dos cuerpos inicialmente a diferente temperatura (TA y TB), al entrar en contacto, el que tiene mayor temperatura (A) cede calor al otro reduciendo su temperatura. El otro (B) absorbe calor y aumenta su temperatura, hasta que después de un tiempo, finalmente alcanzan una misma temperatura de equilibrio TE.

Materiales y recursos 1 probeta de 100 mL 2 termómetros de mercurio [-10 a

150 ºC] 1 vaso de precipitados de 600 mL 1 vaso de precipitados de 250 mL 1 frasco Dewar de 300 mL o

calorímetro.

1 mechero Bunsen o una resistencia eléctrica

1 tripie 1 tela de alambre con asbesto agua hielo Cinta adhesiva 1 regla de 30 cm

Diseño experimental Experimento 1 1. Cubrir con cinta adhesiva la escala de uno de los termómetros, permitiendo que se vea

la columna de mercurio. Este termómetro se graduará en ºE. 2. Colocar hielo en un vaso de precipitados de 250ml e introducir los dos termómetros y

esperar a que se alcance el equilibrio térmico.

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3. Registrar la temperatura leída en el termómetro en °C. 4. Marcar sobre la cinta adhesiva del otro termómetro el nivel que

alcance la columna de mercurio. Estas lecturas en °C y °E serán las correspondientes al punto fijo inferior.

5. En un vaso de precipitados colocar aproximadamente 500 mL de agua y calentarla hasta que alcance su punto de ebullición. Introducir los dos termómetros en el vaso y registrar las lecturas en ambos termómetros (puntos 3 y 4). Estas lecturas de temperatura corresponden al punto fijo superior.

6. Preparar diferentes mezclas de agua fría y agua caliente (de acuerdo a las indicaciones del profesor) y colocarlas en el frasco Dewar o calorímetro.

7. Introducir ambos termómetros en cada una de las mezclas. Registrar las lecturas de

temperatura en ambos instrumentos según los puntos 3 y 4

8. Una vez concluidas las determinaciones retirar con cuidado la cinta adhesiva del termómetro y colocarla bien extendida en una hoja para asignar valores a los puntos fijos y hacer la división del intervalo para encontrar el valor de cada grado en la escala ºE y de esta forma determinar los valores de temperatura registrados en la cinta adhesiva para la escala °E

9.- Completa la información del experimento en las siguientes tablas

Puntos fijos Termómetro de Hg(°C) Termómetro Hg (°E)

Punto de fusión del hielo Punto de ebullición del agua

Evento Temperatura experimental en (°C) Temperatura experimental en (°E)

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2.- Con los datos experimentales realizar cálculos adecuados (anexar) y completar la información solicitada en la siguiente tabla:

T(°C) Calculada con ecuación algebraica T(°C) Calculada con ecuación de la recta

Valora tu aprendizaje. 1. El mercurio es tóxico, acumulativo y produce hidrargirismo. Su uso debe ser limitado, por

lo que sería conveniente sustituirlo por otro líquido. ¿Por qué no se usa agua? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2. Los termómetros clínicos son diferentes de los termómetros que se utilizan en el

laboratorio. En los primeros, a diferencia de los segundos, antes de medir la temperatura el mercurio tiene que estar en el bulbo. ¿Por qué?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3. Explicar si son correctas las siguientes definiciones de temperatura encontradas en la

literatura. a) La temperatura es una medida de la intensidad del calor o de qué tan caliente está un

sistema independientemente de su tamaño. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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b) La temperatura de un sistema es una medida del movimiento aleatorio de las moléculas del sistema

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






Fuentes de consulta Alvarenga, B. y Máximo, A. Física general. México: Harla • Asimov, I. Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología. Ed. Alianza • Rius, M. y Castro, M. (1998). Calor y Movimiento. Fondo de Cultura Económica. 3ª. Edición (La Ciencia para todos) • Efron, A. (1971). El Mundo del Calor. Buenos Aires: Bell Santander • García Colín, S. L. (1972). Introducción a la Termodinámica Clásica. 2ª. Ed. México: Trillas • García, Pelayo y Gross. Enciclopedia de las Ciencias • Giancoli, D. C. Física General • Granet, I. (1988). Termodinámica. 3ª. Ed. México: Prentice-Hall • Hein-Arena. (1997). Fundamentos de Química. Ed. Thomson • Kirk-Othmer. Enciclopedia de tecnología química. Vol. 15 • Lang Da Silveira, S. y Moreira, M. A. (1996). Enseñanza de las Ciencias, 14 (1), pp. 75-86 • Levine, I. N. (1990). Fisicoquímica. 3ª. Ed. McGraw Hill • Macedo de Burghi, B. y Soussan, G. (1985). Enseñanza de las Ciencias, 3(2), pp. 83-90 • Mc Ketta, John J., Encyclopedia of chemical processing and design. Ed. Marcel Dekker, Inc. V 57, 1996. • Price; Smmot; Smith. (1988). Química un Curso Moderno. Ed. GlencoeMcGraw Hill • Sears, F. W., Zemansky, M. W. y Young, H. D. (1982). Física Universitaria. 6ª. Ed. México: Addison-Wesley Iberoamericana • Thompson, D. N. and Quass La Verne, C. (1974). J. Chem. Education, 51, 660 Tippens. Física. • Umland Bellama. (2000). Química General. Ed. Thomson • Valenzuela Calahorro, Cristobal., Transformación de la materia. • Zemansky, M. W. (1972). Calor y Termodinámica. McGraw Hill Book Co. Inc. 4ª. Edición • Zemansky, M. W. (1968). Temperaturas muy bajas y muy altas. México: Reverté • Zientara, D. E. (1972). Measuring Process Variables. Chemical Engineering. Deskbook Issue. September 11, pp. 19-29 http://depa.fquim.unam.mx/fisiquim/pdf/termo/temperatura.pdf

51

Práctica No. 9 Calor latente

Propósito: Determinar el calor latente de fusión del hielo. Desempeño a lograr: el alumno determinara experimentalmente la variación de entalpía de fusión del hielo o calor latente de fusión del hielo.

Ideas previas 1. ¿Por qué la energía térmica en un cambio de fase se expresa mediante ΔH? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

2. Recuerda cómo se identifican los cambios de fase y colócalos sobre la flecha correspondiente visualizar, indicando si en la transición se cede o absorbe energía.

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

3. En qué condiciones de presión y temperatura ocurre la transición de fase. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

52

4. Escribe la ecuación que representa la relación entre entalpia y calor y como se llega a esta.

Antecedentes: La física define que el calor es la energía que se traspasa de un cuerpo hacia a otro, capaz de generar un cambio de estado y la dilatación de estos cuerpos. Latente, por su parte, es aquello que se encuentra oculto o que parece inactivo. Calor latente: la noción de calor latente alude al calor que, al ser recibido por un cuerpo, no incrementa su temperatura, sino que es utilizado para que se produzca un cambio de estado. Es importante destacar que la temperatura es la magnitud física que se encarga de expresar el nivel del calor. En el caso del calor latente, por lo tanto, se trata de energía que no aumenta esa magnitud en el cuerpo. Puede decirse que el calor latente es la energía que un cuerpo o sustancia requiere para cambiar su estado. Una sustancia en estado líquido, por ejemplo, necesita un determinado calor latente para pasar a una fase gaseosa. En este contexto el calor latente puede denominarse calor de evaporización. En un sentido similar, una sustancia sólida requiere de calor latente para pasar a un estado líquido: el calor de fusión. Como el calor no se traduce en una variación de la temperatura mientras se desarrolla el cambio de estado, parece estar escondido. Por eso se habla de calor latente, ya que se añade calor a la sustancia sin que cambie su temperatura. Cuando el calor es aplicado a una sustancia que no registra un cambio de estado pero sí se incrementa su temperatura, los expertos hacen referencia al calor sensible.


1 frasco Dewar de 300 mL 2 termómetros 1 balanza Plato caliente o mechero

1 cronómetro 1 vidrio de reloj hielo

Diseño experimental

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Experimento 1 Determinación de la variación de entalpía de fusión del hielo o calor latente de fusión del hielo. a. Colocar en un frasco Dewar 175 mL de agua no

destilada y verificar que su temperatura sea aproximadamente 6 °C superior a la temperatura ambiente. Tapar e iniciar el registro de temperatura cada 30 segundos durante 5 minutos (equilibrio térmico).

b. Tarar en la balanza un vidrio de reloj. Pesar aproximadamente 25 g de hielo que ha sido

secado previamente con una servilleta de papel y colocarlo rápidamente en el frasco Dewar a los 5 minutos.

c. Agitar constantemente y registrar la temperatura cada 15 segundos hasta llegar a una temperatura mínima. Proseguir con las lecturas cada 30 segundos durante 5 minutos más.

TIEMPO TEMPERATURA TIEMPO TEMPERATURA

0:00 3:00

0:30 3:30

1:00 4:00

1:30 4:30

2:00 5:00

2:30

TIEMPO TEMPERATURA TIEMPO TEMPERATURA

0:00 3:00

0:30 3:30

1:00 4:00

1:30 4:30

2:00 5:00

2:30

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Datos experimentales: Determinación del calor latente de fusión del hielo Masa de agua a aprox 6˚C más a la temp. ambiente =_________ Masa de hielo=_________

d. Elabora un diagrama de bloques del procedimiento experimental

Valora tu aprendizaje. Determinación de la variación de entalpía de fusión del hielo. Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs tiempo, en el papel milimétrico.

Establecer un balance energético para determinar la energía de fusión del hielo El valor del calor latente de fusión del agua reportado en la literatura es de 80 cal/g. Calcular el % de error del valor obtenido experimentalmente con respecto al reportado.

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¿Qué fuentes de error han intervenido en esta determinación? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué es necesario secar el hielo con una toalla antes de añadirlo al agua? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué es necesario que la temperatura inicial del agua sea superior a la temperatura

ambiente al iniciar el experimento? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cómo se podría mejorar la determinación? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






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Por lo que en esta actividad vamos a evaluar el avance de los alumnos en la adquisición de las competencias programadas de la materia. Por lo que se revisaran las prácticas 6, 7,8 y 9, realizadas en base al instrumento de evaluación que se anexa en este manual de prácticas.


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Auto- evaluación

Coe- evaluación
















Total

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Práctica No. 11 Carga eléctrica

Propósito: Cargar eléctricamente a un cuerpo con los dos tipos de carga (positiva y negativa), y observar los efectos de atracción y repulsión entre cuerpos cargados Desempeño a lograr: identifica los tipos de carga. Utiliza software gratis de la red, formula hipótesis.

Ideas previas Bajo las complejidades de los fenómenos eléctricos yace una regla fundamental de la cual se derivan casi todos los demás efectos. ¿Cuál es esta regla? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cuál es la diferencia entre la carga de un protón y un electrón? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué son las cargas eléctricas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Antecedentes: Toda la materia se compone de átomos y éstos de partículas elementales como son los electrones, protones y neutrones. Los electrones y los protones tienen una propiedad llamada carga eléctrica, los neutrones son eléctricamente neutros porque carecen de carga. Los electrones tienen carga negativa, mientras que los protones presentan carga positiva. El átomo está constituido por un núcleo en el cual se encuentran los protones y los neutrones, alrededor de este giran los electrones. Un átomo normal es neutro, pues tiene el mismo número de protones que de electrones. Sin embargo un átomo puede ganar electrones y quedar con carga negativa, o bien, puede perderlos y tener carga positiva. Un principio esencial de la electricidad es que cargas del mismo signo se repelen y cargas del signo contrario se atraen. Los cuerpos se cargan eléctricamente por frotamiento, contacto e inducción. El electroscopio es un aparato que permite detectar si un cuerpo está o no cargado eléctricamente y también identifica el signo de la carga. Consta de un recipiente de vidrio y un tapón aislador, atravesado por una varilla metálica rematada en su parte superior por una esferilla también metálica; en su parte inferior tiene dos laminillas que pueden ser de oro, aluminio, o láminas finas de cualquier metal.


Péndulo eléctrico Electroscopio Barra de vidrio Barra de plástico Tela de seda

Tela de lana Globos Bolitas de nieve seca Computadora por equipo o computadora del laboratorio

conectada a un cañón. http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics

http://www.youtube.com/watch?v=Eb2R2ZIoXO

Diseño experimental Experimento 1 1. Frote vigorosamente la barra de vidrio con una tela de seda, ya

electrizada la barra acérquela a la esfera del péndulo, sin tocarlo. ¿Qué sucede al acercarla?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics

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a) Si tu respuesta es. “no sucede nada” discutan al interior del equipo porque creen que no pasó nada y coméntenlo con el profesor. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ b) Si observaron algún fenómeno explica por qué sucede y dibuja lo que sucedió. ________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

2. Frote vigorosamente la barra de plástico, o una regla del mismo material, con la tela de

lana ya electrizada la barra acérquela a la esfera ¿Qué sucede? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ a) Si tu respuesta es. “no sucede nada” discutan al interior del equipo porque creen que

no pasó nada y coméntenlo con el profesor. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3.-Toma un globo, introdúcele bolitas minúsculas de nieve seca. Ínflalo y frótalo en el

cabello fuertemente. ¿Cómo se comportan las bolitas dentro del globo? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ a) Acerca un dedo en dirección de una bolita sin tocar el globo ¿Qué le sucede a

la bolita dentro del globo? ¿Por qué se comporta de esa manera? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4.- Acerca el globo a la esfera del electroscopio y observa que le

sucede a las laminillas. Explica lo que sucede y por qué sucede. ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________

61

5.- Frota nuevamente el globo sobre el pelo seco y largo de una persona. Empieza a retirarlo poco a poco hacia arriba de manera que el cabello se valla levantando; cuando el pelo este completamente levantado despega un poquito el globo y observa que sucede con el cabello: Explica por qué sucede esto.

___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ 6.- Infla dos globos de tamaño regular y amárralos a hilos (no

cordel) de más de dos metros y sujétalos del techo de tal manera que queden los globos casi tocándose uno al otro.

¿Qué pasará si frotas los globos por separado en el pelo seco de una persona y los dejas colgar libremente. Hagan sus hipótesis de lo que va a pasar. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 7.- Ahora vuelve a frotar el globo con el cabello y colócalo cerca de

algunos pedacitos de papel. Explica lo que sucede. ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ 8.- Otra manera de aprender acerca de las cargas eléctricas y la fuerza entre ellas es

mediante simulaciones interactivas (software gratis de la red) para ello descarga desde

La simulación que lleva por nombre Balloons and Static Electricity (globos y electricidad estática) te permite manipular algunas variables para observar la transferencia de carga eléctrica, así como las fuerzas de atracción y repulsión entre ellas.

http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics

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Te invitamos a que la manipules y después escribas todo lo que se puede hacer con ella.

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Valora tu aprendizaje. Cuáles son las formas en que se puede cargar eléctricamente un cuerpo? Explícalas ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cuántos tipos de carga hay? ¿Cuáles son? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






Fuentes de consulta Hewitt, Paul G. Física Conceptual. México, 9ª. Ed., Pearson Educación, 2004. Montiel Pérez, Héctor. Física General. Publicaciones culturales. México 2008 Tippens. Física, conceptos y aplicaciones, séptima edición, Mc Graw – Hill 2007 http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics

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Práctica No. 12 Corriente eléctrica

Propósito: Manipular las variables resistencia, corriente y voltaje mediante una simulación para explicar lo que sucede con la corriente eléctrica que circula por un conductor. Desempeño a lograr: Interpreta las variables, utiliza software y diseña nuevos experimentos.

Ideas previas ¿Qué se necesita para que fluya corriente por un circuito? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cuáles son las unidades para medir: la carga eléctrica, la corriente, la resistencia y el voltaje en electricidad? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cuántos tipos de corriente existen, defínelas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Menciona tres tipos de generadores eléctricos

1. ____________________ 2. ____________________ 3. ____________________

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Antecedentes: Así como una corriente de agua es el flujo de moléculas de H2O, la corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica. En circuitos de alambres conductores, los electrones forman el flujo de la carga. Es porque uno o más electrones de cada átomo del metal tienen libertad de movimiento por toda la red de átomos. Por otro lado los protones no se mueven porque están enlazados dentro de los núcleos de los átomos, y están más o menos asegurados en posiciones fijas. La corriente eléctrica se mide en Amperes cuyo símbolo es A. Un Ampere es un flujo de un Coulomb por segundo. (Un Coulomb es la carga eléctrica de 6.25 millones de billones de electrones). Las cargas solo fluyen cuando son impulsadas o empujadas. Una corriente estable requiere de un dispositivo impulsor adecuado que produzca una diferencia en el potencial eléctrico conocido más comúnmente como voltaje “V”. Los dispositivos que pueden realizar este trabajo son los generadores eléctricos y las pilas en cualquiera de sus presentaciones conocidas también como acumuladores. Sin embargo el flujo de corriente en un circuito no solo depende de su voltaje, sino también de la resistencia eléctrica que ofrece el conductor al paso de la carga. Esto es similar al flujo de agua que circula por una tubería, un tubo corto presenta menor resistencia al flujo de agua que uno largo, y si el tubo es de mayor diámetro su resistencia es menor. Es igual con la resistencia de los conductores por los que fluye corriente. La resistencia eléctrica se exprese en unidades llamadas Ohms “Ω”.

Materiales y recursos Computadora por equipo, computadora del maestro, cañón y software http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics

Diseño experimental Experimento 1 El desarrollo de esta práctica requiere de las simulaciones interactivas que se encuentran en:

http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics/electricity-magnets-and-circuits A las cuales puedes acezar directamente de desde la red o pedir que te las proporcione el profesor ya que es un software gratis.

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1. Después de entrar a la página principal busca una pantalla o ventanas como la que se muestra a continuación. Haz clic en esa pantalla y manipula la simulación para que respondas las siguientes preguntas: ¿Qué es un interruptor y para qué sirve? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Explica lo que sucede cuando accionas el interruptor. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Manipula libremente el modelo de la simulación y explica que otros aprendizajes puedes obtener. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2. Da clic a la simulación que tiene una pantalla de inicio como la que se muestra:

¿Qué ley representa la ecuación presentada en la simulación? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ De qué otra forma se puede escribir? ________________________________________________________________________

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3. A medida que cambia el valor de la tensión de la batería: ¿Cómo cambia la corriente por el circuito? _____________________________________ ¿Cómo cambia el valor de la resistencia? ______________________________________ 4. A medida que cambia el valor de la resistencia: ¿Cómo cambia la corriente en el circuito?______________________________________ ¿Cómo cambia el voltaje de la batería?________________________________________ ¿Cuánto vale V y R para que I = 10 A?________________________________________ 5. Da clic a la simulación que tiene una pantalla de inicio como la que se muestra

¿Qué significa cada una de las variables de la ecuación? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Predice ¿Qué pasará con la resistencia si aumentas el área y dejas constante las otras dos variables? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Hazlo para comprobar tu predicción. ¿Cómo fue el resultado comparado con tu predicción?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 1) Predice ¿Qué pasará si disminuyes la longitud manteniendo constantes las dos

variables? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2) Hazlo para comprobar tu predicción. ¿Cómo fue el resultado comparado con tu

predicción? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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3).Qué combinación de resistividad, longitud y área nos proporciona una resistencia de 5 Ohms?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4). Explora libremente la simulación y explica que aprendizaje logras. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Valora tu aprendizaje. ¿Qué condición es necesaria para que haya flujo de electrones? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Si se mantiene constante el voltaje a través de un circuito y la resistencia aumenta al doble ¿Qué cambio sucede en la corriente? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






Fuentes de consulta http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics/electricity-magnets-and-circuits Hewitt, Paul G. Física Conceptual. México, 9ª. Ed., Pearson Educación, 2004.

Montiel Pérez, Héctor. Física General. Publicaciones culturales. México 2008 Tippens. Física, conceptos y aplicaciones, séptima edición, Mc Graw – Hill, 2007

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Práctica No. 13 Circuitos eléctricos

Propósito: Analizar relaciones básicas de electricidad a través de la construcción esquemática de circuitos eléctricos.

Desempeño a lograr: Discute sobre las relaciones básicas de electricidad en circuitos en serie y paralelo, manipula software, y diseña diferentes esquemas de circuitos.

Ideas previas Tienes tres focos conectados en serie ¿Qué le ocurre a la corriente en los demás focos cuando se funde uno de ellos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué le ocurre a la intensidad luminosa de cada foco de un circuito en serie cuando se añaden más focos en serie al circuito ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué le ocurre a la intensidad luminosa de cada foco de un circuito en paralelo cuando se añaden más focos? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Antecedentes: Una pila seca (comúnmente llamada batería) es una fuente de energía eléctrica. Hay muchas combinaciones que permiten conducir la energía desde la pila hasta los focos. En esta actividad ensayara esas combinaciones para ver cuál logra que los focos brillen más.


Computadora por equipo, computadora del maestro, cañón y software Descarga desde http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

el kit virtual o córrelo desde la red.

Diseño experimental Experimento 1 El desarrollo de esta práctica requiere de las simulaciones interactivas que se encuentran en: Descarga desde

http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

El kit virtual o córrelo desde la red. A las cuales puedes acezar directamente de desde la red o pedir que te las proporcione el profesor ya que es un software gratis.

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1.- Arma un circuito sencillo como el que se muestra a continuación.

Para ello debes arrastrar con el mouse una batería, un interruptor, un foco y varios pedazos de cable. Cierra el interruptor, presiona play y observa lo que sucede. Explica ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Los circuitos eléctricos pueden ser: en serie, paralelo y mixto. En esta práctica experimentaras con circuitos en serie y paralelo para comprender las relaciones básicas de la electricidad. Un circuito en serie es aquel en el que la corriente eléctrica solo tiene un camino a través del circuito 2.- Arma un segundo circuito con dos focos como se muestra en el esquema

Observa el brillo del circuito con un solo foco y compáralo con el brillo de cada uno de los focos del circuito con dos focos ¿Qué observas? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Por qué crees que pasa eso? ________________________________________________________________________

Dibuja el mismo circuito con los símbolos que se usan en los diagramas de circuitos eléctricos

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3.- Agrega más focos al circuito, hasta que veas que ya no brillan, sin cambiar el voltaje ni la resistencia de los focos cuantos focos fue posible conectar

Realiza el esquema del circuito con los símbolos utilizados para circuitos 4. Arma un circuito en paralelo con dos focos como se observa en la figura.

Observa el brillo de los focos y compáralo con un circuito de un solo foco ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué le sucede a la intensidad de la luz de cada foco en paralelo al agregar más focos.? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué circuito es más eficiente los circuitos en serie o los circuitos en paralelo? ¿Por qué? Explica. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

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Valora tu aprendizaje. ¿Qué le sucede a la corriente en los demás focos si se funde uno en un circuito en serie? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué le sucede a la intensidad de la luz de cada foco en un circuito en serie, al agregar más focos al circuito? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué le sucede a la corriente en los demás focos si se funde uno en un circuito en paralelo? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Con tus propias palabras, describe al menos tres características para un circuito en serie y para un circuito en paralelo ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________






Fuentes de consulta http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics/electricity-magnets-and-circuits Hewitt, Paul G. Física Conceptual. México, 9ª. Ed., Pearson Educación, 2004.

Montiel Pérez, Héctor. Física General. Publicaciones culturales. México 2008

Tippens. Física, conceptos y aplicaciones, séptima edición, Mc Graw – Hill, 2007

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Práctica No. 14 Electromagnetismo

Propósito: Analizara el magnetismo con la electricidad y demuestra con experimentos sencillos la generación de un campo magnético. Desempeño a lograr: Construirá una brújula y demostrara su funcionamiento relacionándolo con el electromagnetismo terrestre y realizara experimentos sencillos que generan de un campo magnético por medio de la electricidad.

Ideas previas ¿Que descubrió en 1820 el físico danés Hans Christian Orsted? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Porque la tierra tiene un campo magnético? ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Investiga que son los materiales: Ferromagnéticos: _________________________________________________________

________________________________________________________________________

Paramagnéticos: __________________________________________________________

________________________________________________________________________

Diamagneticos____________________________________________________________

________________________________________________________________________

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Antecedentes: Todos hemos visto alguna vez el efecto de un imán sobre algún objeto de hierro, observando con cierto asombro y curiosidad cómo un imán hace moverse a otro imán sin tocarlo, a veces atrayéndolo y a veces repeliéndolo. También hemos visto funcionar una brújula y sabemos que hay alguna relación con los imanes. Intentemos averiguar algo más acerca de sus propiedades.


2 imanes una barra de hierro 3 brújulas pequeñas limaduras de hierro Cinta adhesiva. Clips Lámina transparente o hoja de papel

Una aguja Un plato o recipiente Un corcho o pedazo de cartón Una pila de petaca. Cable. Un tornillo de hierro.

Diseño experimental Experimento 1 1. marca en la mesa la orientación de las coordenadas cartesianas de tal manera que sepas

hacia donde se ubica el norte. 2. De acuerdo a lo aprendido en la parte teórica (Magnetismo),

imante la aguja con la ayuda de un imán, deje un pedazo de papel pequeño flotando sobre el agua y ponga una aguja imantada sobre el papel. De esa forma construimos una brújula.

¿Cómo es posible tener certeza de que la aguja fue realmente imantada? ________________________________________________________________________

¿La punta de la aguja hacia qué dirección indica ?________________ ¿El ojillo de la aguja hacia qué dirección indica ?_________________ Experimento 2 1. Coloca el imán vertical sobre la mesa y, sobre su extremo, extiende

horizontalmente la lámina transparente o una hoja de papel. Espolvorea las limaduras de hierro sobre el papel y dibuja la figura que obtienes.

75

DIBUJA LO OBTENIDO EN PASO 1 2. Con el imán en forma horizontal sobre la mesa, cúbrelo con la

lámina y espolvorea las limaduras. Sitúa la brújula cerca del imán y muévela a su alrededor, comparando la dirección que marca la brújula y la de las limaduras.

DIBUJA LO OBTENIDO EN PASO 2 3. Si tienes brújulas pequeñas, sitúalas alrededor del imán y

compara las direcciones que marcan con la de las limaduras. Luego, retira el imán y observa su comportamiento.

DIBUJA LO OBTENIDO EN PASO 3

76

4. Compara las formas de las limaduras cuando pones dos

imanes enfrentando los polos opuestos o enfrentando polos iguales.

DIBUJA LO OBTENIDO EN PASO 4 Experimento 3 1. Tome un cable de cobre y colóquelo sobre la brújula, lo más

cerca posible y conecte la batería de 9V, cierra un momento el circuito y observa lo sucede.

¿Qué sucede al circular una corriente eléctrica por cable de cobre?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Tienes alguna explicación para el comportamiento de la brújula? ¿Qué provoca este Comportamiento? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué pasa si cambias la polaridad de los cables? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Experimento 4 1. Enrolla un cable delgado de cobre o alambre magneto alrededor de un clavo grande

(tornillo) o barra de hierro como se aprecia en la figura. Enróllalo para que cada vuelta de cable quede los más apretada posible, pero sin que se monten unas sobre otras.

2. A continuación, para que no se nos desenrolle sujetaremos los extremos del cable con cinta adhesiva.

77

3. Conecta con los caimanes los extremos de la bobina que has hecho como se aprecia en la figura.

4. De forma momentánea conéctalos caimanes a la pila de

9v a los extremos de la bobina y acerca un clip o elemento pequeño de metal y observa lo que sucede.

5. Hay que tener en cuenta que, debido al efecto Joule, el cable se irá calentando, por lo

que es recomendable que se vaya vigilando el estado del cable para ir desconectando la pila cuando la temperatura sea demasiado elevada.

¿Qué sucede, explica? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Cuándo hacemos circular una corriente eléctrica por el cable, el tornillo de hierro se convierte? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Valora tu aprendizaje. ¿Qué beneficios nos aporta el campo magnético terrestre? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ¿Qué es un electroimán? ____________________________________________________________________________________________________________________________________ ¿En que se aplica el electromagnetismo menciona tres ejemplos? 1) _____________________________ 2) _______________________________

3) _____________________________ ¿Explica con tus propias palabras cómo funciona el tren magnético? ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Revisión de la práctica





Fuentes de consulta Hewitt, Paul G. Física Conceptual. México, 9ª. Ed., Pearson Educación, 2004. Montiel Pérez, Héctor. Física General. Publicaciones culturales. México 2008

Tippens. Física, conceptos y aplicaciones, séptima edición, Mc Graw – Hill, 2007

http://www.elortegui.org/ciencia/datos/2BACHFIS/pract/Pract%20inducciones.pdf

http://blog.endesaeduca.com/electromagnetismo-electroiman/

79











Por lo que en esta actividad vamos a evaluar el avance de los alumnos en la adquisición de las competencias programadas de la materia. Por lo que se revisaran las prácticas 11, 12,13 y 14, realizadas en base al instrumento de evaluación que se a continuación se tiene en este manual de prácticas.


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Auto- evaluación

Coe- evaluación
















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