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Prácticas de Laboratorio Física 3er año

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Prácticas de

Laboratorio 3

año

Física

Prácticas de

Laboratorio 3

año

Física

Desde su propio nombre, Conexos -el conjunto de bienes educativos que hemos elaborado para afrontar los nuevos retos de la Educación Media- está comprometido con un mundo de interrelaciones, en el que los saberes no son estáticos ni están encerrados en espacios restringidos, sino que andan en constante movimiento, dispersos en infinitas redes. Estos materiales didácticos apuntan a potenciar los vínculos, activar los contactos, descubrir los enlaces. El aprendizaje significativo, que cultivamos como una de las premisas conceptuales de todos nuestros materiales didácticos, tiene una importancia creciente en esta serie, pues atiende las necesidades de estudiantes que ya han avanzado a otra fase de su educación formal. La necesidad de que las competencias adquiridas sean útiles para la vida es en Conexos una estrategia vital.


El libro Prácticas de Laboratorio Física 3er año de Educación Media es una obra colectiva concebida, diseñada y elaborada por el Departamento Editorial de Editorial Santillana S.A., bajo la dirección pedagógica y editorial del profesor José Manuel Rodríguez R. En la realización de esta obra intervino el siguiente equipo de especialistas:

Edición general adjunta Inés Silva de Legórburu

Coordinación de arte Mireya Silveira M.

Edición general Lisbeth C. Villaparedes de Maza

Diseño de unidad gráfica Mireya Silveira M.

Edición ejecutiva Lisbeth C. Villaparedes de Maza

Coordinación de unidad gráfica María Elena Becerra M.

Edición Evelyn Perozo de Carpio

Diseño de portada Mireya Silveira M.

Textos • César Forero Profesor, mención Física. Universidad Pedagógica Experimental Libertador

Ilustración de la portada Walther Sorg

• Daniel Hernández Licenciado en Educación, mención Matemática. Universidad Central de Venezuela • Evelyn Perozo de Carpio Profesora, mención Matemática. Universidad Pedagógica Experimental Libertador • Gabriel Abellán Poleo Físico Teórico. Universidad Central de Venezuela

Diseño y diagramación general María Elena Becerra M. Documentación gráfica Andrés Velazco Amayra Velón Ilustraciones Fondo Documental Santillana Evelyn Torres

• Lisbeth C. Villaparedes de Maza Profesora, mención Matemática. Universidad Pedagógica Experimental Libertador

Infografías Fondo Documental Santillana Mireya Silveira M.

• Olga Domínguez Licenciada en Matemática. Universidad Central de Venezuela

Fotografías Fondo Documental Santillana Pilar Cabrera

Corrección de estilo Mariví Coello

Retoque y montaje digital Evelyn Torres

Lectura especializada Gabriel Abellán Poleo Físico Teórico. Universidad Central de Venezuela

Prácticas de Laboratorio Física 3 er año © 2013 by Editorial Santillana, S.A. Editado por Editorial Santillana, S.A. Nº de ejemplares: 7 250 Av. Rómulo Gallegos, Edif. Zulia, piso 1. Sector Montecristo, Boleíta. Caracas (1070), Venezuela.Telfs.: 235 3033 / 235 4730 / 235 5878 www.santillana.com.ve Impreso por: Corporación Marca, C.A.

ISBN: 978-980-15-0656-0 Depósito legal: lf63320129003936 Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización previa de los titulares del Copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público.


SOLO PÁGINAS SELECCIONADAS PARA MUESTRA

Prácticas de

Laboratorio 3

año

Física


Estructura del libro Las Prรกcticas de Laboratorio de la serie Conexos se basan en una propuesta pedagรณgica que aproxima el trabajo experimental a las principales etapas formales del proceso de investigaciรณn, a saber: formulaciรณn de hipรณtesis, experimentaciรณn, anรกlisis de resultados, discusiรณn y conclusiones. De esta manera, cada prรกctica conecta los tres momentos habituales de una experiencia pedagรณgica de laboratorio, con los momentos del proceso investigativo.

Prelaboratorio

Laboratorio

Propicia la iniciaciรณn en la actividad, con una Introducciรณn que ofrece informaciรณn textual o grรกfica y preguntas para contextualizar la actividad y activar conocimientos previos.

Presenta el trabajo experimental organizado en actividades descritas de manera metรณdica.

Objetivo

Materiales

Procedimiento

Objetos, sustancias, equipos, organismos y cualquier implemento a utilizar en la actividad.

Descripciรณn, paso a paso, de la actividad a desarrollar.

Logro esperado con el desarrollo de la prรกctica, vinculado con la adquisiciรณn de habilidades cientรญficas, y los contenidos de cada experiencia.

Contenido relacionado

Resultados Hipรณtesis Propuesta para el planteamiento de los supuestos de investigaciรณn que se demostrarรกn con la prรกctica.

2

Instrumentos para el registro de los datos o la informaciรณn obtenida en cada experiencia.

ยฉ EDITORIAL SANTILLANA, S.A.

Presenta el tema o los temas relacionados con la prรกctica a desarrollar.


Postlaboratorio Etapa de cierre de cada práctica, que orienta al análisis y la discusión de los resultados obtenidos, con base en preguntas formuladas para tal fin. Esta sección de las prácticas se organiza de acuerdo al número de experiencias y propone, por cada una, el planteamiento de una conclusión con base en los resultados y en la hipótesis formulada en el Prelaboratorio.

Análisis y discusión Premisa general para el desarrollo del Postlaboratorio, desde la interpretación de los resultados obtenidos y con orientaciones a la formulación de conclusiones.

Materiales y métodos alternativos

© EDITORIAL SANTILLANA, S.A.

Sección innovadora que propone opciones para desarrollar las experiencias con materiales y procedimientos complementarios, de bajo costo, fácil acceso y sencilla realización.

3


Iniciación al trabajo en el laboratorio ..............................

5

Problemas prácticos. Conocimientos básicos ....................................................

8

Práctica 1 Calculando errores .......................................... 10 Práctica 2 Expresión de medidas en cifras significativas .................................... 14 Problemas prácticos. Cinemática, dinámica y estática ...................................... 16 Práctica 3 Determinación del tiempo de reacción ...................................................... 18 Práctica 4 Analizando el M.R.U. ...................................... 20

Práctica 23 Relación entre campo magnético y electricidad ............................................... 80 Práctica 24 Construcción de una pila casera ................. 82 Problemas prácticos. Óptica ............................................ 84 Práctica 25 Observación de los fenómenos de la luz ....................................................... 86 Práctica 26 Comprobación de las leyes de refracción de la luz ....................................................... 88 Práctica 27 Comprobación de la reflexión de la luz ....................................................... 90 Solucionario ................................................................ 94 Fuentes consultadas .................................................. 96

Práctica 5 Analizando el M.R.U.V. ................................... 24 Práctica 6 Identificación del tipo de movimiento de caída libre.......................... 28 Práctica 7 Determinación del coeficiente de fricción estática.......................................... 30 Práctica 8 Estudio experimental del coeficiente de rozamiento ......................... 34 Práctica 9 Determinación de la utilidad de las poleas ................................................... 36 Práctica 10 Comprobación de la segunda ley de Newton ............................................... 38 Problemas prácticos. Calor y temperatura ...................... 42 Práctica 11 Comprobación del principio de conservación de energía mecánica ....................................................... 44 Práctica 12 Determinación del calor específico de un metal ................................................... 48 Práctica 13 Medición de la cantidad de calor transferida a un cuerpo ................... 52 Problemas prácticos. Acústica ......................................... 54 Práctica 14 Comparando sonidos..................................... 56 Práctica 15 Variación de sonidos ..................................... 58 Práctica 16 Calculo experimental de la longitud de onda .................................. 62 Práctica 17 Factores que influyen en la transferencia del sonido ..................... 64 Práctica 18 Producción de efectos sonoros .................... 68 Problemas prácticos. Electricidad y magnetismo ............ 70 Práctica 19 Descripción del comportamiento de cargas eléctricas .................................... 72 Práctica 20 Curvas equipotenciales de un campo eléctrico ................................ 74 Práctica 21 Comprobación de la ley de Ohm ................. 76

4

A propósito del lenguaje de género Según la Real Academia de la Lengua Española y su correspondiente Academia Venezolana de la Lengua, la doble mención de sustantivos en femenino y masculino (por ejemplo: los ciudadanos y las ciudadanas) es un circunloquio innecesario en aquellos casos en los que el empleo del género no marcado sea suficientemente explícito para abarcar a los individuos de uno y otro sexo. Sin embargo, desde hace varios años, en Editorial Santillana hemos realizado un sostenido esfuerzo para incorporar la perspectiva de género y el lenguaje inclusivo, no sexista en nuestros bienes educativos, pues valoramos la importancia de este enfoque en la lucha por la conquista definitiva de la equidad de género. En tal sentido, en nuestros textos procuramos aplicar el lenguaje de género, al tiempo que mantenemos una permanente preocupación por el buen uso, la precisión y la elegancia del idioma, fines en los que estamos seguros de coincidir plenamente con las autoridades académicas.

A propósito de las Tecnologías de la Información y la Comunicación Editorial Santillana incluye en sus materiales referencias y enlaces a sitios web con la intención de propiciar el desarrollo de las competencias digitales de docentes y estudiantes, así como para complementar la experiencia de aprendizaje propuesta. Garantizamos que el contenido de las fuentes en línea sugeridas ha sido debidamente validado durante el proceso de elaboración de nuestros textos. Sin embargo, dado el carácter extremadamente fluido, mutable y dinámico del ámbito de la Internet, es posible que después de la llegada del material a manos de estudiantes y docentes, ocurran en esos sitios web cambios como actualizaciones, adiciones, supresiones o incorporación de publicidad, que alteren el sentido original de la referencia. Esos cambios son responsabilidad exclusiva de las instituciones o particulares que tienen a su cargo los referidos sitios, y quedan completamente fuera del control de la editorial. Por ello, recomendamos que nuestros libros, guías y Libromedias sean previa y debidamente revisados por docentes, padres, madres y representantes, en una labor de acompañamiento en la validación de contenidos de calidad y aptos para el nivel de los y las estudiantes.

© EDITORIAL SANTILLANA, S.A.

na

Índice

Práctica 22 Comportamiento del efecto Joule .............. 78


INICIACIÓN AL TRABAJO EN EL LABORATORIO

Contenido de un informe experimental Un informe experimental debe incluir lo siguiente: Objetivo

Para elaborar una introducción al informe es conveniente comenzarlo con un texto corto que aclare la teoría necesaria para entender el trabajo práctico que sigue. En esta introducción también se deben mencionar, en caso de que existan, otras experiencias que ya se hayan realizado previas a la actual que motivaron su ejecución.

1

Trata del planteamiento que se quiere comprobar o demostrar, es decir, la hipótesis sobre la cual se quiere trabajar para llegar a algún tipo de conclusión (a veces, la conclusión puede ser que no se comprueba la hipótesis).

2

Marco teórico

Materiales y procedimiento experimental

Consiste en una revisión de los conceptos teóricos más resaltantes relacionados con la práctica de laboratorio, que sirven de base para generar la experiencia referente al tema de estudio.

Se elabora un listado detallado de los distintos materiales utilizados, incluso materiales alternativos que puedan o no sustituir los materiales principales. Esto incluye: aparatos mecánicos y eléctricos, materiales con diversas superficies, entre otros. Luego se enumeran todos los pasos que se siguieron para realizar la actividad, sin descuidar ningún detalle: materiales, tiempos, operaciones, condiciones, entre otros.

Resultados

3

4 55

60

50

5

10 15

45 40

Tiempo 5 min. 10 min. 15 min. 20 min.

20 35

30

5

Descrip ción de los dato s

25

Tempe

Gráfico

70 60

45ºC

30 10 0

11ºC 20ºC 5 min.

B

10 min.

Tiempo

C

15 min.

20 min.

6

l

l l l l l l l l

© EDITORIAL SANTILLANA, S.A.

7

l l l l l l l

Existen varias formas de presentar los resultados obtenidos en la actividad: recopilación y descripción de los mismos, cuadros o tablas que organicen los datos numéricos o cualitativos y figuras o gráficos de los datos numéricos.

Discusión de los resultados

Temper

20

ratura 11ºC 20ºC 45ºC 70ºC

70ºC

50 40

A

Cuadro

atura

Introducción

8

En esta sección se debe realizar un análisis cuidadoso de los datos obtenidos, en el que se razone el porqué de los resultados. Aquí también se puede incluir parte de la discusión oral o acerca del análisis de los datos resultados realizado en el laboratorio.

Conclusiones

En esta sección se escriben los puntos más importantes que se pueden extraer de la discusión de los resultados. En ella se debe hacer referencia a los objetivos señalados e indicar si la hipótesis planteada se verifica parcial o totalmente. Si la verificación es parcial dar ideas sobre el porqué ocurre esto.

Referencias bibliográficas

Lista de libros, revistas, páginas web y trabajos previos que se consultaron durante la realización del informe.

5


INICIACIÓN AL TRABAJO EN EL LABORATORIO

El laboratorio de Física: instrumentos y normas de seguridad Soporte universal: herramienta para sostener objetos.

Dinamómetro: instrumento para medir fuerza o el peso de un objeto.

Osciloscopio: instrumento de medición electrónico que puede representar gráficamente en una pantalla la variación de voltajes (eje Y ) en el tiempo (eje X). Los modelos más modernos presentan múltiples funciones siendo muy útiles en los laboratorios de electrónica.

Pinza de metal: pieza utilizada para sujetar objetos.

Poleas: Una polea es un dispositivo mecánico de tracción para mover un objeto usando una potencia.

Porta pesas: gancho para levantar varias pesas. Polea sencilla

Polea doble

Doble nuez: pieza de metal que se usa para sujetar pinzas en un soporte universal.

Polea triple

Pesas Potenciómetro: sirve para controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

Goniómetro: instrumento graduado en 180° o 360° que sirve para medir ángulos.

Amperímetro: instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

Voltímetro: instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

Pila o batería: fuente de poder en un circuito eléctrico.

Electroscopio: instrumento que se utiliza para determinar si un cuerpo está electrizado y el signo de su carga.

Dispositivos de resistencia eléctrica: se usan para generar resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones que se desplazan a través de un conductor.

Imán

Instrumentos de medición

Instrumentos de protección

0 0

60

N 5 10

30

25

20

O

E

15

S

0

1

55

40 35

2

3

4

45

50

Regla graduada Ayuda a medir distancias pequeñas en centímetros y milímetros.

6

Tornillo micrométrico Sirve para medir distancias del orden de milésimas de milímetro (106 m). Este instrumento realiza mediciones de gran precisión.

Cronómetro Ayuda a medir intervalos de tiempos exactos.

Brújula Ayuda a identificar los puntos cardinales.

Permite mantener a la persona que los usa a salvo de cualquier incidente.

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5

6

7

8

9

10

Instrumentos de uso común en las prácticas de laboratorio de Física


Balanza: equipo que se usa para medir masa de cuerpos y materiales.

Cilindro graduado: recipiente de vidrio para medir volúmenes líquidos.

Balanza mecánica

2

3

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6

5

4

0

1 000

500

0

1

Rejilla metálica con centro de amianto: soporte de metal concentrado de amianto utilizado para apoyar recipientes al calentarlos sobre un mechero.

7

Trípode: base de metal que se usa para apoyar recipientes que van a ser colocados sobre el mechero.

Mechero de bunsen: instrumento para generar fuego a base de combustible utilizado para calentar objetos.

Puntero láser

Termómetro:: instrumento de vidrio para medir la temperatura del ambiente, cuerpos y materiales.

Crisol de porcelana para calentar líquidos: recipiente de porcelana resistente al calor para calentar líquidos.

Calorímetro: sirve para Calorímetro determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

Espejo Linterna

Portaobjetos de vidrio: fina placa de cristal sobre el cual se disponen objetos para su examen microscópico.

Instrumentos alternativos

© EDITORIAL SANTILLANA, S.A.

Herramientas manuales

Pinzas de corte

Herramientas para sujetar

Lámina de vidrio

Destornilladores

Tijeras

Alicate

Superficies de trabajo

Ladrillos y bloques Cuerda, cinta adhesiva y pega

Madera

7


práCtiCA 2

Expresión de medidas en cifras significativas obJetivo

prelAborAtorio

Utilizar correctamente el redondeo y la aplicación de las cifras significativas.

Introducción La medida de una magnitud se expresa mediante sus cifras significativas, es decir, a través de las cifras correctas o seguras y la primera cifra incierta como producto de la medición. Al medir una magnitud, por ejemplo, la masa de un objeto en una balanza con apreciación 0,001 gramos se puede obtener que la masa es de 2,456 ± 0,001 g, donde la notación ± expresa el error o incertidumbre de la medida tomada. Esto quiere decir que por lo menos el último digito en la medición 2,456 g puede no ser exacto. Como el último digito de la medición siempre es incierto, el valor verdadero es en realidad un concepto teórico, pues este valor nunca se conoce con certeza. Por otro lado, algunas magnitudes, como el área o el volumen se obtienen de cálculos matemáticos cuyos resultados pueden ser cifras decimales f initas o inf initas. Para que ese resultado tenga algún sentido y brinde información se utilizan las cifras signif icativas del número.

Contenido relACionAdo

Teoría de errores 1

Responde: ¿cuánto mide la distancia señalada en la siguiente imagen? 0

10 0

1

2

20 3

4

5

6

7

30 8

9

10

40

cm

0.1 mm

?

2

Indica la apreciación de la balanza electrónica. Menciona las cifras seguras y la primera cifra incierta de la medida que marca. Apreciación: __________________________________________________ Cifras seguras: _________________________________________________ Cifra incierta: __________________________________________________

3

Formula una hipótesis que permita responder a esta pregunta: ¿por qué es importante el uso de cifras signif icativas y el redondeo en las mediciones?

___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

14

expresión de medidas en Cifras signifiCativas

© editorial santillana, s.a.

Hipótesis


Materiales y métodos alternativos Pueden repetir la experiencia utilizando un cronómetro, una cinta métrica y un carrito a control remoto. Midan la distancia que recorre y el tiempo en el cual d lo hace. Con esos datos calculen su velocidad con la fórmula v 5 t .

Laboratorio Experiencia

Ag co ma

Cifras significativas

Material

• Caja de zapato

• Regla graduada en milímetros

Procedimiento 1 Determinen la apreciación de la regla utilizando la fórmula:

A5

2

Lectura mayor – Lectura menor Numero de divisiones

Midan, en centímetros, el ancho, el largo y el alto de la caja de zapatos.

Resultados Registren los resultados en la tabla. Calculen el área de la base de la caja de zapatos y su volumen. Objeto

Largo (cm)

Ancho (cm)

Profundidad (cm)

Área de la base * (A 5 b h)

Volumen * (V 5 Ab h)

Caja de zapato

Análisis y discusión

Postlaboratorio

Expliquen los resultados y planteen conclusiones que permitan validar la hipótesis propuesta, en caso de que hayan podido demostrarla.

• ¿Qué expresa la apreciación de un instrumento? ___________________________________ __________________________________________________________________________ • ¿Cuáles son las cifras inciertas en cada medición? Justifica tu respuesta. __________________ __________________________________________________________________________ • ¿Cuántas cifras se obtienen como resultado al calcular el área? ¿Cuáles de esas cifras se utilizaron para expresar la medida? ¿Por qué esas? __________________________________ __________________________________________________________________________ • ¿ Qué importancia tiene el uso de las cifras significativas en la medición de una magnitud? © editorial santillana, S.A.

__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Conclusión: _________________________________________________________________

__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Expresión de medidas en cifras significativas

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ProbleMAs Prácticos

cineMáticA, dináMicA y estáticA

coMPrensión 1

2

Lee y responde: Gabriel caminó dos cuadras hacia el norte, tres cuadras al este y dos cuadras al sur. a) Graf ica el recorrido sobre una cuadrícula similar a la de la derecha suponiendo que Gabriel partió del punto (100, 100) y que cada cuadro representa una cuadra. b) ¿Cuál fue la distancia total recorrida? c) ¿Cuál fue el desplazamiento que hizo Gabriel? Responde usando la información aportada en los gráf icos correspondientes. a) ¿Cuál es la magnitud correspondiente al eje horizontal en el gráf ico A? b) ¿Cuál es la magnitud correspondiente al eje vertical en el gráf ico A? c) ¿Cuál es la distancia recorrida a los 5 s en el gráf ico A? d) ¿Qué determina la pendiente de la recta graficada en A? e) ¿Cuál es la distancia total recorrida a los 9 s en el gráf ico A? f ) ¿Qué tipo de movimiento representa el gráf ico B? g) ¿Cuál es la magnitud representada en el eje vertical del gráf ico B? h) ¿Qué se interpreta en la gráf ica B entre los 3 s y los 6 s? i) ¿Qué determina el área bajo la curva graf icada en B?

700 600 500 400 300 200 100 0

100 200 300 400 500 600 700 800

Gráfico A d (m) 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4

5

6

7

8

t (s)

Gráfico B v (m/s) 21 18 15 11 9 6 3 1

2

3

4

5

6

7

8

t (s)

3

16

Analiza y responde: a) ¿Qué quiere decir que un móvil se desplace a 30 km/h? b) A 30 km/h, ¿qué distancia ha recorrido un móvil al cabo de 25 min? c) ¿Cuánto tiempo necesita una partícula que va a una velocidad de 60 km/h para recorrer 1 230 km? d) ¿A qué velocidad se desplaza un cuerpo que ha recorrido 120 km en 4 h? e) Un móvil recorre 180 m en 30 s. ¿A qué velocidad se desplaza? ¿En qué tiempo recorrerá 200 m? ¿Qué distancia habrá recorrido al cabo de 150 s? cinemÁtica, DinÁmica Y eStÁtica

© editorial santillana, s.a.

Análisis y APlicAción


4

5

Resuelve cada problema: a) Un ciclista se desplaza a 25 km/h. Si para la parte final de una carrera el ciclista quiere alcanzar 30 km/h en 2 s, ¿qué aceleración debe aplicar? b) Un ascensor que está a 22 m de altura baja con una velocidad constante de 3 m/s. De pronto se rompe la guaya que lo sostiene y comienza a bajar con una aceleración de 9,8 m/s2. ¿Cuánto tarda el ascensor en llegar al suelo? c) Un joven ve pasar una pelota en sentido vertical hacia abajo frente a la ventana de su casa que tiene una altura de 2 m. La pelota demora 0,40 s en cruzar la ventana. ¿Cuál es la velocidad de la pelota al iniciar el cruce por la ventana? ¿Desde qué altura, respecto a la base de la ventana, se dejó caer la pelota? ¿Cuál es la velocidad de la pelota al cruzar la ventana? Si luego se demora 1,5 s más en llegar al suelo, ¿a qué altura está la base de la ventana desde el suelo? Descubre qué hay dentro de cada caja sabiendo que la gravedad en la Luna es 1,6 m/s2 y que la masa de Jorge es de 49 kg.

87,84 N

Luis

96,64 N

Luis

Opciones: A

Sa

Es

LA TE C

164,8 N

Luis

Jorge

C

Roca caliza de masa 2,3 kg

Roca basalto de masa 6,4 kg B

El co

D

Roca KREEP de masa 6,5 kg

Cuarzo de 0,9 kg

oPinión y sÍntesis

© editorial santillana, s.a.

6

Lee el planteamiento y responde: Dentro del motor de un automóvil, existen diversas piezas. Entre ellas están los pistones que ejercen una presión sobre el cigüeñal haciéndolo girar debido al torque generado. Mientras más grande sea el torque el motor deberá hacer menos esfuerzo para recuperar velocidad y por ende se economizaría combustible. a) Entre una moto, una camioneta y un camión de carga, ¿cuál debe tener mayor torque? ¿Por qué? b) ¿Qué opinas del alto consumo de combustible por los automóviles?

Pistones

Cigüeñal cinemÁtica, DinÁmica Y eStÁtica

17


Práctica 7

Determinación del coeficiente de fricción estática obJetivo

PreLaboratorio

Determinar el coeficiente de fricción estático de diferentes superficies de contacto.

Introducción Cuando se intenta mover una caja o halar un objeto pesado que esta sobre una superf icie, es necesario ejercer una fuerza de cierta magnitud y dirección, pues existe otra fuerza inicial que impide ese movimiento. Cuando un cuerpo se desliza sobre una superf icie, el objeto y la superf icie ejercen mutuamente una fuerza de rozamiento o fricción ( f ) que actúan en sentidos opuestos. La fuerza de fricción estática ( f s ) actúa entre dos superf icies en reposo impidiendo el inicio del movimiento del cuerpo y está determinada por el coeficiente de fricción estático (μs). Este es un valor numérico que relaciona las magnitudes de dos fuerzas y que depende del material de las superficies involucradas. Es decir, el coef iciente varía según las características de la superf icie del objeto y las de aquella sobre la cual se encuentra.

contenido reLacionado

Primera y segunda ley de Newton 1

Imagina que colocas un taco de madera sobre superficies inclinadas con cada una de las texturas mostradas. Enumera del 1 al 5 las superficies de acuerdo a la fricción que se produzca. Asigna 1 a la textura con la que se produzca menor fricción y 5 a aquella con la que se produzca mayor fricción.

Vidrio

2

Madera

Caucho

Hielo

Concreto

Completa cada frase. • Si un cuerpo se desliza hacia la izquierda sobre una superficie, la fuerza de fricción apunta hacia _____________________________________________________________________. • Si un cuerpo asciende sobre un plano inclinado, la fuerza de fricción apunta hacia _________ __________________________________________________________________________.

3

Escribe una hipótesis que responda esta pregunta: ¿qué relación existe entre el material de las superficies en contacto y el valor del coeficiente de rozamiento?

___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

30

Determinación Del coeficiente De fricción estática

© editorial santillana, s.a.

Hipótesis


Laboratorio Experiencia 1

Coeficiente de fricción del vidrio

Materiales

• Dinamómetro con apreciación de 0,1 N • Trozo de cuerda • Bloque de madera de caras rectangulares • Superf icie de vidrio sobre uniformes pero de distintas dimensiones la cual deslizar el bloque • Trozo de papel de lija del tamaño • Balanza de una cara del bloque

Procedimiento Parte A

Cubran con papel de lija una de las caras del bloque. * 2 Determinen el peso del bloque en Newtons. Recuerden que P 5 m g. 3 Apoyen el bloque en la superficie de vidrio sobre una de las caras que no están cubiertas con el papel de lija. 4 Aten el dinamómetro al bloque y, manteniendo una dirección horizontal, hálenlo con una fuerza tan baja que el bloque no se mueva. 5 Aumenten poco a poco la fuerza, de manera que el bloque empiece a moverse. 6 Midan dos veces más la fuerza que se necesita para que el objeto empiece a moverse. 1

Resultados Registren las medidas en la tabla: 1ª medida

2ª medida

3ª medida

F (promedio de las medidas)

Sobre una cara del bloque sin lija

© editorial santillana, S.A.

Parte B 1 Apoyen el bloque sobre otra de las caras sin lija. El área de esta cara debe ser diferente de la considerada en la parte A. 2 Repitan los pasos de la parte A. Resultados Registren las medidas en la tabla: 1ª medida

2ª medida

3ª medida

F (promedio de las medidas)

Sobre una cara sin lija y de distinta área Determinación del coeficiente de fricción estática

31


Materiales y métodos alternativos Puede sustituirse el bloque de madera utilizado en ambas experiencias por un bloque o cualquier otro objeto de otro material que se apoye perfectamente sobre la superficie.

Parte C 1 Apoyen el bloque sobre la cara que está cubierta de lija. 2 Repitan los pasos de la parte A. Resultados Registren las medidas en la tabla: 1ª medida

2ª medida

3ª medida

F (promedio de las medidas)

Sobre la cara con lija

Parte D La fuerza empleada para iniciar el movimiento es la fuerza de fricción máxima. Teniendo en cuanta esto, y en función de los datos obtenidos, calculen el coeficiente de rozamiento estático μs despejándolo de la fórmula fs 5 μsFN . Resultados Realicen los cálculos y completen la tabla:

-

Normal FN Peso del bloque Fuerza de rozamiento fs (newton). P = m * g (newton). FN = P (newton). fs = μs FN

a

μs

Sobre una cara del bloque sin lija Sobre una cara sin lija y de distinta área Sobre la cara con lija

Coeficiente de fricción de otros materiales

Materiales • Bloque de madera con el trozo de lija utilizado en la experiencia 1 • Dinamómetro • Trozo de cuerda

• 3 superf icies para deslizar el bloque. Pueden ser goma, tela, cerámica, hielo, caucho o concreto, entre otras. • Balanza

Procedimiento Repitan la experiencia 1 con cada una de las superficies que seleccionaron. Resultados Anoten los resultados en sus cuadernos. 32

Determinación del coeficiente de fricción estática

© editorial santillana, S.A.

Experiencia 2


Análisis y discusión

Postlaboratorio

Expliquen los resultados y planteen conclusiones que permitan validar la hipótesis propuesta, en caso de que hayan podido demostrarla.

Experiencia 1 • ¿En qué caso es mayor la fuerza de fricción? ¿Con la lija o sin la lija? ¿Por qué? ___________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ • ¿Hubo variación en las medidas cuando posaron el bloque sobre dos caras de áreas distintas? _________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ • ¿La fuerza de fricción depende del área apoyada sobre el vidrio? ¿Por qué? _______________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Conclusión: _________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

Experiencia 2 • ¿Con qué superf icies fue mayor la fuerza de fricción? ________________________________ __________________________________________________________________________ • ¿Qué características tienen los materiales donde hubo menor fricción? __________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ • ¿Qué características tienen los materiales donde hubo mayor fricción? __________________ __________________________________________________________________________ • ¿De qué depende la variación de la fuerza de fricción? _______________________________ __________________________________________________________________________ • ¿Qué tipo de calzado usarías en un día lluvioso, considerando que el piso puede estar resbalozo? ¿Por qué? __________________________________________________________ __________________________________________________________________________ © editorial santillana, S.A.

• ¿Qué se puede decir en relación con la hipótesis planteada?___________________________ ________________________________________________________________________ Conclusión: ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Determinación del coeficiente de fricción estática

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práCtiCA 14

Comparando sonidos obJetiVo

prelAborAtorio

Observar los cambios del sonido bajo diversas condiciones.

Introducción En el ambiente constantemente se ecuchan diversos sonidos; algunos agradables y otros no. Todo depende de su intensidad, su timbre y su altura. Si una bicicleta pasa por el lado de una persona, el sonido que esta produce será casi imperceptible, pero si por el contrario pasa una moto de carrera, el sonido que se percibe del motor será estruendoso. Quiere decir, que las intensidades de ambos sonidos son distintas.

Contenido relACionAdo

Comportamiento del sonido 1

Por otro lado, es posible reconocer a una persona por su timbre de voz sin haberla visto, lo que significa que existen millones de voces distintas. Sin embargo es posible conseguir dos personas con voces sumamente parecidas, como es el caso de las voces de algunos hermanos, padres e hijos o madres e hijas.

Marca una X la percepción que tienes de cada sonido según tu experiencia. Sonido

Es agradable

No me incomoda

Me aturde

No lo percibo

Ladrido de un perro muy pequeño La voz de un locutor de radio Un pito de piñata Un avión volando bajo Una guitarra acústica Una flauta dulce La explosión de una bomba de fiesta 2

Observa la imagen y responde las preguntas. a) ¿Qué diferencias tienen entre sí los dientes del peine? b) Si pasas una uña desde un extremo al otro del peine por el borde de los dientes, ¿en qué parte se escuchará un sonido más agudo? Justifica tu respuesta. __________________________________________________________________________ Escribe una hipótesis para relacionar las características físicas de un objeto con el sonido que este produce.

Hipótesis

___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

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compArAndo sonidos

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Laboratorio Experiencia

Dos factores que afectan el sonido

Materiales

• 2 reglas de plástico semejantes • 2 reglas de metal semejantes • 2 reglas de madera semejantes • Libro Procedimiento 1 Coloquen dos reglas del mismo material al borde de una mesa sujetadas con la ayuda de un libro como se ve en la imagen. La longitud fuera de la mesa debe ser aproximadamente la misma. 2 Pulsen ambas reglas para hacerlas sonar. 3 Coloquen una de ellas más hacia adentro del libro, de modo que el espacio sobresaliente sea menor. Describan lo que ocurre con la nota producida. 4 Repitan el experimento anterior variando los materiales de las reglas y la longitud del sector que sobresale de ellas fuera de la mesa. Tomen nota de sus observaciones.

Su co las bo

Resultados Describan las diferencias observadas en cuanto al sonido que se produce al cambiar el material de las reglas y al variar la longitud.

__________________________________________________________ __________________________________________________________

Análisis y discusión

Postlaboratorio

Expliquen los resultados y planteen conclusiones que permitan validar la hipótesis propuesta, en caso de que hayan podido demostrarla.

• ¿En qué forma afecta el largo de las reglas al sonido que se produce? ___________________ __________________________________________________________________________ • ¿Cómo afecta el material de las reglas al sonido que se produce? _______________________ __________________________________________________________________________

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• ¿Por qué crees que se produce un sonido al pulsar las reglas? __________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Conclusión: _________________________________________________________________

__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Comparando sonidos

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Práctica 15

Variación de sonidos obJetivo

PreLaboratorio

Relacionar las variaciones de forma y tamaño en los instrumentos musicales con el sonido que producen.

Introducción En un concierto sinfónico ofrecido por una orquesta, es posible ver un grupo de personas acopladas interpretando maravillosas obras con el uso de una gran gama de instrumentos, elaborados de distintos materiales, con distintas formas y tamaños. Es justamente esta diversidad de formas, tamaños y materiales la que es capaz de darle distintos matices y sonoridades a las piezas musicales para lograr transmitir sensaciones distintas a los espectadores. Por ejemplo en una famosa pieza musical llamada El carnaval de los animales, emplean el sonido de los instrumentos para representar distintos animales según su sonoridad, por ejemplo usan contrabajos para representar a los elefantes y f lautas para el vuelo de las aves.

contenido reLacionado

Comportamiento del sonido 1

Relaciona cada instrumento musical con una única frase.

Trombón

us en Es el mas agudo.

2

Tuba

Es menos grave que la tuba.

Piccolo

Es más grave que el clarinete.

Saxofón

Es más grave que el piccolo.

Clarinete

Es el más grave.

Trompeta

Es menos grave que el trombón.

Escribe una hipótesis que permita explicar qué características físicas del instrumento o del ambiente afectan las cualidades del sonido.

___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

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Variación de sonidos

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Hipótesis


Co

Materiales y métodos alternativos

Laboratorio

Se puede sustituir la computadora por un CD con la compilación de sonidos y un equipo de sonido. Las imágenes pueden estar impresas en cartulina.

Experiencia 1

Comparación de instrumentos

Materiales

• Banco de sonidos de tambores • Computadora con audio de distintos tamaños y formas • Video beam • Banco de imágenes de los objetos • Banco de sonidos de f lautín, trombón, de ambos bancos de sonidos clarinete contrabajo, clarinete soprano, oboe, pito de f iesta, pito para entrenamiento de perros y tuba Procedimiento 1 Estando en completo silencio, reproduzcan uno a uno el audio de los diversos instrumentos, haciendo pausas entre uno y otro. Discutan y describan cómo son los sonidos escuchados, en función a la gravedad del tono o la intensidad de los sonidos. 2 Reproduzcan una segunda vez el audio de los distintos instrumentos pero esta vez acompáñenlos con su respectiva imagen. Hagan anotaciones de lo observado. 3 Repitan el experimento ahora con los instrumentos de percución, es decir, los tambores. Describan lo escuchado. Resultado 1 Completen la tabla.

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Instrumento

Tamaño (grande, Timbre (agudo, mediano, pequeño) grave, intermedio)

Intensidad (alta, media, baja)

Material

2 Describan las diferencias y similitudes halladas entre los distintos tambores escuchados. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Variación de sonidos

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Materiales y métodos alternativos Pueden cambiar el método empleando sonidos grabados de las voces de niños, niñas, mujeres y hombres, en lugar de escucharlos en vivo.

Experiencia 2

Las cuerdas vocales como instrumento

Materiales Voces de voluntarios de distintas edades y sexo: un niño y una niña (menores de 10 años), 3 mujeres y 3 hombres de aproximadamente 30 años. Procedimiento 1 Pídanles al niño voluntario y a la niña voluntaria que hablen normalmente. Luego solicítenles que griten. Anoten lo que notan en las voces de cada uno. 2 Repitan la experiencia anterior pero con las personas adultas. Tomen nota de las características de las voces distinguidas. Resultados Detallen lo que observan en la experiencia. Hagan una representación gráfica que permita identificar visualmente los resultados.

________________________________ ________________________________ ________________________________

Materiales • Pitillo

Longitud y sonido • Tijera

Procedimiento 1 Aplasten muy bien y cuidadosamente uno de los extremos de un pitillo y recórtenlo en forma redondeada como, indica la imagen. 2 Ensayen varias veces soplar el pitillo por el extremo aplanado hasta que logren producir un sonido. 3 Produzcan un sonido constante soplando el pitillo de ese modo y al mismo tiempo, sin dejar de soplar, corten aproximadamente un centímetro al final del pitillo. Anoten lo que sucede con el sonido. 4 Repitan nuevamente el paso anterior, cortando esta vez 2 cm aproximadamente. Tomen nota de lo que detecten. Resultados Escriban lo que observan al cambio de longitud del pitillo. ___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

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Variación de sonidos

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Experiencia 3


Postlaboratorio

Análisis y discusión Expliquen los resultados y planteen conclusiones que permitan validar la hipótesis propuesta, en caso de que hayan podido demostrarla.

Experiencia 1 • ¿Qué cualidades tiene el sonido? ________________________________________________ ___________________________________________________________________________ • ¿ Qué característica de los instrumentos alteran las cualidades del sonido? _________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ • ¿En qué forma afecta el tamaño de los instrumentos al sonido que producen? _____________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Conclusión: __________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

Experiencia 2 • ¿Qué cualidades del sonido variaron en el experimento? ¿Por qué? _____________________ ___________________________________________________________________________ • ¿Qué relación tiene la voz de una persona con su tamaño? ¿Y con su edad? ______________ ___________________________________________________________________________ Conclusión: __________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

Experiencia 3 • ¿En qué forma afecta la variación en el largo de los pitillos al sonido que producen? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ • ¿ Por qué fue necesario aplanar el extremo del pitillo por el que se iba a soplar? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

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• ¿Qué instrumentos crees que funcionen con este principio? Justifica tu respuesta. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Conclusión: __________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Variación de sonidos

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Prácticas de Laboratorio Física 3er año

7 591524 014770

Prácticas de

Laboratorio 3

año

Física

Prácticas de

Laboratorio 3

año

Física

Desde su propio nombre, Conexos -el conjunto de bienes educativos que hemos elaborado para afrontar los nuevos retos de la Educación Media- está comprometido con un mundo de interrelaciones, en el que los saberes no son estáticos ni están encerrados en espacios restringidos, sino que andan en constante movimiento, dispersos en infinitas redes. Estos materiales didácticos apuntan a potenciar los vínculos, activar los contactos, descubrir los enlaces. El aprendizaje significativo, que cultivamos como una de las premisas conceptuales de todos nuestros materiales didácticos, tiene una importancia creciente en esta serie, pues atiende las necesidades de estudiantes que ya han avanzado a otra fase de su educación formal. La necesidad de que las competencias adquiridas sean útiles para la vida es en Conexos una estrategia vital.


Prácticas de Laboratorio de Física 3er año - Conexos