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EXPERIENCIAS

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1. El movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 2. Las fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 3. Fuerzas gravitatorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4. Fuerzas y presiones en fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5. Trabajo y energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 6. Transferencia de energía: calor . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 7. Transferencia de energía: ondas . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 8. Sistema periódico y enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9. La reacción química. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10. La química y el carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 145


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EXPERIENCIA EN EL AULA

EL MOVIMIENTO Determinación del tiempo de reacción Objetivo

Conocer el tiempo de reacción.

Material • Regla. • Lápiz.

• Papel.

PROCEDIMIENTO En seguridad vial se define el tiempo de reacción como el tiempo que transcurre desde que el conductor percibe un peligro hasta que reacciona y ejecuta una maniobra para evitarlo. Una persona en buenas condiciones emplea como mínimo 0,5 s en reaccionar. En este tiempo se recorre una distancia (distancia de reacción) a la que hay que sumar la distancia que recorre el coche una vez se ha pisado el freno (distancia de frenada). Ambas distancias aumentan con la velocidad: a más velocidad recorremos más distancia desde que vemos el peligro hasta que reaccionamos; y a más velocidad también aumenta la distancia de frenada.

1. Un compañero sujeta verticalmente una regla de 25 cm por el extremo opuesto al cero.

2. El otro coloca los dedos índice y pulgar a la altura del cero de la regla sin tocarla.

3. El primero deja caer la regla sin avisar para que el segundo la atrape lo más rápidamente posible.

4. Se mide la distancia en centímetros que ha caído la regla desde la posición inicial.

5. La distancia que ha caído la regla depende de tu tiempo de reacción: s =

1 ⋅ g ⋅ t 2 ; despejando el tiempo: t = 2

2s g

6. Repite la experiencia varias veces y calcula la media para el tiempo de reacción que has obtenido. Tiempo de reacción =

Suma de tiempos de reacción N.o de repeticiones

CUESTIONES 1

¿Qué importancia tiene la distancia de reacción durante la circulación en carretera?

2

Contesta: a) ¿Cómo se calcula la distancia de reacción en el caso de un conductor? b) ¿De qué factores depende esa distancia recorrida durante el tiempo de reacción?

3

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¿Por qué crees que se repite la experiencia? ¿Has obtenido siempre el mismo valor para la distancia que ha recorrido la regla en las diferentes repeticiones de la experiencia?  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

EL MOVIMIENTO

Material

Objetivo

• Coche. • Carril de 2 m de longitud, como mínimo. • Cronómetro.

• Analizar experimentalmente las características del MRUA. • Calcular la aceleración de un móvil. • Representar gráficamente una observación.

EXPERIENCIAS

Estudio experimental del MRUA

PROCEDIMIENTO 1. Marca la posición inicial y final en el carril. Anota la longitud total, L. ⎛L

L 3L ⎞⎟ , , L ⎟⎟. ⎟⎠ 2 4

2. Marca sucesivas posiciones en el carril ⎜⎜⎜ , ⎝4

3. Eleva ligeramente un extremo del carril para conseguir el plano inclinado necesario para el estudio del MRUA. 4. Coloca el coche en la posición inicial y déjalo caer, midiendo con el cronómetro el tiempo que tarda en llegar a la primera posición marcada. Puedes poner un tope en la marca para facilitar esta medida. Repite la medida tres veces. Considera como valor más correcto la media de las tres.

5. Realiza el apartado anterior para cada una de las marcas. 6. Recoge los datos obtenidos en la siguiente tabla, sustituyendo L por su valor: Posición (x )

0

Tiempo (t )

0

L /4

L /2

3L /4

L

CUESTIONES 1

Calcula la aceleración del móvil, a partir de la ley del movimiento, en las cuatro posiciones y comprueba que es constante (dentro del margen de error experimental). Ecuación de movimiento:

x = x0 + v0 ⋅ (t − t0) +

1 ⋅ a ⋅ (t − t0)2 2

Datos iniciales: x0 = 0 m, t 0 = 0 s, v0 = 0 m/s. Con estos valores resulta: x =

1 ⋅ a ⋅ t2 2

Despejando la aceleración: a =

L 4

2x t2

2

Calcula la velocidad en cada instante: v = v0 + a ⋅ t .

3

Realiza las gráficas x-t y v-t con los datos obtenidos.

4

Analiza los resultados obtenidos de la aceleración en función de los posibles errores que se pueden cometer en la realización de esta experiencia.

5

Escribe alguna sugerencia que mejore el procedimiento empleado.

L 2

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3L 4

L

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EXPERIENCIA EN EL AULA

LAS FUERZAS Determinación del coeficiente de rozamiento Material

Objetivo

• Bloque de madera o de metal. • Tabla.

Determinar el coeficiente de rozamiento entre dos superficies por el método del plano inclinado.

• Transportador de ángulos. • Balanza.

PROCEDIMIENTO El coeficiente de rozamiento entre superficies se puede calcular teniendo en cuenta que la fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal a las dos superficies en contacto.

1. Mide la masa del bloque con la balanza y anótala en un cuaderno. 2. Sitúa un bloque de madera o metal sobre una tabla horizontal. 3. Inclina lentamente la tabla hasta que empieza a descender el bloque. En este instante se verifica que la fuerza de rozamiento es igual a la componente Px del peso. La componente Py del peso es igual a la fuerza normal: N = Py = P ⋅ cos α

ជ N

4. Mide el ángulo que forman la tabla y la horizontal y anótalo. 5. Repite la experiencia varias veces y calcula el valor medio del ángulo obtenido. Valor medio =

Suma de los ángulos α N.º de repeticiones

6. A partir de la tangente del ángulo en que empieza a deslizar el bloque se determina el coeficiente de rozamiento estático entre ambas superficies:

Froz = μ ⋅ N → μ =

Froz N

=

Pជy

Px Py

μ = tg α Puedes repetir la experiencia con diferentes superficies y comprobar cómo varía el valor de μ.

CUESTIONES

148

1

¿Por qué varía el valor de la fuerza normal al variar la inclinación de la tabla? ¿Es que varía el peso del bloque de madera o metal en función del ángulo α?

2

Calcula la fuerza de rozamiento una vez que conoces el valor de μ.

3

¿Depende el valor obtenido para el coeficiente de rozamiento del peso del bloque? Justifica tu respuesta.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

LAS FUERZAS Estudio experimental del coeficiente de rozamiento

• Bloque de madera con gancho. • Tres o cuatro objetos. • Polea.

Determinar experimentalmente el coeficiente de rozamiento de dos superficies y comprobar gráficamente la proporcionalidad entre la fuerza de rozamiento y la componente normal del peso.

• Hilo fino y resistente. • Portapesas y pesas.

EXPERIENCIAS

Material

Objetivo

PROCEDIMIENTO 1. Pesa el bloque y el portapesas. Anota los resultados. 2. Ata un extremo del hilo al gancho del bloque y el otro extremo al gancho del portapesas.

3. Sujeta la polea a la mesa y realiza el montaje del dibujo. 4. Ve colocando pesas en el platillo hasta que el bloque comience a deslizar. Anota el valor de las pesas utilizadas.

5. Retira las pesas del platillo; coloca encima del bloque un objeto (conviene que el peso del conjunto se incremente al menos un 25 % con respecto al bloque). Coloca pesas en el portapesas, hasta que de nuevo el bloque empiece a deslizarse. Anota las pesas utilizadas.

6. Repite el paso anterior tres veces más añadiendo un objeto cada vez. 7. Completa la siguiente tabla expresando todos los datos en newtons. Fuerza normal (peso bloque + objetos) Fuerza rozamiento (peso portapesas + pesas)

CUESTIONES 1

Calcula el valor del coeficiente de rozamiento (μ) para cada pareja de valores, según: μ=

Fuerza de rozamiento

Fuerza normal (El valor debe ser constante dentro del margen de error experimental.) 2

Representa gráficamente fuerza de rozamiento (en el eje vertical, o de ordenadas) frente a fuerza normal (en el eje horizontal, o de abscisas). Saca conclusiones de la gráfica obtenida.

3

Se puede realizar el procedimiento sustituyendo el hilo y el portapesas por un dinamómetro. ¿Qué ventajas e inconvenientes supondría?

4

Si en vez de realizar la experiencia en un plano horizontal se hubiera realizado en un plano inclinado, ¿cambiaría el valor de μ? Razona la respuesta.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

FUERZAS GRAVITATORIAS Fuerza centrípeta Material

Objetivo Medir la velocidad de giro en una «honda».

• Cilindro de plástico hueco. • Bola de corcho.

• Pesa de 100 g. • Hilo.

PROCEDIMIENTO La fuerza que mantiene a la Luna unida a la Tierra es del mismo tipo que la de un planeta girando alrededor del Sol, o que la de cualquier objeto que se mueva uniformemente describiendo una trayectoria circular (piedra girando en una honda, tren realizando un rizo en una montaña rusa, etc.). Para comprenderlo mejor vamos a realizar la siguiente experiencia:

1. Pasa un cordón fino por un cilindro de plástico hueco. 2. Sujeta en el extremo superior del cordón una bola de corcho. 3. En el extremo inferior del cordón sujeta una pesa de 100 g. 4. Sujeta el cilindro verticalmente y gíralo para que la bola describa un círculo horizontal por encima de la cabeza. Para que la bola gire en un plano horizontal necesitamos aplicar una fuerza centrípeta que coincida con el peso que cuelga verticalmente.

5. Cuando la bola está girando, la fuerza centrípeta equilibra el peso del objeto; midiendo el radio de giro podemos calcular la velocidad con que gira:

Fc = m ⋅ ac = m ⋅

v2 R

P=m⋅g Igualando, resulta:

m⋅

v2 R

=m⋅g → v =

(g ⋅ R )

CUESTIONES 1

¿Qué ocurre si hacemos girar la bola de corcho a una velocidad menor?

2

¿Y si la hacemos girar a una velocidad mayor?

3

¿Qué ocurrirá si ponemos una pesa de mayor masa? Elige la respuesta correcta: a) La bola de corcho saldrá despedida. b) La bola de corcho colgará verticalmente. c) Para mantener la bola de corcho girando horizontalmente deberemos hacerla girar a una velocidad mayor. d) Para mantener la bola de corcho girando horizontalmente deberemos hacerla girar a una velocidad menor.

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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

FUERZAS GRAVITATORIAS Estudio experimental del movimiento de caída libre

• Identificar el movimiento de caída libre como un MRUA. • Representar las gráficas y -t y v-t a partir de los datos experimentales.

• Fotografía estroboscópica de la caída de un objeto (debe incluir los datos de la cuadrícula a escala real y el intervalo de tiempo entre cada par de puntos reflejados en la fotografía). • Regla milimetrada.

EXPERIENCIAS

Material

Objetivo

PROCEDIMIENTO 1. Marca un origen de coordenadas en la fotografía y, con la ayuda de una regla milimetrada, mide las distancias de los demás puntos referidos al origen.

2. Según la escala real de la cuadrícula, convierte las distancias tomadas en el apartado anterior a distancias reales.

3. Considerando los intervalos de tiempo tomados por la fotografía,

t=0 t 1 = 0,03 s y 1 = 5 mm

rellena la siguiente tabla: y (mm)

t 2 = 0,08 s y 2 = 28 mm

t (s)

4. Realiza la representación gráfica y-t.

t 3 = 0,1 s y 3 = 51 mm

CUESTIONES 1

Contesa: a) ¿Qué tipo de curva obtienes? b) ¿Con qué tipo de movimiento la relacionas?

2

Calcula la aceleración según la expresión (para cada pareja de valores y, t ) obtenida al despejar la aceleración de la ley de movimiento para el MRUA (considerando cero tanto la posición inicial como la velocidad inicial): a =

2y t2

t 4 = 0,12 s y 4 = 75 mm

t 5 = 0,14 s y 5 = 98 mm

¿Se puede considerar la aceleración obtenida constante e igual a g dentro del margen de error experimental? 3

Calcula las velocidades en cada instante (utiliza como valor bueno para la aceleración, la media de los valores obtenidos en el apartado 2). Realiza la representación gráfica v-t.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

FUERZAS Y PRESIONES EN FLUIDOS Principio de Pascal Objetivo

Comprobar el principio de Pascal.

Material • Dos jeringuillas. • Canutillo de plástico.

• Aceite o vaselina.

PROCEDIMIENTO El principio de Pascal se puede demostrar utilizando dos jeringuillas de laboratorio y un tubo de plástico.

1. Sube el émbolo de la primera jeringuilla. 2. Baja totalmente el de la otra. 3. Únelas mediante un tubo de plástico que se ajuste bien a su extremo inferior.

4. Presiona el émbolo de la primera hasta la mitad. Observa atentamente y contesta: ¿Qué ocurre en la otra? El aire contenido en el tubo experimenta una presión que se transmite íntegramente hasta la segunda jeringuilla, donde presiona el émbolo para que ascienda.

5. Sigue presionando el émbolo hasta que este descienda al máximo, ahora el segundo émbolo deberá subir hasta el máximo.

6. Si repetimos la operación partiendo de la segunda jeringuilla, observaremos que se produce el mismo efecto. Para disminuir la fuerza de rozamiento del émbolo, se puede untar con un poco de aceite o vaselina.

CUESTIONES

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1

Resume en pocas palabras qué dice el principio de Pascal.

2

¿Cambiaría el resultado del experimento si introducimos agua en vez de aire en las jeringuillas? ¿Por qué?

3

¿Cuál es la utilidad del aceite o la vaselina empleados en este experimento?

4

Imagina que utilizamos jeringuillas de distinto tamaño (grosor) en una experiencia similar. Describe, empleando esquemas, cómo se lleva a cabo el experimento y cuáles son los resultados que se obtienen.

5

Diseña otra experiencia donde se ponga de manifiesto el principio de Pascal. Realiza la experiencia y redacta un pequeño guión donde aparezca el material necesario para realizarla y el procedimiento que has seguido.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

FUERZAS Y PRESIONES EN FLUIDOS Observación de algunos efectos de la presión atmosférica

• Reconocer la presencia de la presión atmosférica. • Explicar experiencias sencillas en las que se pone de manifiesto la presión atmosférica.

Material • • • • • •

Erlenmeyer. Fuente de calor. Cristalizador. Aro y rejilla. Soporte, pinza y nuez. Pinza.

• • • • •

Nuez. Pinzas. Lata de refresco vacía. Huevo cocido. Agua.

EXPERIENCIAS

Objetivo

PROCEDIMIENTO Realiza dos experiencias sencillas en las que interviene la presión atmosférica.

1. Un huevo cocido se introduce «solo» en un erlenmeyer. • Sujeta el aro en un soporte, a la altura apropiada para poder poner debajo el mechero y colocar encima la rejilla. • Echa un poco de agua en un erlenmeyer (la boca debe ser lo suficientemente ancha para sujetar un huevo cocido sin que se cuele dentro). • Coloca el erlenmeyer sobre la rejilla y posa el huevo cocido y pelado en su boca. • Enciende el mechero. • Mantenlo en el fuego hasta un poco después de que el agua bulla (el huevo «botará» sin caerse). • Apaga el fuego y espera. • Observa lo que sucede.

2. Una lata de refresco se aplasta. • Echa un poco de agua en una lata de refresco vacía y colócala sobre la rejilla. • Enciende el mechero y mantén la lata en el fuego, hasta observar que sale vapor de agua. • Echa un poco de agua fría en el cristalizador. • Coge la lata con las pinzas y rápidamente colócala invertida en el cristalizador. • Observa lo que sucede.

CUESTIONES 1

Describe lo que le ocurre al huevo cocido al terminar la experiencia 1 y lo que le ocurre a la lata de refresco al terminar la experiencia 2.

2

¿Por qué el huevo se deforma y se cuela en el erlenmeyer?

3

¿Cuál es la causa de que la lata de refresco se aplaste?

4

Hay una forma de sacar el huevo del erlenmeyer sin romperlo, ¿se te ocurre cuál? (Pista: debes conseguir que dentro del erlenmeyer exista mayor presión que fuera.)  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

TRABAJO Y ENERGÍA El péndulo Objetivo

Comprobar las transformaciones de energía que se producen en un péndulo en movimiento.

Material • Bola de acero. • Hilo.

• Regla graduada.

PROCEDIMIENTO Un péndulo es un sistema muy sencillo que sirve para estudiar muchas leyes de la física. En esta experiencia lo usaremos para estudiar las transformaciones y conservación de la energía.

1. Construye un péndulo sencillo utilizando una bola de acero suspendida de un hilo. Utiliza un hilo de 1 m de longitud.

2. Cuélgalo de un clavo mediante un hilo de 1 m de longitud. 3. Sitúa la bola de modo que el hilo esté más o menos horizontal y observa su recorrido.

4. Traza una recta horizontal en la pared que coincida con la posición más baja de la bola durante todo su recorrido.

5. Suelta ahora la bola desde el otro lado. 6. Contesta: • ¿Hasta qué altura asciende? • ¿Llega a ponerse horizontal el hilo en el otro lado del recorrido? • Entonce ¿se cumple la conservación de la energía mecánica?

7. Si no se disipase energía en ningún momento, ¿cuándo se detendría la bola? ¿Por qué se detiene en la práctica?

8. Coloca un clavo en un punto situado en la vertical del péndulo (observa el dibujo) y vuelve a soltar la bola desde la misma altura. ¿Qué sucederá ahora?

9. Repite la experiencia colocando el clavo en otros puntos de la vertical.

CUESTIONES

154

1

Explica cuáles son las transformaciones de energía que se producen en esta experiencia.

2

¿Por qué la bola del péndulo va perdiendo altura tras las sucesivas oscilaciones y se va parando poco a poco?

3

Calcula el porcentaje medio de energía que se pierde por rozamiento en cada oscilación. Para ello, cuenta el número de oscilaciones que da la bola desde que se suelta con el hilo tenso en posición horizontal hasta que se para.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

TRABAJO Y ENERGÍA Máquinas simples: palanca y plano inclinado

• Comprobar la condición de equilibrio de la palanca. • Analizar el uso de las rampas. • Comprobar que las máquinas no nos ahorran trabajo pero sí esfuerzo.

Material Para la palanca • Regla milimetrada de plástico o metal de unos 20 cm. • Pesas. Para el plano inclinado • Listón de madera para hacer una rampa. • Un coche con gancho (o un patín de ruedas). • Dinamómetro.

EXPERIENCIAS

Objetivo

PROCEDIMIENTO 1. Palanca • Coloca un lápiz debajo de la regla, en el punto medio (a los 10 cm), para que se mantenga en equilibrio. • Coloca una pesa de 5 g en uno de los extremos de la regla. Para equilibrarla de nuevo puedes colocar dos pesas de 5 g a 5 cm del lápiz. • Comprueba la ley de equilibrio de la palanca utilizando distintas pesas y colocándolas a diferentes distancias. • Dos niños se sientan en un balancín. Uno de ellos pesa dos veces más que el otro. ¿Dónde se tiene que colocar el niño que pesa menos para que se puedan columpiar?

2. Plano inclinado • Cuelga el coche del dinamómetro y anota su peso. • Coloca el listón de madera de forma que actúe como una rampa. • Mide y anota su altura. • Haz subir el coche por la rampa hasta la máxima altura, enganchado al dinamómetro. Anota la fuerza. • Mide la longitud de la rampa que ha recorrido el coche y anótala. • ¿Qué diferencia existe entre la fuerza que realizas al subir el coche verticalmente y la que realizas al subirlo mediante la rampa? • Prescindiendo del rozamiento, ¿es igual el trabajo realizado en ambos casos?  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: CALOR Conducción del calor Objetivo

Comprobar que el agua en estado líquido conduce mal el calor.

Material • • • •

Tubo de ensayo. Agua. Hielo. Pinzas de laboratorio.

• Lastre para el hielo (hilo con bola de acero, por ejemplo). • Fuente de calor: mechero, etc.

PROCEDIMIENTO Los líquidos y los gases son, en general, malos conductores del calor. Compruébalo realizando la siguiente experiencia:

1. Echa agua en un tubo de ensayo ancho. No llenes totalmente el tubo de agua, para evitar que esta se salga cuando comience a hervir.

2. En el tubo de ensayo con agua, introduce un trozo de hielo con un pequeño lastre para que el hielo se hunda y permanezca en el fondo del tubo de ensayo.

Pinza de laboratorio

3. Con ayuda de una pinza de laboratorio, acerca el tubo a la fuente de calor y caliéntalo. Para calentarlo mantén el tubo de ensayo inclinado por la parte superior, donde se encuentra el agua.

4. Al cabo de poco tiempo, el agua empezará a hervir,

Tubo de ensayo

Hielo

mientras que el hielo se derretirá muy poco. Presta mucha atención y retira el tubo de la fuente de calor antes de que el agua hirviendo salte del tubo.

5. Observa el tubo con agua hasta que el hielo se funda totalmente.

CUESTIONES

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1

¿Qué indica el resultado de esta experiencia sobre la conductividad calorífica del agua?

2

Si el agua empieza a hervir y el hielo permanece en estado sólido, ¿es que no se igualan las temperaturas del agua y del hielo instantáneamente? ¿Por qué?

3

Mide el tiempo que tarda en derretirse el hielo. Repite la experiencia con otro líquido, ¿cómo puedes saber cuál de los dos líquidos conduce mejor el calor?  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

Lastre


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: CALOR

Material

Objetivo

• • • • •

• Medir temperaturas y tiempos. • Calcular cantidades de calor experimentalmente.

Vaso de precipitados. Probeta. Rejilla de amianto. Trípode. Pinza.

• Mechero bunsen. • Termómetro. • Reloj.

EXPERIENCIAS

Medidas de la cantidad de calor transferida a un cuerpo a través de las variaciones de temperatura

PROCEDIMIENTO 1. Mide 200 mL de agua con una probeta e introdúcelos en el vaso de precipitados.

2. Coloca el vaso lo más centrado posible en la rejilla situada encima del mechero a unos 2 cm de distancia del mismo.

3. Introduce el termómetro en el vaso (sin tocar el fondo) y calienta con una llama constante.

4. Espera unos minutos para que la rejilla alcance su temperatura de equilibrio y comienza a medir la temperatura del agua a intervalos de un minuto durante siete minutos.

5. Antes de realizar una medida, agita el contenido del vaso con el fin de que la temperatura sea uniforme.

6. Completa la siguiente tabla: Tiempo (min)

3

4

5

6

7

8

9

10

Temperatura (°C)

CUESTIONES 1

Realiza la gráfica temperatura-tiempo. ¿Qué tipo de relación existe?

2

Determina el calor transmitido al agua a partir de la ecuación: Q = m ⋅ ce ⋅ (t f − t 0) (Busca el valor del ce en tu libro de texto.)

3

Si repitiéramos la experiencia, ¿obtendríamos los mismos resultados? Puedes comprobarlo realizando una nueva tabla.

4

Suponiendo que el calor suministrado por el gas de la bombona es de 44 000 J/g y que en 5 minutos se han gastado 3,3 g de gas, calcula el rendimiento del proceso.

5

Diseña un procedimiento experimental que permita medir los datos anteriores.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: ONDAS Las leyes de la refracción Objetivo

Comprobar las leyes de la refracción de la luz.

Material • Recipiente transparente. • Agua.

• Puntero láser. • Transportador de ángulos.

PROCEDIMIENTO Vamos a comprobar la validez de las leyes de la refracción para el caso en que la luz pasa del aire al agua. Para ello realiza la siguiente experiencia:

1. Llena, hasta la mitad aproximadamente, un recipiente con agua.

2. Enciende un puntero láser y dirige el haz de luz hacia el agua, de manera que se observe un rayo inclinado.

3. Con un transportador de ángulos mide el ángulo que forma el rayo incidente con la normal (vertical).

4. Pide a un compañero que observe el recipiente de agua

Puntero láser

desde arriba para comprobar la primera ley de la refracción: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.

Aire

5. Observa, a través de las paredes del recipiente, el haz refractado. Mide el ángulo que forma el rayo refractado con la normal.

6. Con los valores obtenidos comprueba que se cumple la segunda ley de la refracción: naire ⋅ sen i = nagua ⋅ sen r Dato: nagua = 1,33.

7. Repite la experiencia variando el ángulo de inclinación del haz incidente (i ): 20°, 40°, 60°, 80°…

CUESTIONES 1

¿Cómo varía el ángulo de refracción (r) cuando varía el ángulo de incidencia (i )?

2

¿Qué ocurrirá si el ángulo de incidencia es de 90°?

3

Calcula el ángulo de refracción si el ángulo de incidencia es de 45°. Comprueba este resultado mediante la experiencia.

4

Contesta: a) ¿Se observa un rayo reflejado en esta experiencia? b) ¿Qué te indica este dato?

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Agua


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: ONDAS Observamos ondas en el agua Material

• Crear ondas en el agua.

• Cubeta de ondas.

• Observar los cambios de las ondas a causa de la reflexión y de la refracción.

• Foco de luz. • Regla alargada.

• Objetos de distintas formas que no floten en el agua.

EXPERIENCIAS

Objetivo

• Observar qué ocurre con las ondas cuando atraviesan una rendija.

PROCEDIMIENTO • Llena la cubeta con agua hasta una altura de 1 cm. • Coloca el foco de luz de forma que esta se proyecte sobre la cubeta.

1. Observar ondas circulares y rectilíneas • Genera ondas circulares de forma sucesiva, tocando el agua con la punta del dedo y dejando caer gotas de agua de una en una. • Genera impulsos rectos, golpeando el agua con una regla alargada.

2. Reflexión de ondas • Coloca un objeto dentro de la cubeta para que haga de obstáculo. • Genera un impulso recto que choque perpendicularmente contra él. Observa lo que ocurre. • Genera un impulso recto que choque oblicuamente contra él. Observa lo que ocurre.

3. Refracción de ondas • Introduce una placa de vidrio en la cubeta, de forma que quede totalmente cubierta de agua. • Genera ondas y observa el cambio que se produce en ellas al pasar por la zona donde hay menos profundidad. • Repite el paso anterior situando la placa de vidrio oblicua a las ondas generadas.

4. Difracción de ondas • Coloca en la cubeta dos objetos, dejando entre ellos una pequeña separación. • Genera ondas y observa su comportamiento al atravesar la rendija. • Repite la experiencia separando los objetos a distintas distancias.

CUESTIONES 1

Describe cómo se reflejan las ondas al chocar contra los obstáculos, formando distintos ángulos. Realiza un dibujo teniendo en cuenta la inclinación con la que chocan.

2

Describe los cambios que has observado en la propagación de las ondas cuando pasan por la zona menos profunda.

3

Realiza un dibujo que muestre el paso de las ondas por la rendija de separación de los obstáculos.

4

Describe qué ocurre con la difracción a medida que aumentamos el tamaño de la rendija.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

SISTEMA PERIÓDICO Y ENLACE Enlace y conductividad eléctrica Objetivo

Relacionar el tipo de enlace con la conductividad eléctrica de las sustancias, bien en estado puro o en disolución acuosa.

Material • • • •

Tres vasos. Agua. Azúcar. Cloruro de sodio (sal).

• • • •

Ácido nítrico. Pila de 4,5 V. Electrodos. Bombilla.

PROCEDIMIENTO Analizando la conductividad eléctrica de una sustancia química podemos deducir si existen iones en disolución (sustancia iónica), en caso de que conduzcan la corriente, o la ausencia de iones en disolución (sustancia covalente), en caso de que no sea conductora.

1. Monta un circuito eléctrico con una pila de 4,5 V, una bombilla de linterna y dos cables terminales (raspados para que haya buen contacto) que van a hacer de electrodos.

2. Prueba su funcionamiento uniendo los electrodos y viendo si luce la bombilla.

Agua destilada

Pila de petaca

3. Toma tres vasos iguales de 250 mL y añade: • Agua destilada. • Azúcar (sacarosa). • Cloruro de sodio. Azúcar

4. Introduce los electrodos en cada sustancia y conecta la corriente. ¿Se enciende la bombilla?

5. Lava los electrodos con agua destilada después de cada operación y seca con papel de filtro.

Bombilla

6. Agrega agua destilada al vaso de azúcar y al de cloruro de sodio, disuelve y comprueba la conductividad.

Cloruro de sodio

7. Añade unos mililitros de ácido nítrico diluido al vaso de agua. Observa lo que ocurre.

CUESTIONES 1

Explica por qué no se enciende la bombilla cuando introducimos los electrodos en: agua, azúcar o cloruro de sodio.

2

Explica qué ocurre al agregar agua destilada al vaso de azúcar y al de cloruro de sodio. a) ¿Cómo se explica? b) ¿Son las tres sustancias electrólitos?

3

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Explica lo que ocurre al añadir el ácido nítrico diluido al vaso de agua.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

SISTEMA PERIÓDICO Y ENLACE «Huellas dactilares» de elementos: espectro de emisión a la llama

• • • •

• Observar el espectro de emisión a la llama de algunos elementos. • Conocer una experiencia sencilla que se utiliza como reconocimiento químico de metales.

Vidrios de reloj. Mechero Bunsen. Hilo de platino enmangado. Ácido clorhídrico.

• Cloruro de sodio. • Cobre. • Estaño.

EXPERIENCIAS

Material

Objetivo

PROCEDIMIENTO 1. Numera cuatro vidrios de reloj y pon en uno unas gotas de ácido clorhídrico y en los otros tres una pequeña cantidad de cada sal.

2. Enciende el mechero. 3. Humedece el hilo de platino con el ácido y toca la sal que se encuentre en el primer vidrio para que se adhiera a él.

4. Lleva el hilo al centro de la llama. Anota el color que observas.

5. Limpia bien el alambre con ácido clorhídrico. 6. Repite los pasos 3, 4 y 5 para el resto de cloruros.

7. Completa la siguiente tabla con los colores obtenidos para cada producto: Ácido clorhídrico

Cloruro de sodio

Cobre

Estaño

Color

CUESTIONES 1

Compara tus resultados con los de tus compañeros. ¿Se podría afirmar que cada átomo emite un color diferente a la llama?

2

Pide a tu profesor una muestra desconocida, repite el procedimiento e intenta averiguar de qué sal se trata.

3

¿Por qué crees que es necesario limpiar el alambre después de cada prueba?

4

Las distintas coloraciones, logradas con la misma excitación energética, son características de cada elemento y son utilizadas como método para reconocimiento químico de metales. La industria pirotécnica emplea sales de algunos metales para conseguir vistosas coloraciones en los fuegos artificiales. Busca información al respecto y escribe de qué sales se trata y qué colores producen.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

LA REACCIÓN QUÍMICA El aire que exhalamos Material

Objetivo

• Vaso de precipitados. • Hidróxido de calcio. • Agua.

Comprobar la presencia de dióxido de carbono en el aire que exhalamos.

• Filtro de papel. • Erlenmeyer. • Pajita de refresco.

PROCEDIMIENTO En el proceso de respiración, el oxígeno que respiramos es captado y transportado por la hemoglobina de la sangre; al llegar a los distintos tejidos se intercambia por CO2, que se elimina por la respiración.

G

Aire rico en O2 Pulmones

Oxígeno G

G

Sangre

G

CO2

Aire rico en CO2

Para comprobar este fenómeno:

1. Prepara agua de cal. Para ello, en un vaso de precipitado, disuelve hidróxido de calcio en agua.

2. Llena hasta la mitad un erlenmeyer con agua de cal. 3. Empieza a soplar en el interior del erlenmeyer por medio de una pajita de refresco. Al burbujear el dióxido de carbono de nuestros pulmones, el agua irá adoptando un aspecto opaco y lechoso, debido a la formación del carbonato de calcio insoluble.

4. Si seguimos soplando más tiempo, se observará con sorpresa que el agua recupera su nitidez. ¿Por qué ocurre esto? Porque el exceso de gas ha provocado la formación de bicarbonato de calcio soluble.

CUESTIONES

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1

Escribe y ajusta la reacción química que tiene lugar en el erlenmeyer cuando soplamos a través de la pajita de refresco.

2

Calcula la cantidad de CO2 necesario para formar 10 g de carbonato de calcio.

3

Calcula el volumen que ocupará esta cantidad de dióxido de carbono en condiciones normales de presión y temperatura.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

LA REACCIÓN QUÍMICA Velocidad de reacción: algunos factores que influyen en ella

• Calcular la velocidad media de una reacción. • Observar y describir la influencia de algunos factores en la velocidad de reacción. • Escribir y ajustar una ecuación química.

• Gradilla con tubos de ensayo. • Cronómetro.

• Ácido clorhídrico. • Granalla de cinc.

EXPERIENCIAS

Material

Objetivo

PROCEDIMIENTO 1. Coge un trozo de granalla de cinc, pésala y anota su masa. 2. Echa con cuidado un poco de ácido clorhídrico concentrado en un tubo de ensayo. 3. Añade el trozo de granalla que has pesado. 4. Mide con el cronómetro el tiempo que tarda en «desaparecer» el cinc. 5. Repite los pasos anteriores con el fin de reducir el error experimental, y rellena la siguiente tabla: Masa de cinc (g)

Tiempo (s)

Experiencia 1 Experiencia 2

CUESTIONES 1

El cinc reacciona con el ácido clorhídrico formando la sal cloruro de cinc y desprendiendo hidrógeno (habrás observado las burbujas). Escribe y ajusta la ecuación química.

2

Calcula la velocidad media de reacción, según la ecuación: velocidad = masa/tiempo.

Influencia de la concentración del ácido clorhídrico • Prepara dos tubos de ensayo, perfectamente limpios y secos. • Añade en uno de ellos 5 mL de ácido concentrado y en otro el mismo volumen de ácido diluido. • Pesa dos trozos de cinc que tengan la misma masa. • Agrega un trozo de granalla de cinc en cada uno de los tubos donde se encuentran los ácidos. 3

Calcula la velocidad media de reacción, según la ecuación: velocidad = masa/tiempo.

Influencia del grado de división del cinc • Prepara dos tubos de ensayo perfectamente limpios y secos. • Añade en cada uno de ellos 5 mL de ácido concentrado. • Pesa dos cantidades iguales de cinc, una en un solo trozo, y la otra lo más finamente dividido que puedas. Añádelos en cada tubo de ensayo. 4

Describe lo que ocurre en ambos tubos de ensayo. ¿A qué crees que se debe la diferencia? (Si se prefiere, se pueden recoger también los tiempos en cada experiencia y calcular la velocidad en todos los casos.)  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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EXPERIENCIA EN EL AULA

LA QUÍMICA Y EL CARBONO Fabricación casera del jabón Material

Objetivo Comprender el proceso de formación de jabón y valorar la contribución de la química orgánica en muchos aspectos de la vida cotidiana.

• Aceite. • Fuente de calor. • Recipiente con agua salada.

• Recipiente de 250 mL con agua. • Hidróxido de sodio. • Jabón en polvo. • Varilla agitadora.

PROCEDIMIENTO Cuando un ácido reacciona con un alcohol se produce un éster y agua. Las grasas y aceites son ésteres naturales. Si se calientan con una disolución alcalina, el grupo éster sufre una reacción de hidrólisis (saponificación), por obtenerse las sales alcalinas de los ácidos grasos (que constituyen los jabones) junto con la glicerina. 1

1. Añade 60 g de hidróxido de sodio y un poco de jabón en polvo a un recipiente de 250 mL con agua.

2. Agita hasta que se disuelva todo. 3. En otro recipiente vierte 250 mL de aceite. 4. Añade la disolución de sosa poco a poco sin dejar de agitar. 5. Calienta a ebullición durante 30 minutos agitando continuamente.

6. Vierte la mezcla reactiva en un recipiente con agua salada. Mientras que el hidróxido de sodio en exceso y la glicerina se disuelven, el jabón precipita.

2

3

CUESTIONES

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1

Indica cuáles son los reactivos y cuáles son los productos en la reacción que has observado.

2

Busca información sobre los métodos que se han empleado tradicionalmente para elaborar jabón y descríbelos de manera resumida.

3

¿Por qué el jabón se utiliza como producto de limpieza? ¿Qué propiedad le hace apto para ello? Haz un esquema para explicarlo.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 


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EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO

LA QUÍMICA Y EL CARBONO Obtención de etanol por destilación del vino tinto

• Separar el alcohol etílico del vino tinto. • Calcular los grados del vino utilizado (% en volumen).

Material • • • • •

Matraz de destilación. Termómetro. Refrigerante. Probeta. Erlenmeyer o vaso de precipitados (colector). • Mechero.

• • • • • •

Soportes. Aro. Rejilla. Pinzas. Nueces. Tetrabrik o botella de vino tinto.

EXPERIENCIAS

Objetivo

PROCEDIMIENTO 1. Realiza el montaje necesario para la destilación. 2. Mide con la probeta 150 mL de vino tinto y viértelos en el matraz de destilación. 3. Enciende el mechero. Al cabo de un rato, el vino empieza a bullir. La sustancia gaseosa producida pasa por el refrigerante. Al enfriarse se licua y por el extremo del tubo de salida se recoge en otro recipiente, denominado colector. Al líquido recogido se le llama destilado. En el matraz de destilación se quedan las sustancias que no se hayan evaporado al calentar (residuo).

4. El primer componente del vino que destila es el alcohol, puesto que tiene un punto de ebullición menor que el del agua. Mientras se produce la destilación hay que estar pendientes del termómetro. Desde que empieza a recogerse el destilado la temperatura deberá permanecer constante (temperatura de ebullición del alcohol etílico). Cuando la temperatura comience a subir de nuevo, se apaga el mechero, evitando así que empiece a destilar el agua que contiene el vino.

5. Mide con la probeta el volumen de alcohol recogido y anótalo. (El alcohol obtenido es un líquido incoloro como el agua, pero si lo hueles ¡notarás la diferencia!)

CUESTIONES 1

Realiza un dibujo del montaje. Señala en el dibujo por dónde entra el agua fría y por dónde sale el agua caliente.

2

Contesta las siguientes preguntas: a) ¿Para qué se utiliza la destilación? b) ¿En qué se basa? c) ¿Qué es el colector? d) ¿Y el refrigerante?

3

Calcula la concentración (% en volumen) del alcohol (soluto) en vino (disolución). Comprueba el valor obtenido con los grados de alcohol que indica en el tetrabrik o la botella.  FÍSICA Y QUÍMICA 4.o ESO  MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 

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Notas

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