CUADERNILLO DE INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA

E.E.S.T.N°3 MAQ.FCO SAVIO - ESCOBAR

CUADERNILLO DE FÍSICA.

4° AÑO - 7MA - DIVISIÓN

2011 ACTIVIDADES. TRABAJOS PRACTICOS EXPERIENCIAS. TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN.

PROFESORA: MIRTA TORRES

INTROCUCCIÓN

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La cienci a es una práctica soci al de larg a histori a, que trata de encontr ar regularidades en la diversidad de fenómenos del mundo. La s leyes científic as pretenden predecir y , eventualmente, controlar los fenómenos con e l objeto de solucionar problemas. La construcción soci al de las leyes científic as no es un proceso lineal, y se encuentr a sujeto a permanente revisión. La activid ad científica está muy inf luida por el momento histórico en e l que se desarrolla, y se encuentr a impregnada por sus v alores. La cienci a moderna es fruto de la revolución cul tural del Ren acimiento. Las conclusiones, a las que se lleg a luego de un experimento , prevalecen sobre las observaciones del sentido común.

En el ren acimiento aparecieron tres versiones del mundo : el organicismo, el neoplatonismo y el mecanicismo. No existe un a observación objetiv a y neutra, ya que siempre est a mediada por la teorí a y los intereses que rigen la investigación científic a. Lo básico del pensamiento científico es la formulación de hipótesis y su contr ast ación. La creatividad tiene un lug ar fundamental en la formulación de teorí as generales. El código matemático es el lengua je en el cual se enunci an las leyes físicas. En la actualidad, las sociedades recla man a las cienci as experimentales postur as más humanístic as.

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ALGUNOS CONCEPTOS IMPORTANTES

FÍ SICA Intenta debelar las leyes básicas que siguen la materia y la energí a en cualquiera de sus formas, composición , interacción, aniquilación y movimiento. LEYES FÍ SICAS

Est ablecen las rela ciones cu antit ativas regidas por expresiones matemáticas. FE NÓMENO Es todo cambio o transform ación sufrida por un cuerpo. FE NÓMENO FÍ SIC O Es aque l que se produce sin alter ar la sust ancia original. EXPERIME NTACIÓN Consiste en reproducir e l fenómeno en condiciones simi lares a aquella s en las cuáles lo hemos visto ocurrir o experimentar con objetos o sust anci as diferentes a fin de verificar si también al cambiar la s circunstancias persiste el fenómeno o no. MEDICIÓN Una vez realizada la experimentación comp araremos estos fenómenos análogos, es decir, por ej: medimos la temperatura, tomamos el tiempo, medimos una esc ala longitudin al o superficie o volumétrica y cualquier otro tipo de instrumento para establecer la rela ción con el fenómeno. HIPÓTESIS Son ideas o conjetur as encaminadas a explicar o justificar esos fenómenos. CUERPO Es todo lo que ocupa un lug ar en el espacio. MATERIA Es la parte más sensible de los objetos. EXTENSIÓN Todos los cuerpos tienen determinado volumen, es la idea de que ocup an un lugar. IMPENETRABILIDAD 3

Es el hecho de que un mismo esp acio no puede est ar ocupado simultáneamente por otro cuerpo. INERCIA Es la propied ad de los cuerpos de resistirse al cambio de movimiento. DIVISIBILIDAD La materi a puede subdividirse por procedimientos distintos en p artícula s más pequeñ as.

COMPRESIBILIDAD Es cu ando varia el volumen por un aumento de presión. DILATABILIDAD Los cuerpos pueden aumentar de volumen, superficie, longitud, por acción del calor o del frio.

ELASTICIDAD Propiedad que tienen los cuerpos de retom ar su forma primitiv a por acción de agentes exteriores cuando han sufrido deform aciones. DUCTILIDAD Capacidad de reducirse a hilos. MEDIR Es comparar con un patrón que el hombre establece como referenci a MAGNITUD Todo lo que se puede medir recibe e l nombre de magnitud. MAGNITUDES ESCALAR ES Son todas aque llas que quedan perfectamente definidas al dar un número y una unidad. Ej: longitud, tiempo, masa, superficie , volumen, etc. MAGNITUDES VECTORIALES Son aquellas que qued an completamente identific adas mediante un vector, dando su modulo, dirección y sentido. Un vector es un segmento orient ado. Por ej: la velocid ad, la aceleración, el peso, etc. El módulo de una m agnitud vectorial es siempre un número real positivo. 4

CINEMÁTICA Ideas básicas CINEMÁTICA La cinemática es la parte de la física que estudi a el movimiento de los cuerpos, sin consider ar las causas que lo generan. La posición y el movimiento de traslación de un cuerpo se suele describir a partir de la posición de su centro de m asa.

Todo movimiento es relativo, y depende del sistema de referencia elegido. El desplazamiento es una magnitud vectorial que se define como el cambio de posición de un cuerpo. La rapidez es una magnitud escalar que específic a el valor de la velocidad en un instante determinado. La trayectoria es la curv a formada por todas las posiciones tom adas sucesiv amente por un móvil. Según su trayectoria los movimientos se pueden clasificar en:

Rectilíneos , circulares , parabólicos y elepticos. La velocidad es una magnitud vectorial y expresa la rapidez de un cuerpo y el sentido de su movimiento. La aceleración es una magnitud vectori al que expresa el cambio del vector velocid ad por unidad de tiempo.

El movimiento rectilíneo uniforme(MRU) es un movimiento rectilíneo con velocid ad constante. En todo MRU la distancia recorrida por un móvil es directamente proporcional al tiempo empleado en recorrerla. El movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV) es un movimiento rectilíneo con aceleración const ante.

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TRABAJO PRÁCTICO N° 1 MOVIMIENTO RECTILINEO UNIF ORME 1) ¿Qué estudia la cinemátic a? 2) ¿Cuándo decimos que un cuerpo está en movimiento? 3) ¿Se está moviendo el pizarrón? Justific ar la respuesta. 4) En un movimiento esp acial, la distancia de un punto a otro del espacio varia . ¿Se puede afirma r que ese punto está en rep oso? ¿ por qué? 5) ¿Cuándo decimos que un cuerpo está en movimiento ? 6) ¿Cómo se cla sifican los movimientos de acuerdo a su trayectoria? 7) ¿Cómo se cla sifican los movimientos de acuerdo a su velocid ad? 8) ¿Cuándo un cuerpo se mueve con movimiento rectilíneo y uniform e? 9) Señ alar la respuest a correct a: Un móvil tiene movimiento rectilíneo y uniforme cuando: a) El espacio recorrido es direct amente proporcional al tiempo. b) Recorre espacios proporcionales a su velocid ad. c) Su velocidad cambia cantidades igual es en tiempos igu ales. d) El espacio recorrido es invers amente proporcional a la velocid ad. 10) ¿Qué es la velocid ad de un movimiento? 11) Explicar, ejemplificar y grafic ar las leyes del MRU. 12) ¿Cuál de la s siguientes expresiones es incorrect a? a) e= v.t b)v=te c)t=ev

d)v=et

13) Completar: a) Un móvil posee movimiento rectilíneo y uniforme cuando . b) Se llamaal espacio recorrido en la unidad de tiempo. c) Cuando la velocidad se mantiene const ante el móvil posee. d) En todo.. el espacio recorrido es direct amente proporcional al tiempo. 14) Expres ar en km/h las siguientes velocidades: a) Caracol 15 mm/s b) Hombre que camina : 1,5 m/s c) Tortuga: 7m/h d)Sonido en el aire: 340 m/s e)La tierra en su órbita 30.000 m/s

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15) Expresar en m/s la s siguientes velocidades: a) Automóvil 120 km/h b)Avión 1000 km/ h c)lanz amiento de un satélite artifici al: 8 km/s d) 36 km/h e) 30 km/min 16) ¿Qué distancia recorre un móvil que marcha durante dos horas con MRU a una velocidad de 30 m/s. Representar gráficamente e(t) y v(t). 17) Si la velocid ad media de la tierra sobre su órbita es de 29,78 km/s, ¿Cuánto tiempo tarda en recorrer 1000 km.? Representar gráficamente e(t) y v(t). 18) ¿Qué esp acio recorre la luz en una milésima de segundo? (VE LOCIDAD DE LA LUZ: 300.000 KM/H). Representar gr áficamente e(t) y v(t). 19) ¿Qué tiempo empleó un tren para hacer 100 km, si marcha a 90 km/h.? Representar gráficamente las leyes del MRU. 20) Si un proyecti l que se mueve con MRU , tiene una velocidad de 800 m/s. ¿En qué tiempo recorre 1,6 km. ¿Representa r gráficamente esp acio y velocid ad en función del tiempo. 21) Un automóvil recorre 400 km en 4 horas, con MRU. Determinar: a) ¿Cuál es su velocidad en km/h? b) ¿Cuál es su velocidad en m/s? c) ¿Qué distanci a recorre en media hora? 22) La velocidad medi a de un avión es de 970 km/h. La de otro 310 m/s. ¿Cuál es más veloz? 23) Un barco recorre en 11 hs 15 min un a dist anci a de 862,5 km con MRU. a) ¿Cuál es su velocidad en km/h? b) ¿Cuál es su velocidad en m/s? c) ¿Qué distanci a recorre en 5 hs ? 24) Con los datos del ejercicio anterior hacer los gráficos cartesianos del movimiento. 25) ¿Cuánto tiempo tarda un móvil con MRU , de velocidad 8 m/s en recorrer una distanci a de 40 km? Expres ar el resultado en horas minutos y segundos. 26) Suponiendo que un móvi l pudiera mantener una velocidad de 80 km/h. ¿Cuánto tiempo t a rda en recorrer 442 km? 27) Un móvil recorre 300 km en 4 hs 37 min 16 seg. Calcule el valor de la velocid ad. 28) ¿Cuál es el tiempo empleado por un móvil que se desplaza a 75 km/h para recorrer una dist anci a de 25.000 m? 29) Se produce un disp aro a 2,04 km de donde se encuentra un policí a, ¿cuánto tardo el policí a en oírlo si la velocidad del sonido en el aire es de 330 m/s? 30) Un auto de fórmula I, recorre la recta de un circuito, con velocid ad constante. En e l tiempo t1= 0,5 seg. Y t2= 1,5 seg., sus posiciones en la recta son e1= 3,5 m y e2= 43,5 m. Calcular: a) ¿A qué velocidad se despla za el auto? b) ¿En qué punto de la recta se encontrarí a a los 3 seg.? 7

TRABAJO PRÁCTICO N° 2 MRUV

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

afirm amos que un movimiento es uniformemente v ariado? Ejemplificar y grafic ar. ¿Cómo se define la a cel er ación? ¿Cuál es la fórmula de a celer a ción ? ¿Qué tipo de m agnitud es la aceler ación? ¿Cuál es la fórmula p ara calcular el espacio de un MRUV.? ¿En qué unidades se mide el espacio? ¿Cuál es la a cel er a ción de un móvi l que m arch a a 50 m/s y al cabo de 2 minutos tiene un a velocidad de 1100 m/s? Un móvil posee una velocidad de 30 km/h. Si se le imprime una aceleración de 3,5 km/h2 durante 3 hor as. ¿Cuál es su velocidad final? Un móvil parte del reposo y se mueve dur ante 15 segundos con una aceleración de 10 cm/s 2. ¿Cuál es su velocid ad final? Representar v(t). ¿Cuándo

9) A un auto de carrera que marcha a 72 km/h su piloto le imprime una aceleración de 20 m/s 2 durante 3 segundos. ¿Qué velocidad alcanz a? Expresar además el resul tado en m/s. 10) ¿Qué espacio recorrió el móvil del ejercicio 9? 11) Observar el siguiente gráfico y elegir las opciones correct as:

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Valores 70 60 50

40 Valores Y

30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

Marcar con una X las afirmaciones correctas: a) El gráfico corresponde a un movimiento uniformemente acelerado. b) El móvil tiene velocidad inicial igual a 20 km/h c) Durante las dos primeras horas de marcha su movimiento es M.R.U.A. d) El móvil parte del reposo. e) : f) En ningún momento el móvil posee movimiento uniforme. g) En las dos primeras horas de marcha la aceleración es de 10 km/h2 12) Observando el gráfico del ejercicio anterior completar: a) En el tiempo transcurrido entre t6 = 6 hs y t8 = 8 hs la aceleración es de:.. b) En el tiempo transcurrido entre t2 = 2 hs y t5 = 5 hs el móvil posee movimiento  a c) Con una velocidad igual ..................... d) El móvil logra su máxima aceleración en el interv alo comprendido entre.. e) El espacio recorrido entre t2 y t5 es de .. 13) Indicar la fórmula que permite calcular: A) Velocidad en un MRU

B )Aceleración en un MRUA

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C) Velocidad final en un MRUA con velocidad inicial

D) Distancia en un MRUR

14) Completar la siguiente tabla con valores que correspondan a un movimiento uniformemente retardado e indicar: T(h) V(km/h)

a) b) c) d)

1

2

3

4

5

Velocidad final. Velocidad inicial Aceleración en cada tramo . Distancia recorrid a al cabo de 5 hs.

15) Grafic ar v(t) con los datos del ejercicio anterior. 16) ¿Cuál es la aceleración de un móvil que marcha a 60km/h y al cabo de 3hs tiene una velocidad de 150 km/h? 17) Calcular y graficar : Un móvil parte del reposo y en 5 seg. Adquiere un a aceleración de 3m/s 2. a) ¿Qué velocidad adquirió en ese tiempo ?

b)¿Qué distancia recorrió en ese tiempo? c) Represent ar gráficamente v(t) y e(t). 18) Calcular: ¿Qué tiempo t arda un móvil que parte del reposo en adquirir una velocid ad de 100 km/h con un a aceleración de 0,1 m/s 2? 19) Calcular: Un tren posee una velocid ad de 120 km/h, aplica los frenos y se detiene en 80 seg. a) aceleración

b) distanci a recorrid a

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c) decir que tipo de movimiento es y por qué ? 20) Calcular: Un móvil march a a 200 km/h con una acel eración de  4 m/s 2 . a) ve locid ad que tiene al cabo de 10 seg.

b) el tiempo que tarda en detenerse c) dist ancia que recorre en 10 seg. 21) Calcular: ¿Con qué velocidad partió un móvil animado con MRUV si su aceleración en ese tiempo ? 22) Calcular: Un jug ador de golf golpea la pelot a que está en reposo de modo que en 1/50 seg. Adquiere una velocidad de 25 m/s. a) ¿Qué aceleración le imprimió?

b) ¿Qué distanci a recorre en ese tiempo? c) Utilizando los datos del ejercicio anterior, trazar los gráficos cartesianos del movimiento. 23) Calcular: Un móvil marcha con MRUV: en un punto de su tr ayectoria tiene una velocidad de 100 cm/s, 20 seg. más tarde su velocidad se reduce a la mitad. a) ¿Qué aceleración tiene el movimiento?

b) ¿ Qué distancia recorrió ? 24) Calcular: Un tren se mueve a 80 km/h. Los frenos pueden producir un ret ardo de 3,6 m/s2 . a) ¿Qué distancia antes de la est ación debe empezar a frenar?

b) ¿Cuánto tarda en detenerse? 25) Calcular: Un trineo partiendo del reposo, se desliza por una pis ta inclinada con MRUA. Y después de 4 seg. al canz a un a velocid ad de 7 m/s. a) v alor de la aceleración.

b) valor de la velocidad alcanzada al finalizar el oct avo segundo. c) esp acio recorrido durante 8 seg.

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TRABAJO PRÁCTICO N° 3

CAIDA LIBRE Y TIRO VER TICAL

1) ¿Qué entiendes por c aída libre? 2) Completar: La caída libre es un caso del movimiento  3) ¿A qué lla m as aceleración de la gravedad? ¿Cómo se simboliza? 4) ¿Cuál es el valor que consider amos para la aceleración de la gr aved ad? 5) ¿La graved ad es const ante o vari able? 6) Completa las expresiones m atemáticas de velocid ad, espacio, altura máxima y ve locidad inici al para la caída libre. 7) ¿Un paracaídas cae libremente? 8) ¿A qué lla m as tiro vertical? 9) ¿Qué tipo de movimiento es el tiro vertical? 10) Completa las expresiones m atemáticas de velocidad inici al y altura para el tiro vertical. 11) ¿Qué es la altura máxima? 12) Cuando un cuerpo es lanzado vertical mente hacia arriba alcanza su altura máxima ¿Cuál es su velocid ad? ¿Por qué? 13) Un cuerpo cae libremente y tarda en tocar tierra 4 seg. ¿Desde que altura cayo? 14) Un objeto cae libremente desde 3000 m de altura. a. El tiempo empl eado en su caíd a. b. La velocidad con la que toca tierra. 15) Un proyectil es lanzado verticalmente hacia arriba con velocidad inicial de 350 m/s. Determinar la altura alcanzada y e l tiempo empleado. 16) Un cuerpo es lanz ado verticalmente hacia arrib a con una velocidad inici al de 80 m/s. C alcular el tiempo empleado. 17) Desde un helicóptero se lanz a un proyectil hacia aba  jo con una velocidad inicial de 40 m/s. Si t ard a en lleg ar a tierra 10 segundos, establece la velocidad con que llega a ella y desde qué altura cayó. 18) Un cuerpo es lanz ado verticalmente hacia arriba con velocidad inicial de 350 m/s. Determinar: a. ¿Cuánto tiempo tarda en alcanz ar su altura máxima? b. ¿Cuál es es a altura máxima? c. ¿Cuál será la velocid ad que tiene el objeto a los 3 segundos de caída? 19) Un objeto es lanz ado hacia arrib a. Calcular: 12

a. ¿Con qué velocid ad volverá a tocar tierra? b. ¿Cuánto tarda en volver a caer? c. ¿Cuál era la velocidad inici al del móvil si lleg a hast a 15800 m? 20) ¿Cuál será la velocidad inici al que debe imprimirse a un cuerpo si alcanza su altura máxima a los 15 segundos? ¿Cuá l será la altura máxima? 21) Un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba con velocid ad de 180 m/s a. ¿cuál es la ve locid ad y la altur a que alcanza a los 3 segundos y a los 10 segundos? b. ¿Cuál es la altura máxima que alcanz a? 22) Un cuerpo cae desde un edificio torre. ¿Qué distanci a habrá recorrido desde 2 segundos ?. 23) Un proyectil es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad i nicial de de 400 m/s. a. ¿Cuánto tardará en alcanzar su altura máxima? b. ¿Qué fórmula debemos aplicar para saber cuál es su altura a los 6 segundos ? 24) Un objeto cae libremente y llega al suelo con una velocidad de 45 m/s. a. Averigu ar e l tiempo que t ardo?

b. Calcular la altura desde la cual cayó. 25) Se deja caer una esfera desde un punto situado a 82 m del piso. a. Cuánto tiempo y arda en lleg ar al suelo? b. Qué velocidad tendrá en ese inst ante? 26) Una piedr a se lanz a verticalmente hacia arriba con un a velocidad inicial de 51 m7s. Calcular: a. El tiempo que dur a el movimiento de tiro vertical. b. La altura máxima alcanz ada. 27) Calcular: a. ¿qué velocidad alcanza un cuerpo que cae libremente en el vacio durante 7 segundos? b. ¿Desde qué altura comenzó a caer? 28) Un cuerpo cae libremente y recorre durante el último segundo de su caída las ¾ p artes del camino total. a. ¿Desde qué altura cae el cuerpo ? b. ¿Cuánto dur a su c aída?

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IDEAS BÁSICAS DINÁMICA - TRABAJO  POTENCIA Y ENERGÍ A La fuerza es una magnitud vectorial.

El sentido del vector aceleración de un cuerpo coincide con e l sentido de la fuerza neta. La aceleración de un cuerpo sobre el que actuá una fuerza neta direct amente proporcional a la fuerza neta aplicada. La fuerza es una magnitud que manifiesta la inter acción entre dos cuerpos.

Cuando una fuerza constante actúa sobre dos cuerpos, sus aceleraciones son invers amente proporcionales a sus m asas. Si la fuerza neta aplicada a un cuerpo es cero , entonces perm anece en reposo o en movimiento rectilíneo a velocid ad constante (MRU). Si un cuerpo A ejerce un a fuerza sobre otro cuerpo B, entonces el cuerpo B también ejerce un a fuerza sobre el cuerpo A. La s fuerzas de acción y reacción se ejercen en cuerpos diferentes. La s fuerzas de acción y reacción tienen e l mismo valor y sentidos contr arios. La masa es una medid a de la inerci a de un cuerpo.

El valor de la masa no depende del lugar del universo en el que se encuentre e l objeto siempre el mismo independientemente de su ubic ación. El Peso varí a al cambiar el valor de la aceleración gravit atori a del lugar. Actualmente se consider a que existen tres interacciones fund amental es: la nuclear fuerte, la electrodebi l y la gravitatoria. El trabajo mecánico(L) realizado por una fuerz a se define como el producto del módulo del desplazamiento (x) por la componente de la fuerz a paralela a éste (F. cosx). lo cuando la fuerza es ejercid a perpendicu larmente al El traba  jo es nu despla zamiento.

Maxwe ll definió la energía como la capacidad de un sistem a para realizar tr aba jo. La energía cinética es la energí a que tienen los cuerpos que se encuentr an en movimiento. 14

El trabajo mecánico de la fuerza resultante sobre un cuerpo es igu al a la variación de su energí a cinética. La energía potencial gravitatoria es la energí a que posee todo cuerpo que se halla a una altura determinada dentro de un c ampo gravitatorio constante, con respecto a un cero de referenci a arbitr ario. La energía mecánica de un cuerpo, en un punto determinado del espacio, es igual a la sum a de sus energí as cinética, potenci al gr avitatori a y potencial elástica en dicho punto. La cantidad de energí a mecánica de un sistema aislado en el que solamente actúan fuerzas conserv ativas permanece constante. La variación de energí a mecánica es igual al traba  jo mecánico realizado por las fuerz as no conserv ativas. La potenci a expres a la cantidad de energí a transferid a o transformada por unidad de tiempo.

Todos los cuerpos tienen energí a interna. La energía puede producir cambios o transform aciones en las condiciones o características inici ales de un sistema. La energí a puede transferirse desde un cuerpo a otro o desde un sistem a a otro. La energí a se m anifiest a o se evidenci a en diversas formas.

Una propiedad de la energí a es la capacidad de transformarse. En un sistem a cerrado, la cantidad total de energí a se conserv a. La energí a se degrada, esto significa que si bien se conserv a, tras los procesos de transformación resulta menos útil que la energí a inicial del sistem a. La s máquinas f acilitan la s tareas del hombre y muchas de ella s se utilizan para aprovechar energí a. Los combustibles fósiles constituyen los principales recursos energéticos en la actualidad. La energía nuclear puede resultar una de las alternativas energéticas de uso masivo en un futuro inmedi ato, aunque su uso genera opiniones a f avor y en contr a.

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La s controversias más importantes sobre el uso de la energí a nuclear r adic an en el peligro de los materi ales radiactivos y en el almacenamiento de los residuos nucleares

Algunas fuentes de energí a tienden a agotarse con el correr del tiempo y con su uso ilimitado. Existen formas lla m adas no convencion ales de la energía, cómo la solar, eólica, geotérmica biogás, mareomotriz, etc. Lasenergías no convencionales resultarán más limpi as y en consecuenci a menos contaminantes. En la actualidad hay proyectos o propuestas en ev aluación para usos de gran envergadura.

Frente a un uso no racion al de los recursos energéticos y al consumo poco equit ativo de la energí a disponible, el mundo se encuentr a ante un problema que exige una urgente resolución: la crisis energética. Es importante que todos los ciudadanos tomen concienci a del cuid ado de la energí a

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TRABAJO PRÁCTICO N° 4

DINÁMICA

1) Marcar con una x la respuesta correcta: Se lla ma inerci a: a) A la fuerza que actú a sobre un cuerpo cu ando éste ofrece una resistenci a. b) Al cambio de estado de un cuerpo por acción de una fuerz a. c) A la resistenci a que ofrecen los cuerpos al cambio de su est ado de reposo o de movimiento recti líneo y uniforme.

2) 3)

diferenci as se pueden establecer entre los conceptos de m asa y peso? ¿Cuáles de la s siguientes afirm aciones son correct as? Justific ar la s respuesta s. a. A medida que un cuerpo se aleja del centro de la tierra su peso disminuye. b. A medida que un cuerpo se aleja de la superficie de la tierra su peso disminuye. c. Un proyectil cohete al elevarse pierde peso y g ana en m asa. d. El peso de un cuerpo depende de la cantidad de m ateria que lo forma. e. El peso es una constante y la m asa es v ari able. ¿Qué

4)¿cuál de las siguientes expresiones es incorrect a? (Indicar con una X)

a)P=m.g

5) a) b) c) d) e)

b)m=F/a

c)g=P/a

d)F=m/a

e)a=F/m

pes a más un cuerpo?: (Indic ar con una X) En la superficie de la tierra. En la luna En la tierra a una profundid ad de 2000 metros. A 1000 metros de altura. En el centro de la tierra.

¿Dónde

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6) Si un cuerpo se lo lleva a distintos planetas del sistema solar, ¿qué ocurre con su peso? ¿ y con su masa? Fundamentar la respuest a. 7) Compl etar el siguiente cuadro con la unidad que corresponde en cada caso:

MASA

FUERZA

ACELERACIÓN

cgs MKS TÉCNICO

8) a) b) c) d) e)

Completar: La..en el sistem a M K S es el Newton. Un kgf equiv ale a N. Un Newton es igual a Dinas. La Dina es la unidad de ..en el sistema El kg es la unidad de en el sisema y el kgf es la unidad de .en el sistem a .. 9) Deducir las equivalencias entre: a) Newton y Dina b) kgf y Newton ..





.









10) De las siguientes equiv alencias ¿cuál es la correct a? a) 1Dyn = 1 g d) 1 N = 1 kg b) 1 kgf = 980 N e) 1 kg = 980 Dyn c) 1 N = 100.000 Dyn 11) Reducir: a) 80 n a Dyn b) 0,5 kgf a Dyn c) 100.000.000 Dyn a gf e)1250 Dyn a N f) 15.800 Dyn a gf g) 5,2 . 10 5 N a Dyn

d)6.107 Dyn a kgf  h) 740 N a kgf 

12)Calcular: a) ¿Que fuerza en kgf debe aplicarse a un cuerpo de 120 kg, para que adquiera una aceleración de 20 m/s 2 ?

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b) si se duplica la masa del cuerpo ¿Qué fuerza se necesita para que adquier a la misma aceleración? 13) sobre un cuerpo de 80 kg se aplica una fuerza de 50 kgf: a) ¿qué aceleración adquiere ?

b) ¿cuál es su aceleración si se duplica la fuerza? c) ¿ y si se duplica la masa manteniéndose la misma fuerza ( 50 kgf )? 14) ¿ qué fuerza, expresada en los tres sistemas de unidades , se debe aplicar a un cuerpo de 30 kg para que adquier a una aceleración de 6 m/s 2? 15) un cuerpo que pes a en la tierr a 60 kgf: ¿ Tiene igual m asa o distinta que otro que pes a lo mismo pero está ubicado en la luna? 16) la masa de un cuerpo en la tierra es de 90 kg. ¿ Cuál es su peso expresado en kgf cu ando se lo ubica sobre la superficie de : a) Venus? (gv= 8,75 m/s2)

b) Plutón? (gP= 4,7 m/s2 )

c) El sol? ( gS= 273,16 m/s 2)

d) Tierra? ( gT= 9,8 m/s2)

17) ¿ Cuánto pesa en Plutón un cuerpo cuya masa en la tierra es 60 kg? Expresarlo en los tres sistemas de unidades. 18) ¿ cuál es el valor de la acel eración de la gr aved ad de un pla neta sabiendo que un cuerpo cuy a masa es 70 kg pesa 62,7 N? 19) Calcular: a) La masa de un cuerpo cuyo peso es de 745 N.

b) ¿Qué aceleración adquiere al aplicársele una fuerza de 2 kgf ? 20) Un cuerpo posee una m asa de 84 kgf. a) ¿Qué aceleración adquiere si se le aplic a una fuerza de 79 N?

b) Si est aba inicialmente en reposo, ¿ qué velocidad alcanza y qué distanci a recorre al cabo de 7 seg.? 21) ¿ Durante cuánto tiempo debe actuar una fuerz a de 30 N sobre un a masa de 2 kg. Para lograr que adquier a una velocid ad de 7m/s si est aba inicial mente en reposo? 22) Calcular:

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a) ¿ Qué aceleración adquiere un cuerpo de 10 g por acción de un a fuerza de 25 N?

b) ¿Qué distanci a recorre en 3 seg. ? c) ¿Qué velocid ad alcanz a en ese tiempo ?

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TRABAJO PRÁCTICO N° 5 TRABAJO Y POTENCIA 1) ¿ Qué traba jo en Joul e y kgm se realiza cu ando se lleva a 15 m de altura un cuerpo que pes a 50 kgf ? 2) ¿ A qué distanci a se ha desplazado un cuerpo que pes a 20 kgf si el traba jo empleado es de 3000 Joule? 3)¿ Qué traba jo realiza Ud. Cuando sube por la esc alera a un edificio de 22 m. de altura? (debe conocer e l peso) 4) Un cuerpo cuy a masa es de 5 kg cae desde un a altura de 50 m. debe realizar para llevarlo a la misma altura? (g= 9,8 m/s2 )

¿

Qué traba jo

5) ¿Qué masa tiene un cuerpo que por acción de un tr aba jo de 35 kgm recorre 10m. con una acel eración de 2 m/s2? 6) Cal cular que traba jo realiz a una fuerza de 1800 N cuyo punto de aplicación se desplaza 20 m en la dirección y sentido de la fuerza. 7) Un hombre transporta una valija que pes a 55 kgf una distanci a de 10m, ¿ que traba jo realiz a? 8) Para ba jar un cuerpo se hace una fuerza de 98 N. El traba jo realizado es de 50 kgm. ¿cuá l es el camino recorrido? 9) Un camión pesa 9800 kgf y sube por una pendiente de 30° recorriendo 10 m. ¿ cuál es el traba jo re aliz ado en kgm? 10) Un peón carg a en una hor a un c amión con 3600 kgf de tierr a levantándola a 2,5 m de altura ¿Qué traba jo realiza en kw/h? Potencia 1) Calcular la potenci a que des arrolla una máquina que debe levant ar a 22,4 m de altura ca jas de 100 N de peso , al cabo de media hora desde una altura de 6 m. 2) La potenci a que desarrolla una máquina es de 900W. Calcular el tr aba jo que realiza en 75 minutos. 3) Se e levan 150 kgf a la altura de 10 m y se tarda 1/3 de minuto. Qué potencia en CV y en HP se des arrolla? 4) Un motor es capaz de elevar en 10 seg. a 5 m de altura un cuerpo que pes a 30 kgf. Cal cular su potencia expresada en CV. Energía 21

5) Un móvil cuy a m asa es de 900 kg, marcha a 100 km/h ¿cuál es su energí a cinétic a expres ada en los tres sistemas de unidades ? 6) Un avión que pesa 3300 kgf , vuela a 6000 m. de altur a con una velocidad de 600 km/h. Calcular su energí a cinétic a y potencial. 7) Calcular en kgm y joule la energí a potenci al que posee un a piedra que pesa 500 kgf y está ubicada sobre la lader a de una montaña a 40 m. de altura. 8) ¡Cuántos litros de agua contiene un t anque a 50 m. de altura si su energí a potencial es de 500.000 joule? 9) ¿ Qué velocidad debe tener un móvi l que pes a 2.401 kgf para que des arrolle una energí a cinétic a de 49.000 kgm.? 10) Calcular la energí a cinética de un móvil cuy a m asa es de 500 g. y su velocid ad es 360 km/h. 11) La energí a potenci al de un cuerpo es de 1.450 J , si el mismo se encuentra a 45 m de altura. Cal cular la m asa y el peso de dicho cuerpo. 12) Un vehículo de 10 Ton se desplaza a una velocidad de 50 km/h. Calcular su energí a cinética en J. 13) Determinar que masa debe tener otro vehículo que se desplaza el doble de velocid ad si su energí a cinétic a es la misma. 14) Una roca cae desde lo alto de un acantilado de 50 m de altura. La energí a cinétic a al tocar el piso es de 20.000 kgm. ¿Cuál es la masa y e l peso de la roca? 15) Una piedr a que pesa 70 N comienza a caer desde una altura de 15 m. ¿Cuál es su energí a potenci al? 16) Un automóvil tiene una m asa de 2 Ton y se desplaza con una velocidad de 36 km/h. ¿ Cuál es su energí a cinétic a?

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OTROS TRABAJOS PRÁCTICOS

Trabajo Práctico N° 6: Fotocopía  Cuidado de la Energía Eléctrica

Trabajo Práctico N° 7 : Fotocopia Actividades de Integración

Trabajo Práctico N° 8 Fotocopia Autoevaluación

23

CALOR Y TEMPERATURA y y y

y

y

IDEAS BÁSICAS TRABAJO PRÁCTICO N° 9 - CA LOR Y TEMPERATURA TRABAJO PRÁCTICO N° 10 - FOTOCOPIA  El intercambio de calor en una casa TRABAJO PRÁCTICO N° 11 - FOTOCOPIAACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN TRABAJO PRÁCTICO N° 12  AUTOEVA LUACIÓN

24

TRABAJO PRÁCTICO N° 9 CALOR Y TEMPERATURA 1)¿ El calor es una magnitud ? ¿y la temper atura Fundamentar la s respuestas. 2) Discuta cada una de las siguientes afirmaciones: A) Dos cuerpos que tienen la misma temper atura contienen siempre igual cantidad de calor. B) Siempre que un cuerpo teng a alta temperatura su contenido calórico es grande. C) Los termómetros permiten medir cantidad de calor. 3)¿ Qué propied ad de las sustancias permite permite construir termómetros? ¿Por qué? 4)¿ Cuáles son las escalas termométricas por Ud. Conocidas? Explique brevemente cómo determina para cada una de ellas sus puntos fijos. 5) ¿ Qué errores se cometen en las siguientes afirmaciones? a) El hielo funde a cero grado. b) El agu a hierve a 100 grados. 6) Señal e la respuesta correct a: Entre los puntos fijos de un termómetro graduado en escala Fahrenheit hay el siguiente número de divisiones: a) 32

b) 100

c)180

d) 212

79 El calor obtenido al encender un mchero se prop ag a por : a) conducción; b) convección ; c) r adiación 8) Completar: a) Al calentar un extremo de un alambre por..

de cobre el calor se propag a

b) Si la propagación del calor se produce sin necesidad de un medio materi al, se dice que lo hace por . 9) Transformar 90°C en ° F 10) Expresar en ° C una temperatura de 140 ° F 11) Expresar 20 ° C en  F 12) ¿A cuántos grados centígrados corresponden 500 ° F ?

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ENERGÍ A TERMICA

TERMODINÁMICA

y

IDEAS BÁSICAS.

y

TRABAJO PRÁCTICO N° 13- FOTOCOPIA  UN POCO MÁS DE SADI CARNOT

y

TRABAJO PRÁCTICO N° 14  FOTOCOPIA ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN

y

TRABAJO PRÁCTICO N° 15  FOTOCOPIA  AUTOEVALUACIÓN

26

ENERGÍ A - ELECTRÍCA

y

IDEAS BASICAS.

y

TRABAJO PRÁCTICO N° 16 FOTOCOPIA  ACTIVIDASDES DE INTEGRACIÓN

y

TRABAJO PRÁCTICO N° 17  FOTOCOPIA CELDAS DE COMBUSTIBLE

y

TRABAJO PRÁCTICO N° 18 AUTOEVALUACIÓN

y

TRABAJO PRÁCTICO N° 19 - LA ENERGÍ A EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO.

27

LA ENERGÍ A EN EN CIRCUITO ELÉCTRICO

MARCO - TEORÍC O

La energía eléctrica ocup a un lug ar preponderante y sin dudas resultará la base

energética de la s acciones futur as. Las venta jas que presentas estas formas de energí a , entre otras, son: y

y

y

y

Se puede transformar con relativa f acilidad en: luz, calor, energí a mecánica, etc. Se puede decir que c asi todo se mueve impulsado por la energí a lograda de la electricid ad. Es fácil de transportar ( puede ser llevada a consider ables distanci as con el simple uso de un alambre conductor ). Se puede controlar con relativa f acilidad ( interruptores eléctricos) Su empleo no produce polución ambiental.

Corriente eléctrica La corriente eléctrica es un f lujo de electrones que se mueven a través de un alambre conductor desde el extremo negativo hacia el extremo positivo (sentido físico de la corriente eléctric a ).

A. AMPER 0 AMPERIO (A) Es la unidad de intensid ad de corriente.

Siendo,









I = (1) resulta: amper =

B.VOLT O VOLTIO (V) Es la unidad de potenci al eléctrico o diferenci a de potencial. Se define en función del siguiente concepto: Si en un c ampo el éctrico se coloca una carg a de un Coulomb en un punto A y para trasladar es a carg a, desde ese punto, a otro punto B, se necesita una energí a de un Joule, se dice que la diferenci a de potencial entre los puntos A y B es de un vo lt (voltio).

Por lo tanto: À

Diferencia de potencial =



(2)

28



Volt = Debe qued ar claro que el volt o voltio es una unidad de f.e.m. Que un a pila tenga una fuerz a electromotriz de 1,5 volt indica que la diferencia de energí a potenci al entre los bornes de la pila, por unidad de carg a (expres ada en coulomb) es de 1,5 Joule. Por lo t anto si se emplea en un circuito eléctrico una pila de 1,5 volt , se sabe que cada coulomb que recorre el circuito entreg a a un elemento del mismo (por.ej, una lámp ara) una energí a de 1,5 Joule. La energí a que recibe el elemento del circuito se convierte en c alor y luz (si es una l ámp ara). De lo dicho se deduce que un circuito eléctrico transporta energí a. C.ELECTRON VOLT (eV) Se empl ea para medir la energí a de un electrón en movimiento. El electrón volt es la energí a que adquiere un el ectrón cu ando se mueve por la acción de un a diferenci a de potenci al de un volt. Como el electrón volt (eV) es una unidad muy pequeña, se emplea:

KeV = kilo electrón volt = 1000 eV. MeV = Mega electrón volt = 1.000.000 e.V ENERGÍ A PRODUCIDA POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA : EFECTO JOULE Sabiendo que: v



=  (3)

donde: v= diferenci a de potenci al empl eado. T= traba jo realizado q = carg a

y que

q = I . t (4) 

resulta: v =  de donde: T = V.I.t (5) o sea que: E l trabajo o la energía producida por una corriente eléctrica resulta igual al producto entre el potencial eléctrico empleado, la intensidad de corriente y el tiempo transcurrido. 

Siendo: 29

[V] = volt =

  

[I] = Amper =

 

[t] = segundo Resulta : T = V . I . t  [T] =

  

.

 

. Segundo = Joule

Como ya se ha indicado, el traba  jo se puede transformar en calor. Es posible demostr ar que:

1 joule = 0,24 cal (6)

Equivalente calórico del traba jo = 0 ,24

À 

Por lo tanto: cuando se realiza un traba jo de un Joule, se producen 0,24 calórias. De (5) y (6), se tiene: Si 1 Joule______________ 0 ,24

V.I.t Joule ______________ x

cal.

c al.

X cal =

    

O sea que la cantidad de calor producida por una corriente el éctrica es proporcional a la diferencia de potenci al, la intensidad de corriente y el tiempo transcurrido. Se indic a con Q  la cantidad de calor obtenido al paso de una corriente eléctric a, se puede escribir:

Q = 0,24 . V . I . t (7) Expresión que permite obtener la cantidad de calor desprendido al paso de una corriente eléctric a. Tom ando las unidades correspondientes a la expresión (7), resul ta:

30

Cal =



.

 



  



. segundo



Ejemplo N° 1 Se quieren obtener 849 calorí as, aplic ando a un circuito un a diferenci a de potencial de 220 Volt, con una intensid ad de corriente de 8 amper. ¿ Durante cuánto tiempo debe perm anecer conect ado el circuito ? De Q  = 0,24 . V.I . t, entonces : t =

t=

    



  

= 2 seg.



Sabiendo que : R.I

= V (donde R=resistencia del conductor), se tiene: 2

Q  = 0,24 . R . I . t Expresión que permite calcular la cantidad de calor producida al paso de una corriente eléctric a, conociendo la resistenci a del conductor , la intensid ad de corriente y el tiempo. Si en la igualdad (7) se reempla za I por su igual

Se tiene:

Q = 0,24 

  

 

.t

Que permite cal cular la cantidad de calor producida por una corriente eléctrica, conociendo la diferenci a de potencial, la resistencia del conductor y el tiempo. POTENCIA ELÉCT RICA Ya sabemos que : Entonces : P

P=

 

de donde podemos deducir que: P

=

   

=V.I

=V.I

La potenci a eléctric a es e l producto entre la diferenci a de potenci al y la intensid ad de corriente del circuito.

31

Si el potenci al eléctrico se expresa en Volt y la intensid ad de la corriente en Amper, la potenci a eléctrica qued a expresada en Vatio (Watt).

Vatio (watt) = volt . amper También se empl ea el kilovatio (Kw) = 1000 vatio. Ejemplo N° 2 Calcular la potenci a de una plancha el éctrica cuya resistenci a es de 10 Ohm cuando la intensid ad de corrientes es de 5 amper.

P = V . Ipero V = R . I entonces P = R . I2 P = 10  . 5 2 . A2 P = 10 volt/amp . 25 amp 2 P = 250 volt/ amp = 250 vatio (watt)

Ejemplo N° 3

A qué diferenci a de potenci al debe conect arse un aparato el éctrico cuy a resistenci a es de 100 Ohm, para obtener una potenci a de 4 vatio? ¿

P=V.I P=I=

 

P = V . V/ R = V 2/ R V2 = P . R V =    =      = 20 volt.

APLICACIONES DE L EFECTO JOUL E

Se emplea para:

32

y

y

y

y

Aparatos que permiten determin ar la intensid ad de corriente de un circuito, teniendo en cuent a el calor producido al paso de un a corriente (amperímetros térmicos). Termostátos. Par bimetálico que por acción del calor dilata de distinta maner a, curvándose y provocando la interrupción del circuito. Planchas, hornos eléctricos, termos, encendedores, iluminación, estufas, etc. Fusíbles: Los ascensos bruscos de intensid ad de corriente producen aumento en la temper atura del conductor , que puede llegar a fundir las sustancias aisla doras que recubren el cable, estos se tocan, y como son de polo distinto, producen chisp a (un cortocircuito), lo que puede originar un incendio. P ara evitarlo, en las instalaciones domiciliarias se coloc an, a la entr ada del circuito, los fusibles, que consisten en un trozo de hi lo conductor de b a  jo punto de fusión, en forma tal que un a umento en la temperatura produce su inmedi ata fusión, lo que interrumpe el circuito.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS 1) Calcule cuanto tiempo necesita una corriente eléctric a de 8 amper y 120 volt para producir 8000 cal. 2) ¿ Cuál es la resistencia de una lámp ar a que conectada a un circuito de 220 volt consume 100 vatio? 3) ¿Qué energí a, en Joule, puede obtenerse de un a baterí a de 12 volt, si entrega una intensid ad de corriente de 0,5 amper, durante una hor a? 4) Si se desea obtener una energí a de 486.000 joule, conectando un circuito durante 30 minutos a un a intensid ad de corriente de 3 amper, ¿ cuál debe ser el potenci al a emplear? 5) ¿ Cuántas calorí as se obtienen en el circuito del problema 3? 6) Suponiendo que dur ante una tormenta eléctric a, en un tiempo de 5.10 -5 segundos se desc arga un rayo cuya intensidad es de 30.000 amper y su potencial de 25 . 10 6 volt. Calcular: a) ¿Qué energí a en Joule se produce?, b) ¿Cuántos kwh se des arrolla n durante la descarga? , c) si se aprovech ara esa energí a para encender 200 lámp aras de 100 watt cada una, dur ante cuánto tiempo podrí an permanecer encendid as. 7) Registre la potenci a de todas las lámp aras eléctric as de su casa y estime el tiempo que permanecen encendid as por dí a. Averigue cuál es el costo actual del kwh y calcule lo que deberí a abonar por mes como g asto de electricid ad. 8) Una tostador a eléctric a de 200 watt está conect ada durante 10 mínutos, ¿cuá l es el costo, si 1 kwh cuesta $ 1,50? 33