3 FISICA I

FSICA I Cuadernillo de actividades de aprendizaje

ASIGNATURACuadernillo de Actividades de Aprendizaje

Secretara de Educacin Pblica. Mxico, junio de 2010. Subsecretara de Educacin Media Superior. Direccin General del Bachillerato DCA, DSA

ISBN: En trmite Derechos Reservados

Derechos Reservados Nmero de registro en trmite

2010 Secretara de Educacin Pblica/Direccin General del BachilleratoJos Mara Rico 221 Col. del Valle 03100 Delegacin Benito Jurez

ISBN en trmite

Cuadernillo de actividades de aprendizaje / Fsica I

Dentro del marco de la Reforma Educativa en la Educacin Bsica y Media Superior, La Direccin General del Bachillerato incorpor en su plan de estudios los principios bsicos de la Reforma Integral de la Educacin Media Superior (RIEMS), cuyos propsitos son consolidar la identidad de este nivel educativo en todas sus modalidades y subsistemas que permitan, adems, una educacin pertinente para el alumnado que posibiliten que establezcan una relacin entre la escuela y su entorno, acorde con los contextos social, histrico, cultural y globalizado que actualmente vivimos.

A travs de nuestros sentidos percibimos cambios en el mundo que nos rodea; muchos de esos cambios son estudiados por la fsica, que busca explicarlos y predecirlos. Dentro de ellos podemos agrupar los relacionados con el movimiento, el calor, la luz, el sonido, la electricidad, el magnetismo y las propiedades de la materia.

Tambin muchos de los aparatos que estamos acostumbrados a ver y usar son resultado de la aplicacin de la fsica, como la lmpara, el interruptor, la radio, la licuadora, el auto, etc. Adems, si queremos explicar algunas actividades cotidianas como sentarnos o correr, necesitamos el auxilio de la fsica la fsica est en todas partes!

Si tratamos de explicar los cambios que ocurren en la naturaleza, podemos considerar que la fsica es tan antigua como la propia humanidad. Sin embargo durante siglos los conocimientos de fsica se movieron bsicamente dentro del terreno de la especulacin, llegando a conclusiones que poco o nada tenan de cientficas. En efecto, la fsica, entendida como el conjunto organizado de teoras, leyes y mtodos que hoy se conocen y que vamos a estudiar, puede considerarse como una ciencia relativamente moderna, cuyo nacimiento se ubica en el siglo XVI.

El inters por la fsica no se apoya nicamente en la bsqueda de respuestas a los cambios que ocurren en la naturaleza, sino en otras necesidades prcticas que han hecho ms cmoda nuestra existencia. En efecto, desde el comienzo de su historia, el ser humano comprendi que si era capaz de desentraar el origen de los fenmenos naturales en que viva inmerso, podra manejarlos para su beneficio.

A lo largo de su historia, la fsica ha proporcionado al hombre un conocimiento cada vez mayor del mundo que le rodea y una tecnologa que hace que su vida sea cada vez ms segura y cmoda pero Qu es la fsica?

La fsica es una ciencia natural cuyo propsito consiste en la formulacin de leyes y teoras que predicen y explican el comportamiento y la relacin entre la materia y la energa. Tambin estudia las distintas formas de energa y sus transformaciones, es una ciencia natural dedicada a la comprensin de algunos fenmenos naturales que ocurren en nuestro universo, basada en observaciones experimentales y mediciones.

Se trata de una actividad que se ha desarrollado con el trabajo de muchas personas de diferentes pases y pocas. Es una ciencia que ha contribuido al desarrollo tecnolgico y a la evolucin de otras ciencias.

Para facilitar su manejo, todos los Cuadernillos de Actividades de Aprendiza je estn estructurados a partir de cuatro secciones en cada bloque de aprendizaje:

Qu voy a aprender? Se describe el nombre y nmero de bloque, las unidades de competencia a desarrollar, as como una breve explicacin acerca de lo que aprenders en cada bloque.

Desarrollando competencias. En esta seccin se presentan las actividades de aprendizaje para desarrollar las competencias sealadas en el programa de estudios, para lo cual es necesario tu compromiso y esfuerzo constantes por aprender, ya que se implementan actividades que tendrs que ir realizando a lo largo del curso: en forma individual, en binas o parejas, en equipos o en forma grupal. Dichas actividades van enfocadas a despertar en ti el inters por investigar en diferentes fuentes, para que desarrolles habilidades y destrezas que pro picien tu aprendizaje.

Qu he aprendido? En esta seccin te presentamos actividades de consolidacin o integracin del bloque que te permitirn verificar cul es el nivel de desarrollo de las competencias que posees en cada bloque de aprendizaje.

PRESENTACIN

A lo largo del Cuadernillo podrs encontrar sealadas, a travs de vietas, estrategias de organizacin del trabajo o de evaluacin como los siguientes:

Quiero aprender ms. En esta seccin la consulta de diversas fuentes de informacin actualizadas, que son importantes para complementar y consolidar lo aprendido. Es por ello que encontrars varias sugerencias de estos materiales, los cuales sern el medio a travs del cual podrs investigar y descubrir otros asuntos y tpicos por aprender.

Como podrs darte cuenta, acabamos de presentarte un panorama general de la asig natura y las caractersticas de los Cuadernillos de Actividades de Aprendizaje. Ahora slo falta que t ini cies el estudio formal de Fsica I, para lo cual te deseamos:

MUCHO XITO

Trabajo en pareja

Trabajo en equipo

Trabajo en grupo

Coevaluacin

Autoevaluacin

Potafolios de evidencia

Ideas 0 sugerencias


Bloque IRelaciona el conocimiento cientfico y las magnitudes fsicas

como herramientas bsicas para entender los fenmenos naturales.

Bloque IIIdentifica las diferencias entre los distintos tipos de movimientos.

Bloque IIIComprende la utilidad prctica de las Leyes del Movimiento

de Isaac Newton.

Bloque IVRelaciona el trabajo con la energa.

NDICE

6

22

41

52

6El hombre siempre ha sentido curiosidad por el mundo que le rodea y ha buscado el modo de imponer orden en ante la diversidad de los fenmenos naturales. El estudio de la fsica se desarroll agrupando fenmenos relacionados con el sentido con que se percibieron. As surgieron las diferentes reas de la fsica que se agrupan bajo el nombre de Fsica Clsica.

Por otra parte, el vertiginoso desarrollo de la fsica en este siglo provoc el surgimiento de nuevas reas, como la fsica nuclear, la fsica del estado slido, la fsica relativista, la fsica atmica, etc. Todas ellas agrupadas bajo el nombre de fsica moderna.

Es importante hacer notar que estas reas o ramas de la fsica estn relacionadas entre si mediante un pequeo nmero de leyes y teoras. De manera que, con la participacin de todas sus reas, la fsica nos permite adquirir una comprensin ms completa de la naturaleza.

Por lo anterior en este Bloque I empezaremos desde identificar el mtodo que han utilizado muchos investigadores para realizar grandes descubrimientos, pasando por reconocer las unidades con las que se trabaja en fsica y su relacin con los sistemas de medicin, y terminando con un concepto muy importante para la fsica, los vectores.

RELACIONA EL CONOCIMIENTO CIENTFICO Y LAS MAGNITUDES FSICAS COMO HERRAMIENTAS BSICAS PARA ENTENDERLOS FENMENOS NATURALES.

Qu voy a aprender?

BLOQUE I

UNIDAD DE COMPETENCIA

Utiliza los mtodos necesarios, as como las magnitudes fundamentales, derivadas, escalares y vectoriales que le permitan

comprender, conceptos, teoras y leyes de la Fsica, para explicar los fenmenos fsicos que ocurren a nuestro alrededor.


7

La Fsica es una ciencia dinmica y actual. En virtud de ello ha logrado cosechar avances extraordinarios, que se han traducido en aplicaciones tecnolgicas de gran utilidad para la vida de la especie humana. Por ello, estudiar Fsica es una oportunidad maravillosa de asomarnos al funcionamiento de la naturaleza, para entenderla lo mejor posible y, a partir de ese entendimiento, ayudarle a que siga funcionando para conservar la vida de todas las especies que habitamos el planeta azul.

MTODO CIENTFICO

La elaboracin de leyes fsicas se basa en el postulado de que la naturaleza es explicable. El modo de operar del fsico tiene dos vertientes: primero, rene y analiza observaciones y medidas; despus, imagina un modelo que no slo le permita describirlas, sino tambin hacer predicciones que posteriormente se confrontaran con la experiencia. Este proceder paso a paso, con su ir y venir entre la imaginacin y el mundo real, permite perfeccionar cada vez ms las teoras fsicas.

Lo que ha permitido a la fsica llegar al nivel actual ha sido el conjunto de tcnicas de orden prctico, los hechos empricos y las leyes que se han descubierto, perfeccionando y ampliado a lo largo de la historia del hombre. Para esto el hombre ha empleado diversos procedimientos, como el mtodo cientfico.

Los cientficos cuyas investigaciones tuvieron xito anotaron la manera en que obtuvieron los resultados. Otros, despus de ellos, analizaron tales procesos y justificaron su eficacia. De esta manera, tales procedimientos se transformaron gradualmente en lo que se conoce como mtodo cientfico. A los cientficos Galileo Galilei, Francis Bacon y Ren Descartes se les considera los fundadores del mtodo.

En realidad no existe el mtodo cientfico concebido como una receta que al aplicarse a cualquier problema, garantice su solucin. Tampoco puede negarse que los cientficos trabajan de acuerdo con ciertas reglas generales que a travs de la experiencia han demostrado ser tiles.

Realiza una investigacin acerca del mtodo cientfico, cmo se lleva a cabo, cules son los pasos a seguir y cmo se aplica, elabora un cuadro sinptico con la informacin que recabes.

En plenaria elijan a un representante del grupo para que en el pizarrn apunte los puntos ms importantes de la informacin que vayan comentando y elaboren de forma individual una nota que concentre las ideas ms importantes para ustedes sobre el mtodo cientfico.

MAGNITUDES

Es posible medir algunos atributos o cualidades de las personas, animales, objetos y sustancias como la masa, el volumen, la temperatura, el peso, etc. La fsica es la ciencia que se encarga entre otras cosas, de los atributos medibles de los cuerpos.

En fsica denominamos magnitud fsica a cualquier caracterstica de los cuerpos que es posible medir. Las magnitudes se han clasificado en magnitudes Fundamentales y magnitudes Derivadas.

Busca en la bibliografa que tengas a tu alcance cules son las definiciones de cada una, sus diferencias y quienes las conforman en el Sistema Internacional SI.

Magnitud Fundamental

Definicin:

Desarrollando competencias

Bloque uno

8

Magnitud Derivada

Definicin:

En parejas completa los siguientes cuadros, de acuerdo a lo que investigaste con anterioridad. Al finalizar intercambien respuestas con otra pareja para que cada uno revise y evalu un ejercicio diferente al que elaboraron.

MAGNITUD FUNDAMENTAL SMBOLO UNIDAD BSICALongitud

Kgs

AmpereTemperatura

molcandela

M A G N I T U D DERIVADA

NOMBRE DE LA UNIDAD DERIVADA

SMBOLO EXPRESADAS EN UNIDADES DEL SI.

FrecuenciaN

PascalN*m

PotenciaCoulombVolt

Capacitancia

SiemensWb

2Wb

mFlujo Luminosolux

Medir ha sido siempre una necesidad para el hombre. La medicin es una de las nociones que la ciencia ha tomado del sentido comn la cual surgi a partir de la comparacin, porque hacemos comparaciones desde las muy sencillas y naturales hasta comparaciones expresadas en trminos de medidas numricas precisas.

Medir una cantidad es compararla con otra cantidad de la misma magnitud tomada como referencia. En la antigedad, las unidades de medida se definan arbitrariamente y variaban de un pas a otro. Esto dificultaba las transacciones comerciales y el intercambio cientfico entre las personas y las naciones.

Esto motivo a los cientficos a proponer patrones de medida definidos con mayor rigor y que deberan ser reconocidos y adoptados mundialmente. As surgi el Sistema Mtrico Decimal que hasta nuestros das sigue vigente.

Comenta tus compaeros y responde las siguientes preguntas:

En qu se basaron para establecer un sistema Decimal?

Cul es la unidad patrn que eligieron para la longitud?

Para qu sirven y cmo se usan los prefijos de los mltiplos?


9

Completa la siguiente tabla que tiene que ver con los prefijos de mltiplos y submltiplos usados en Sistema Mtrico Decimal

PREFIJO SMBOLO VALORMltiplosTeraGigaMegaKiloHectoDecaSubmltiplosDeciCentiMiliMicroNanoPico

Las definiciones de las unidades evolucionaron para poder seguir los progresos de la tcnica. As en 1960 durante la 11. Conferencia General de Pesas y Medidas, se elabor tomando como base el Sistema Mtrico Decimal, un nuevo sistema denominado Sistema Internacional de Unidades S.I.

En la actualidad este sistema es aceptado mundialmente. Pero no es el nico, existen otros dos.

El Sistema Cegesimal de unidades, tambin llamado Sistema CGS o Sistema Gausiano, es un sistema de unidades basado en el centmetro, el gramo y el segundo. Su nombre se deriva de las letras inciales de estas tres unidades. Ha sido casi totalmente reemplazado por el Sistema Internacional de unidades, aunque todava continua en uso: muchas de las formulas de electromagnetismo son ms simples en unidades CGS, una gran cantidad de libros de fsica las usan y, en muchas ocasiones, son ms convenientes en un contexto en particular. Las unidades CGS se emplean con frecuencia en astronoma.

Fuente: http://www.babylon.com/definition/Sistema_Cegesimal_de_Unidades/Spanish

El Sistema Ingls de unidades son las unidades no-mtricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido). Este sistema se deriva de la evolucin de las unidades locales a travs de los siglos, y de los intentos de estandarizacin en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orgenes en la antigua Roma. Hoy en da, estas unidades estn siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades.

Fuente: http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/introduccion9.htm

Organzate en parejas y busca cules son las unidades en otros sistemas de medidas para completar el siguiente cuadro.

MAGNITUDES SISTEMA INTERNACIONAL CGS SISTEMA INGLESLongitudMasaTiemporeaVolumenVelocidadAceleracinFuerzaTrabajoPotenciaPresin

Bloque uno

10

En la vida diaria puedes emplear diversas unidades para medir la misma magnitud. Para medir el tiempo que tarda tu compaero en correr cierta distancia empleas el segundo, pero para medir el tiempo que vive empleas los aos. As, al emplearse diversas unidades en ocasiones es necesario convertir la cantidad expresada en una unidad determinada en otra.

En la conversin de unidades es suficiente ejecutar una operacin aritmtica:

Basta con multiplicar la cantidad que se desea cambiar por un factor de conversin.

Fuente: http://www.bccba.com.ar/bcc/images/00000758_Unid.%20de%20medida%20y%20sus%20equivalencias.pdf

EQUIVALENCI AS EN MEDI DAS DE DIS TANCIA

1 MILLA1 MILLA MARINA1 LEGUA1 YARDA1 PIE1 PULGADA

1.609,3 Mts.1852 Mts.

5.572,7 Mts.91,44 Cmts.30,48 Cmts.

2,54 Cmts.

EQUIVALENCI AS EN MEDI DAS DE SUPERFICI E

1 HECTAREA1 AREA1 ACRE

10.000 M2100 M2

0,4047 Ha.

EQUIVALENCIAS EN MEDI DAS DE PESO

1 TONELADA1 QUINTAL1 ARROBA1 BUSHEL DE TRIGO, SOJA o ALFALFA1 BUSHEL DE SORGO o MAIZ DESGRANADO1 BUSHEL DE ESPIGAS DE MAIZ1 LIBRA1 ONZA1 ONZA TROY1 QUILATE

1.000 Kgs.100 Kgs.

15 Kgs.27,216 Kgs.

25,402 Kgs.31,752 Kgs.453,59 Grs.28,35 Grs.31,10 Grs.0,20 Grs.

EQUIVALENCIA S EN MEDID AS DE CA PACIDAD

1 GALON (Us gallon)1 GALON (Imperial)1 BARIIL

3,785 Lts.4,54 Lts.

159,18 Lts.


11

Para realizar conversiones necesitamos antes su equivalencia, te presentamos las equivalencias ms usadas pero no son las nicas, te recomendamos que busques y practiques con las que hacen falta.

Veamos cmo se usan estas equivalencias en el siguiente ejemplo.

Convierte 3 metros a yardas

La equivalencia a utilizar seria 1 91.44 .9144yd cm m= =

Pero el factor de conversin seria 1

.9144yd

m

Entonces si efectuamos la multiplicacin de la unidad inicial por nuestro factor de conversin el resultado sera:

1 3 m yd3 3.28.9144 .9144 m

ydm ydm

= =

A partir de este razonamiento, es fcil comprender que es vlido multiplicar cualquier medida por un factor de conversin.

Realiza las siguientes conversiones y al terminar compara tus respuestas con el resto de tu grupo.

1) 100 yardas a metros 6) 7.5 litros a galones

2) 35 kilogramos a Libras 7) 25 libras a kilogramos

3) 4 galones a litros 8) 4.9 pies a centmetros

4) 15 cm a pulgadas 9) 70 m/s a km/hrs

5) 30 Km/hr a m/s 10) 27 kg a onzas

Ya que has terminado asgnate un punto por cada conversin correcta que hayas realizado.

Si tienes de 8 a 10 conversiones correctas Felicidades! aprendiste bien el tpico.

Si tienes de 5 a 7 conversiones correctas Bien! Identifica cules fueron tus errores y aprende de ellos.

Si tienes menos de 5 conversiones correctas Repasa! De nueva cuenta el tpico, y realiza otra vez el ejercicio con el fin de que identifiques cules fueron tus fallos y puedas corregirlos.

La fsica estudia las cosas que se pueden medir. Lo que se puede medir depende en cualquier momento de la tecnologa con que se disponga. En la vida diaria empleamos algunos instrumentos como el reloj, la regla, la balanza, etc. El hombre ha diseado, construido y manipulado una gran cantidad de instrumentos de medicin.

Indaga acerca de los instrumentos de medicin, cmo se les llama, qu unidad miden, cmo se usan y cmo son fsicamente, consigue 3 instrumentos y presntalos ante tu grupo y da una breve explicacin de sus usos.

Bloque uno

12

ERRORES EN LAS MEDIDAS DIRECTAS

La precisin de una medida depende del instrumento de medida, del objeto a medir y de la pericia del operario. El origen de los errores de medicin es muy diverso, pero podemos distinguir:

Errores sistemticos: son los que se producen siempre, suelen conservar la magnitud y el sentido, se deben a desajustes del instrumento, desgastes etc. Dan lugar a sesgo en las medidas.

Errores aleatorios: son los que se producen de un modo no regular, variando en magnitud y sentido de forma aleatoria, son difciles de prever, y dan lugar a la falta de calidad de la medicin.

Error absoluto: el error absoluto de una medida es la diferencia entre el valor real de una magnitud y el valor que se ha medido. Para conocerlo se usa la siguiente frmula:

( )i

a

x xE

n

=

Donde:

aE = error absoluto o imprecisin

= sumatoria

ix = medida obtenidax = media aritmtica de todas las medidas tomadas, o sea un promedio de los datos obtenidos.

x x = Valor absoluto de la diferencia entre la media y la media aritmtica

n = total de medidas tomadas

Supongamos que se han tomado las siguientes medidas de la longitud de un objeto:

No. Longitud (cm)

1

2

3

4

5

10.45

10.40

10.39

10.44

10.41


13

La media aritmtica de las medidas se calcula como si sacramos un promedio:

10.45 10.40 10.39 10.44 10.41 10.4185

x + + + += =

Con este valor podemos determinar el error absoluto para cada medida.

( ) 10.45 10.418 10.40 10.418 10.39 10.418 10.44 10.418 10.41 10.4185

ia

x xE

n

= = =

0.0216aE =

El error absoluto indica el grado de aproximacin y da un indicio de la calidad de la medida. El conocimiento de la calidad se complementa con el error relativo.

Error relativo: es la relacin que existe entre el error absoluto y la magnitud medida, es adimensional, y suele expresarse en porcentaje.

0.0216 0.00210.418

aR

EEx

= = =

Se puede dar en % de error relativo. En efecto, si cometemos un error absoluto de un metro al medir la longitud de un estadio de futbol de 100 m y tambin un metro al medir la distancia Ciudad de Mxico - Guadalajara, de aproximadamente 570,000 m, el error relativo ser 1/100 (1%) para la medida del estadio y 1 /570,000 para la distancia Ciudad de Mxico - Guadalajara. Tiene mucha ms calidad la segunda medida.

Realiza la siguiente actividad en equipos de 4 personas.

Necesitaras instrumentos de medicin para longitudes como una regla, una cinta mtrica, calibre, escalmetro, micrmetro, etc.

Mide el largo, ancho y grosor de tu banca, pizarrn, escritorio o algn otro tipo de mobiliario comn en centro educativo con cada uno de los instrumentos que tengas.

Anota tus mediciones en tu cuaderno.

Todos te dieron la misma medida? Cules fueron las diferencias? En caso de encontrar diferencias Cmo las explicaran?

Al finalizar, de manera aleatoria, selecciona a uno de tus compaeros para que vaya anotando las respuestas en el pizarrn, recuerda que puedes participar activamente, complementando en caso de ser necesarias las respuestas que se van anotando.

Bloque uno

14

MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES

Frente a aquellas magnitudes fsicas, tales como la masa, la presin, el volumen, la energa, la temperatura, etc.; que quedan completamente definidas por un nmero y las unidades utilizadas en su medida, aparecen otras, tales como el desplazamiento, la velocidad, la aceleracin, la fuerza, el campo elctrico, etc., que no quedan completamente definidas dando un dato numrico, sino que llevan asociadas una direccin. Estas ltimas magnitudes son llamadas vectoriales en contraposicin a las primeras que son llamadas escalares.

Las magnitudes escalares quedan representadas por el ente matemtico ms simple: un nmero. Las magnitudes vectoriales quedan representadas por un ente matemtico que recibe el nombre de vector.

Vectores

Un vector es todo segmento de recta dirigido en el espacio. Cada vector posee unas caractersticas que son:

Origen: O tambin denominado Punto de aplicacin. Es el punto exacto sobre el que acta el vector.

Mdulo: Es la longitud o tamao del vector. Para hallarla es preciso conocer el origen y el extremo del vector, pues para saber cul es el mdulo del vector, debemos medir desde su origen hasta su extremo.

Direccin: Viene dada por la orientacin en el espacio de la recta que lo contiene.

Sentido: Se indica mediante una punta de flecha situada en el extremo del vector, indicando hacia qu lado de la lnea de accin se dirige el vector.

Hay que tener muy en cuenta el sistema de referencia de los vectores, que estar formado por un origen y tres ejes perpendiculares. Este sistema de referencia permite fijar la posicin de un punto cualquiera con exactitud.

El sistema de referencia que usaremos, como norma general, es el Sistema de Coordenadas Cartesianas.

z

x

yO

Z

M

N

O

ki

jx y


15

Busca en la bibliografa que tengas a tu alcance las siguientes definiciones y elabora un glosario que formar parte de tu portafolios de evidencias: Vectores colineales, Vectores coplanares, Vectores no coplanares, Vectores concurrentes, Vectores paralelos, Vectores opuestos, Vectores perpendiculares.

Suma de Vectores.

Con los vectores podemos realizar una serie de operaciones. Una de ellas es la suma. Podemos realizar la suma de vectores desde dos puntos de vista: matemtica y grficamente.

Mtodo del Paralelogramo

Se representa los vectores (U,V) como puntos en el plano y en los cuales sus orgenes generalmente coincidan en el punto(0,0) del plano cartesiano; luego en el extremo o cabeza del vector U, se grafica una paralela al vector V y en el extremo del vector V se grafica una paralela del vector U. La diagonal del paralelogramo que se forma es el vector suma o la respuesta.

Este no es el nico mtodo grfico que existe estn tambin el del Tringulo y el del Polgono, junto con uno de tus compaeros busquen informacin acerca de estos mtodos y presntala ante el grupo, anota las conclusiones a las que lleguen en tu cuaderno.

(2,3)

(5,1)

(7,4)

uv

u+v

v+u

Bloque uno

16

Mtodo Analtico

Se llaman componentes de un vector a aquellos que lo sustituyen en la descomposicin. Para determinar los componentes se pueden utilizar las siguientes formulas

cosxV V = Para la componente horizontal

yV Vsen= Para la componente vertical

2 2x yR V V= + Para la resultante o suma total de los vectores

1tan xy

VV

= Para obtener el ngulo del vector

Veamos cmo aplicaras las formulas anteriores.

Ejemplo 1.Un pez ngel nada en un ngulo de 27 con la horizontal y tiene un vector de velocidad V con una magnitud de 25 cm/s. Encuentra los componentes en x e y.Solucin: Ubicamos los datos y aplicamos las frmulas, con lo cual tenemos:

( ) ( )25 cos 27 25 0.891 22.28xV = = =

( ) ( )25 sen 27 25 0.454 11.35yV = = =

Se sabe que las componentes del vector A, son 25 y 15x yA A= = . Determina la magnitud del vector A y el ngulo que forma con la horizontal.Solucin:Aplicamos la frmula de la resultante:

2 225 15 29.15R = + =

v

v sen

v cos


17

Para determinar el ngulo, encontramos primero su tangente y calculamos el ngulo correspondiente:

1 125tan tan 0.6 30.9615

= = =

Individualmente resuelve el siguiente ejercicio de manera grfica y comprueba tu resultado por el mtodo analtico. De forma grupal analicen los resultados.

Tres cuerdas estn atadas a una estaca ejerciendo las siguientes fuerzas. Obtener la fuerza ejercida sobre la estaca.

A=20 lb E

B=30 lb NO

C= 40lb 52 SO

Coinciden los resultados del mtodo grfico y el analtico?

Cul fue ms preciso?

Cul se te hizo ms fcil?

BIBLIOGRAFA

ANIBAS CASTILLO, Ricardo; FIGUEROA RODRGUEZ, Isauro; MARTNEZ CAMAO, Jess; MORENO Y ALBARRAN, Rafael; OCAMPO CERVANTES, Oscar; PADILLA ROBLES, Javier. Fsica III. Mxico. Escuela Nacional Preparatoria. UNAM 2008.

CEPEDA GARCA, Martha Lucia; GUTIRREZ ARANZETA, Carlos. Fsica. Mxico. Ediciones Larousse. 1998

CISNEROS MACIEL, Moiss; MARTNEZ MRQUEZ, Eduardo Javier; SUREZ MARTN, Alicia. FSICA I Cuadernillo de procedimientos para el aprendizaje. Mxico. Secretara de Educacin Pblica. 2007.

SITIOS EN INTERNET

Enciclopedia-es http://www.encyclopedie-es.snyke.com/articles/sistema_ingles.html [Consulta: 03/06/2010]

wikilibros http://es.wikibooks.org/wiki/%C3%81lgebra_Lineal/Suma_y_resta_de_vectores [Consulta: 03/06/2010]

tochtli.fisica http://www.tochtli.fisica.uson.mx/electro/vectores/definici%C3%B3n_de_vectores.htm [Consulta: 03/06/2010]

gnesis.uag http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/vectores1.htm [Consulta: 03/06/2010]

MARTNEZ FERNNDEZ, Pedro. Clculo de errores, error absoluto y error relativo. www.educamix.com http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/prof/bloque_i/ejercicios_bl_1_ap_3.pdf [Consulta: 03/06/2010]

Fuentes de informacin

Bloque uno

18

El Bloque I ha finalizado, has visto y aprendido varios conceptos y procedimientos entre ellos lo que son las magnitudes fsicas, sus tipos, as como la forma en que estos de ayudan a interpretar los fenmenos fsicos, los cuales evaluaras ahora, repasa de nuevo todo aquello donde tengas dudas.

1.-Reunete en equipo de 4 personas para que elijan algn fnomeno en la naturaleza y basados en el mtodo cientfico expliquen como procederan para formular alguna hipotesis, que experimentos haran para verficarla y a qu conclusin podran llegar. Una vez que lo hayan terminado, cada equipo expondr ante el grupo como fue su proceder y por qu.

Lleven a cabo un ejercicio de retroalimentacion, sealando los puntos de mejora que pueden tener sus compaeros para mejorar sus exposiciones y presentaciones que realicen. Por eso te sugerimos que al exponer tus compaeros completes el siguiente cuadro.

ASPECTOS A EVALUAR BUENO REGULAR MEJORABLE COMO PUEDO MEJORAR

USO CORRECTO DE CONCEPTOS Y TRMINOS.CLARIDAD DE PALABRA AL DIRIGIRSE AL GRUPO Y EN LA EXPLICACIN USO DE MATERIAL DIDCTICOPARTICIPACIN DE TODO EL EQUIPO.

2.-En parejas realiza un resumen sobre las caractersticas principales y en que estn basadas las siete unidades fundamentales adems de las unidades derivadas del Sistema Internacional e incluylo en tu portafolios de evidencias.

3.-Realiza las siguientes conversiones

CONVERTIR EQUIVALENCIA FACTOR DE CONVERSIN

CONVERSIN RESULTADO

40 km a m4 libras a gr.12 pulgadas a cm10 caloras a joules45 kg a gramos

Qu he aprendido?

ASPECTOS A EVALUAR BUENO REGULAR MEJORABLE COMO PUEDO MEJORAR

USO CORRECTO DE CONCEPTOSY TRMINOS.

CLARIDAD DE PALABRA AL DIRIGIRSEAL GRUPO Y EN LA EXPLICACIN

USO DE MATERIAL DIDCTICO

PARTICIPACIN DE TODO EL EQUIPO.

CONVERTIR EQUIVALENCIA FACTOR DE CONVERSIN

CONVERSIN RESULTADO

40 km a m4 libras a gr.

12 pulgadas a cm10 caloras a joules

45 kg a gramos


19

4.-Ordena los siguientes instrumentos de medicin de acuerdo a la unidad que miden.

Regla, metro, ampermetro, balanza, manmetro, multmetro, cronmetro, termopar, voltmetro, transportador, wattmetro, pirmetro, gonimetro, micrmetro, hmetro, barmetro, calibre, escuadras, osciloscopio, calendario, espectrmetro de masa, termmetro, reloj comparador, puente de Wheatstone, sextante, electrmetro, bscula, reloj, galvanmetro.

Para medir longitud: Para medir ngulos: Para medir tiempo: Para medir masa:

Para medir temperatura: Para medir magnitudes elctricas: Para medir presin:

Una vez que hayas completado el cuadro anterior, intercmbialo con tus compaeros de clase, de tal manera que cada uno revise y califique uno distinto al que elabor.

5.- Completa correctamente los enunciados que se te presentan a continuacin de acuerdo a las definiciones de vectores.

1. Son aquellos cuyas lneas de accin se cruzan en un punto.2. Son aquellos que forman un ngulo de noventa grados entre s.3. Son aquellos que su lnea de accin es paralela.4. Son aquellos cuyas direcciones se encuentran en la misma lnea.5. Son aquellos que se encuentran en un mismo plano.

Realiza los siguientes problemas en parejas, una vez elaborado el ejercicio, elijan a tres o cuatro de las parejas para que expongan su proceso ante el resto del grupo, ya que al finalizar la presentacin, los alumnos que hablaron sobre su proceso podrn hacer preguntas al resto del grupo con la finalidad de conocer qu tan comprensible fue la exposicin.

6.- Un alumno realiza una reaccin qumica de desprendimiento de gases. Quiere determinar el volumen de gas desprendido para lo que realiza la experiencia cuatro veces. Los resultados obtenidos son:

100,0 cm3; 95,0 cm3; 105,0 cm3; 95,0 cm3

Calcula:a) Volumen del gas producido en las condiciones del laboratorio, que se puede tomar como valor real: b) El error absoluto de la medida de 105,0 cm3 es de:c) El error relativo (en tanto por ciento) de la medida de 105,0 cm3 es de:

Para medir longitud: Para medir ngulos: Para medir tiempo: Para medir masa:

Para medir temperatura: Para medir magnitudes elctricas: Para medir presin:

Bloque uno

20

7.- Se trata de determinar el tiempo que tarda un coche en pasar de 0 a 100 km/h a mxima potencia, en un circuito cerrado de velocidad. Este es uno de los datos que se utilizan para promocionar los vehculos. Previamente se asume que la experiencia tendr errores experimentales difciles de eliminar: tiempo de reaccin del conductor, respuestas inespecficas del motor, tiempo atmosfrico (humedad, viento), etc. Para intentar reducirlas se ha repetido la experiencia varias veces (cinco), dando como resultado los siguientes tiempos: 11,2 s; 10,9 s; 11,1 s; 11,0 s; 10,8 s.

Qu cifra debes poner como tiempo que tarda el vehculo en pasar de cero a 100 km/h?Cul es el error absoluto de cada medida?Cul es el error relativo (en tanto por ciento) de cada medida?A la vista de los resultados, cul crees que debera ser la incertidumbre mnima de los resultados?

8.- Una gra ejerce una fuerza de 80N sobre una caja con un ngulo de 110. Si del otro lado de la caja se ejerce una fuerza horizontal de 30N Cul es la fuerza resultante que acta sobre la caja?

9.- Un estudiante se mueve 8 Km al norte y 6 Km al este. Cul es la suma vectorial de estos dos trayectos? Represntalo con una grfica.

10.- Una lancha viaja a 8.5 m/s. Se orienta para cruzar transversalmente un ro de 110 m de ancho.

a) Si el agua fluye a razn de 3.8 m/s, cul es la velocidad resultante de la lancha?

b) Cunto tiempo necesita el bote para llegar a la orilla opuesta?

c) A qu distancia ro abajo se encuentra el bote cuando llega a la otra orilla?

11.-Un ro fluye en la direccin de 90. Marcos, un piloto de lancha, orienta el bote a 297, Y es capaz de atravesar el ro perpendicularmente a la corriente a 6 m/s.

a) Cul es la velocidad de la corriente?

a) Cul es la velocidad del bote medida desde la orilla del ro?

12.- Calcula la resultante de los siguientes sistemas vectoriales. Indica en el plano cartesiano la ubicacin y magnitud de la resultante. Al finalizar realiza una exposicin del ejercicio y posteriormente lleven a cabo un ejercicio de retroalimentacin en donde puedan sealar las reas de mejora de las exposiciones, con la finalidad de ir mejorando en su desempeo acadmico.

B = 110 N

A = 95 N

C = 80 N

7240


21

CLASIFICACIN DE LA FSICA

En la Fsica clsica se estudian los cuerpos de dimensiones medianas con velocidades normales. A continuacin te mencionamos sus ramas.

La Mecnica. Se encarga de estudiar al movimiento de los cuerpos y las causas que lo producen. Por ejemplo: el movimiento de un proyectil, el movimiento de la Tierra, el del agua en un canal y las condiciones para que un puente no se caiga, son tratados por esta rea, la cual se divide en:

Cinemtica: estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que los producen. Dinmica: trata las causas del movimiento de los cuerpos. Esttica: estudia el estado de equilibrio de los cuerpos.

Electromagnetismo. Se encarga de estudiar las cargas elctricas en reposo y movimiento, el magnetismo y las corrientes elctricas.

Termodinmica. Estudia la temperatura, los mecanismos de la transferencia de calor, la transformacin de calor en trabajo y viceversa, por ejemplo; la dilatacin trmica de una barra, la fusin del hielo y el principio de funcionamiento de un refrigerador.

Hidrulica. Se encarga de estudiar el flujo de los fluidos.

ptica. Estudia e investiga los fenmenos visibles relacionados con la luz, as como la propagacin de sta ltima. La formacin de imgenes en espejos, el arco iris y la fibra ptica.

Acstica. Estudia los fenmenos relacionados con la generacin, transmisin y recepcin de sonidos. Por ejemplo: el eco, la reverberacin y la insonorizacin son aspectos relacionados con la audicin.

Bibliografa recomendada

Hewitt, Paul G. Fsica Conceptual. Mxico, Pearson Educacin, 2004

Prez Montiel, Hctor. Fsica I. Bachillerato General. Mxico, Publicaciones Cultural, 2005.

Serway A., Raymond. Fsica I. 3a ed., Mxico, Thomson, 2003.

Tippens, Paul E. Fsica, Conceptos y Aplicaciones. Mxico, McGraw Hill, 2001.

Quiero aprender ms

22

Como ya te habrs dado cuenta la Fsica es una ciencia interesante y completa que te proporciona la metodologa y las herramientas necesarias para investigar los fenmenos que presentan los cuerpos en la naturaleza y, que de hecho, al hablar genricamente sobre los fenmenos en la naturaleza, implcitamente se estn respetando o desafando las leyes de la fsica.

Realizars predicciones sobre el comportamiento de cuerpos en movimiento en una y dos dimensiones, por medio de la observacin sistemtica de las caractersticas, de los patrones de movimiento que se muestran en ambos tipos.

En este bloque de aprendizaje podrs calcular y predecir las diferentes variables que involucran el movimiento de los cuerpos. Adems, aclarars algunas dudas sobre ciertos conceptos, que debido a su uso convencional e inadecuado se han perdido o se confunden como la velocidad y rpidez, aceleracin constante y velocidad constante, distancia y desplazamiento.

Trabajaremos con movimientos simples en una dimensin, con velocidad constante y con velocidad variable, estudiaremos arranques y frenado de mviles para ver qu tiempo o distancia necesita para alcanzar cierta velocidad o detenerse en cierto punto.

Tambin estudiaremos el movimiento que describe un objeto cuando es lanzado hacia arriba y como es afectado, por la fuerza de la gravedad, al grado que lo va frenando conforme va subiendo y como la misma gravedad le va devolviendo al objeto la energa cuando comienza a caer, reponindole la velocidad perdida.

Observaremos cmo se comporta la velocidad de un objeto cuando es lanzado con cierto ngulo de inclinacin, qu influencia tiene ste en la altura alcanzada, y la distancia o alcance horizontal, as como el tiempo que dura en el aire. El movimiento parablico es el que describen los proyectiles tierra-aire y aire-tierra, los caones y las pelotas de golf al ser golpeadas.

Tambin, analizaremos el movimiento que describe un disco, un motor o cualquier objeto que este sujeto a movimiento circular, ya sea con velocidad constante o variable.

IDENTIFICA LAS DIFERENCIAS ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE MOVIMIENTOS.

Qu voy a aprender?

BLOQUE II

UNIDAD DE COMPETENCIA

Identifica las principales caractersticas de los diferentes tipos de movimientos en una y dos dimensiones y establece la diferencia

entre cada uno de ellos.


23

La Fsica como muchas otras ciencias se divide en reas ms especficas para tener mayor profundidad y mejor comprensin sobre cada fenmeno, ya que el dominio sobre algn fenmeno lo proporciona la cantidad de informacin que tengas de l.

Hablando de movimiento, la ruta que tomaremos de la fsica es la siguiente: Fsica Clsica/Mecnica/ Cinemtica.

La Cinemtica se encarga de estudiar el movimiento de los cuerpos sin atender a sus causas, es decir, no le interesa cmo se genera el movimiento o qu fuerzas lo producen o lo modifican, slo estudia el comportamiento una vez que el cuerpo est en movimiento.

Cuando hablamos de movimiento en una dimensin estamos hablando que el movimiento se puede representar en un solo eje de coordenadas, ya sea en x o en y, pero no los dos a la vez, esta caracterstica facilita los clculos y su estudio.

Existen dos tipos de magnitudes (escalares y vectoriales). Dentro de las escalares tenemos a la distancia y la rapidez, ya que para describirlas slo es necesario una magnitud y una unidad de medida. En cambio, el desplazamiento, la velocidad y la aceleracin son magnitudes vectoriales, para las cuales requerimos manifestar magnitud, orientacin y sentido.

Forma equipos de 4 personas y busquen las definiciones de: posicin, tiempo, distancia, desplazamiento, movimiento, velocidad, rapidez, aceleracin y sistema de referencia.

Una vez que tengan la informacin establezcan un debate con todo el grupo acerca de las definiciones, poniendo ejemplos de casos prcticos de tu entorno, poniendo especial nfasis en las definiciones de:

Velocidad y rapidez

Desplazamiento y distancia

Velocidad y aceleracin

Sistema de referencia absoluto y relativo

Movimiento Rectilneo Uniforme

Es un tipo de movimiento que se presenta con mucha frecuencia en diversas aplicaciones prcticas, es el movimiento rectilneo ms simple; sus caractersticas son las siguientes:

1. El cuerpo en movimiento recorre distancias iguales en tiempos iguales.

2. La velocidad es constante.

3. La velocidad y el desplazamiento tienen la misma direccin y sentido.

El movimiento tambin puede ser descrito por medio de grficas. Te las presentamos a continuacin analzalas junto con un compaero y contesten las preguntas.

Qu magnitudes se estn relacionando?Cmo se comporta la grafica?Cmo es la pendiente en todos los puntos?


24

Bloque dos

Qu puedes concluir de esta grfica?

Qu magnitudes se estn relacionando?

Cmo se comporta la grfica?

Cmo es la pendiente en todos los puntos?

Qu puedes concluir de esta grfica?

Por ltimo, podemos describir el movimiento mediante una ecuacin.

dvt

=

Donde:

v es la velocidad (m/s) t es el tiempo (s) d es la distancia (m)

Revisa atentamente los problemas resueltos que te presentamos a continuacin:

Una persona camina a razn de 5 km/h de manera constate. Si para llegar de su casa a su trabajo tiene que recorrer la avenida que va de Oriente a Poniente, con una longitud de 18 km, Cunto tiempo le tomara llegar a su trabajo?

Datos Formula Despeje Sustitucin Resultado

5

18

kmv hrd km

=

=

dvt

= dtv

= 18

5kmt kmhr

= t=3.6 h

Un crucero hace un recorrido de 470 km en lnea recta a travs del ocano y siempre lo hace en 5 hrs. Calcula la velocidad del crucero en su viaje.

Datos Formula Sustitucin Resultado

5470

t hrd km

==

dvt

= 470

5kmvhr

= v=94 km/h

Ahora resuelve en parejas los siguientes problemas en tu cuaderno. Una vez elaborado el ejercicio, elijan a tres o cuatro de las parejas para que expongan su proceso de solucin ante el resto del grupo, al finalizar la presentacin los alumnos que hablaron sobre su proceso podrn hacer preguntas al resto del grupo con la finalidad de conocer que tan comprensible quedo el ejercicio que expusieron.

a) Si sabemos que la velocidad del sonido en el aire es de 1224 km/h y en la distancia vemos un relmpago de un rayo y, al cabo de 7 segundos escuchamos el sonido. A qu distancia cay el rayo?

b) Un automvil recorre una distancia de 185 km en 150 minutos. Calcula la magnitud de su velocidad en km/h

c) Un automvil A se dirige de Norte a Sur con velocidad constante de 120 km/h y se encuentra a 13 km de su destino y un automvil B que viaja de Sur a Norte tambin a velocidad constante de 41.67 m/s y se encuentra a 20 km de su destino.


25

i. .En cuntos minutos llegar cada auto a su destino?ii. . Qu auto llegar primero?iii. . Qu automvil viaja con mayor velocidad? iv. .A qu velocidad viaja el automvil A respecto del automvil B en km/h?

Movimiento Rectilneo Uniformemente Acelerado

En la vida cotidiana la mayora de los movimientos que observamos son bastante ms complicados que el movimiento rectilneo uniforme. Adems del movimiento con velocidad constante que acabamos de comprender, existen movimientos en los que cambian ya sea la magnitud de la velocidad, su sentido, su direccin o alguna combinacin de estos elementos.

Cuando la velocidad de un cuerpo en movimiento esta cambiando de direccin, magnitud o sentido, se dice que el movimiento tiene una aceleracin.

La aceleracin es una medida de la rapidez de cambio de la velocidad por unidad de tiempo. Matemticamente se expresa por:

vat

=

uurr

cambio de velocidadintervalo de tiempo

aceleracion =

Busca en la bibliografa que este a tu alcance las caractersticas y las frmulas con respecto a su velocidad, la aceleracin, distancia y el tiempo. Anota tu informacin en los siguientes recuadros.

Caractersticas:

Frmulas:

26

Bloque dos

Observa las siguientes grficas y determina cules son las magnitudes que estn representadas en cada de una de ellas.

Resuelve los siguientes problemas, posteriormente elijan un representante del grupo para que vaya apuntando en el pizarrn el procedimiento para poder llegar al resultado correcto.

1.- Un automovilista viaja a una velocidad de 135 km/hr, cuando repentinamente ve un letrero que dice fin de camino a 50 m, inmediatamente aplica los frenos, los cuales le proporcionan una desaceleracin de 20 m/s2. Calcular:

a) El tiempo que necesito para detenerse.b) La distancia recorrida desde que aplic los frenos hasta detenerse.


27

Es importante antes de sustituir valores en una ecuacin, revisar que todas las unidades sean homogneas, es decir, que se encuentren en el mismo sistema de unidades.

Datos Frmula Despeje Sustitucin Resultado

2.- Un auto deportivo creado para desarrollar altas velocidades en tiempos muy cortos; en una pista recta de pruebas se observ que el auto poda alcanzar una velocidad de 200 km/h en tan slo 11 s.

a) Cul es la magnitud de la aceleracin que puede generar ese motor v12?b) Qu distancia necesito para alcanzar esa velocidad?




28

Bloque dos

En equipos de 4 personas realicen la siguiente actividad.

Necesitaras una cinta mtrica, un gis y un reloj o cronmetro.

Con la cinta mtrica mide una distancia de 2 y 4 metros y mrcalos con el gis.

Uno de tus compaeros correr la distancia completa, mientras otro le medir el tiempo cuando pase por la marca de los 2 metros y posteriormente por la de los 4 metros. Repitan esto hasta que hayan corrido todos los del equipo.

Anota en tu cuaderno los tiempos de cada uno.

Contesta las siguientes preguntas.

Cul es la velocidad de cada uno? Y su aceleracin? Quin alcanzo la mayor velocidad? Por qu?

Una vez que terminen, en plenaria comenten sus opiniones acerca del trabajo que realizaron sus compaeros, recuerden que no es una crtica, es un ejercicio de retroalimentacin a fin de mejorar el desempeo acadmico de cada uno.

CADA LIBRE Y TIRO VERTICAL

La cada libre y el tiro vertical son movimientos en una sola dimensin al igual que el MRU y el MRUA, de hecho, son movimientos uniformemente acelerados debido a la fuerza de la gravedad que proporciona una aceleracin o desaceleracin constante a los cuerpos en estos dos movimientos.

En estos movimientos el desplazamiento es en una sola direccin que corresponde al eje vertical (eje Y)

La cada libre se presenta cuando un objeto es soltado sin ningn impulso inicial y va incrementando su velocidad a lo largo de la cada, gracias a que la aceleracin de la gravedad es constante, lineal y de manera vertical con respecto a la superficie de la tierra.

Es un movimiento uniformemente acelerado y la aceleracin que acta sobre los cuerpos es la de gravedad representada por la letra g.

Sus valores son.

2

2

2

9.81 SI

981 CGS

32.16 Ingles

mg scmg s

ftg s

=

=

=


29

Las ecuaciones utilizadas son las mismas que las del MRUA, solamente cambiando las variables d y a, por h y g respectivamente. Adems, se simplifican debido a que la velocidad inicial es cero

2

2

22

v gt

v gh

gth

htg

=

=

=

=

Al igual que la cada libre el TIRO VERTICAL es un movimiento sujeto a la aceleracin de la gravedad, slo que ahora la aceleracin se opone al movimiento inicial del objeto. El tiro vertical comprende subida, bajada de los cuerpos u objetos considerando lo siguiente:

a) Nunca la velocidad inicial es igual a 0.

b) Cuando el objeto alcanza su altura mxima, su velocidad en este punto es 0. Mientras que el objeto se encuentra se subida el signo de la V es positivo; la V es 0 a su altura mxima cuando comienza a descender su velocidad ser negativa.

c) Si el objeto tarda por ejemplo 2s en alcanzar su altura mxima tardar 2s en regresar a la posicin original, por lo tanto el tiempo que permaneci en el aire el objeto es de 4s.

d) Para la misma posicin del lanzamiento la velocidad de subida es igual a la velocidad de bajada.

V0 = 0

V1

V2

V3

V4 = 0

30

Bloque dos

Frmulas:

0

2 20

20

20

max

2

12

2

f

f

v v gt

v v gh

h v t gt

vhg

=

=

=

=

Resuelve los siguientes ejercicios en parejas, al finalizar elijan de manera aleatoria a alguno de sus compaeros para ir resolviendo el problema en el pizarrn, puede ser un alumno por cada problema, comenten si llegaron al mismo resultado.

A. Un granjero en su rancho tiene un pozo de agua que hace mucho tiempo se seco y no recuerda cuan profundo es, entonces, deja caer una piedra y al cabo de 3 segundos escucha cuando choca con el fondo de la noria.a) Qu profundidad tiene la noria?b) Con qu velocidad llegar al fondo la piedra?

B. Una persona lanza un cohete y a los 4 segundos que lo lanz llega a su altura mxima y explota. Calcula:a) A qu velocidad sale impulsado el cohete?b) Qu altura mxima alcanz?

C. Un paracaidista salta desde un globo aerosttico que se encuentra a 1500 m de altura para realizar unas acrobacias en el aire. Suponiendo que la friccin con el aire no afecta su descenso, calcula:a) Qu velocidad llevar 500 m antes del piso, en el momento que abre su paracadas?b) En cunto tiempo recorre esa distancia?

En equipos de 4 personas comprobaran los conceptos de cada libre y tiro vertical. Consigue una pelota, una cinta mtrica y un cronmetro o reloj.

0

2 20

20

20

max

2

12

2

f

f

v v gt

v v gh

h v t gt

vhg

=

=

=

=

v = 0 v = 0

v4 v1

v2

v3

v

v

4

v3

v2

v1

v0


31

Deja caer la pelota (sin aplicar una fuerza o velocidad inicial) desde una altura de 80 cm, 1m y 1.50 metros, respectivamente y en cada ocasin mide el tiempo que tardan en caer.

Puedes calcular la velocidad con la que llega al piso?

Cul es la velocidad de cada altura?

Cul fue la altura que ms velocidad alcanzo? Por qu?

Aparte de la altura y el tiempo que otro dato necesitaste para calcular la velocidad?

Al finalizar realiza una presentacin ante el grupo de sus resultados, donde llevarn a cabo el ejercicio de retroalimentacin, pidiendo en primera instancia que sean los mismos integrantes del equipo los que califiquen su actuacin, posteriormente el resto del grupo sealar las reas de oportunidad as como los aciertos que tuvo cada presentacin

TIRO PARABLICO

Tiro parablico horizontal es el que describe un objeto cuando es lanzado de manera horizontal, por ejemplo una pelota que rueda sobre una mesa y despus cae o el descrito por una bomba lanzada desde un avin. Este movimiento siempre describir parte de una parbola formada por dos componentes de la velocidad: en el eje X ser Vx, con una magnitud constante y que corresponde a un MRU a lo largo de todo el movimiento; y en el eje Y tenemos Vy que es afectada por la aceleracin de la gravedad como si fuera una cada libre o un MRUA.

Este tipo de movimiento puede considerarse como una conjugacin de dos de los movimientos que se vieron anteriormente y por lo tanto, tambin el conjunto de ecuaciones que lo rigen son el resultado de la combinacin de ambos movimientos.

32

Bloque dos

Determina si cada una de las siguientes expresiones pertenece a la componente horizontal o vertical y para qu sirven.

2

2

2 2

1

9.8

0

2

tan

y

x

x y

x

y

y

x

ma g sa

gty

v v v

d v tv gt

vv

= =

=

=

= +

==

=

Observa tu entorno y da 5 ejemplos de Tiro Parablico.

1.-

2.-

3.-

4.-

5.-

MOVIMIENTO CIRCULAR

Realiza una investigacin a fondo del Movimiento Circular y comenta en plenaria con tus compaeros sus principales caractersticas al mismo tiempo que van contestando las siguientes preguntas.

Qu es un movimiento de rotacin?


33

Cuntas clases de velocidades hay en el movimiento circular uniforme?, cules son sus magnitudes?

Qu es perodo y frecuencia en el movimiento circular?

Indica la diferencia entre fuerza centrpeta y centrfuga.

Cul es la causa por la cual una piedra que hacemos girar mediante una cuerda, sale tangencialmente y no radialmente al soltarse la cuerda?

34

Bloque dos

Cundo un mvil est afectado de un movimiento circular uniforme?

Qu relacin existe entre velocidad angular y tangencial?

Qu es fuerza centrpeta y centrfuga?

Qu sucede si al tomar una curva, no se respeta la indicacin de velocidad mxima a que se debe doblar?


35

Identifica cada uno de los elementos del Movimiento Circular en la siguiente Grafica

Para la siguiente actividad junto con 3 de tus compaeros, necesitaras una cuerda de 1m, una cinta mtrica, una pelota pequea y un reloj o cronmetro.

Sujeta la cuerda a la pelota, cuida que este bien atada para que no se vaya a soltar. Has girar la pelota sujetando la cuerda a una distancia de 30 cm, 50 cm y 80cm respectivamente.

De acuerdo a las condiciones indicadas calcula la velocidad tangencial.

a) En un tiempo de 1 minuto, gira la pelota 40 veces.

b) En un tiempo de 30 segundos, gira la pelota 20 veces.

Pudiste dar todas las vueltas? A qu distancia de la cuerda se obtuv la mayor velocidad? Influy la distancia de la cuerda?

Al terminar presenten sus resultados ante el grupo e intercambien opiniones acerca de los resultados.

BIBLIOGRAFA

ANIBAS CASTILLO, Ricardo; FIGUEROA RODRGUEZ, Isauro; MARTNEZ CAMAO, Jess; MORENO Y ALBARRAN, Rafael; OCAMPO CERVANTES, Oscar; PADILLA ROBLES, Javier. Fsica III. Mxico. Escuela Nacional Preparatoria UNAM 2008.

CEPEDA GARCA, Martha Lucia; GUTIRREZ ARANZETA, Carlos. Fsica. Mxico. Ediciones Larousse. 1998 CISNEROS MACIEL, Moiss; MARTNEZ MRQUEZ, Eduardo Javier; SUREZ MARTN, Alicia. FSICA I Cuadernillo de procedimientos para el

aprendizaje. Mxico. Secretara de Educacin Pblica. 2007.

SITIOS EN INTERNET

FISICANET http://www.fisicanet.com.ar/fisica/cinematica/resueltos/tp01_mru_pregunta02.php [Consulta: 05/06/2010]

WIKIPEDIA http://es.wikipedia.org/wiki/Cinem%C3%A1tica [Consulta: 05/06/2010]

COLEGIO NGEL DE LA GUARDA. BOLETN DE EJERCICIOS SOBRE CINEMTICA. WWW.CIENCIASPURAS.COM http://www.cienciaspuras.com/pdfs/boletin%20cinematica%20soluciones%20no%20resueltos.doc


a

vl

c

1

36

Bloque dos

Has llegado al final del Bloque II, as que es tiempo de que evales tus conocimientos acerca de los tipos de movimientos, sus caractersticas y diferencias, realiza los siguientes ejercicios e inclyelos en tu portafolios de evidencias.

Observa tu entorno y busca tres ejemplos, de los tipos de movimientos, en donde los podras aplicar.

MOVIMIENTO EJEMPLOMovimiento Rectilneo Uniforme

Movimiento Uniformemente Acelerado

Cada Libre

Tiro Vertical

Tiro Parablico

Movimiento Circular

Resuelve los siguientes problemas en compaa de otro alumno y al terminar intercmbienlos con otras parejas, de tal manera que cada quien revise ejercicios diferentes a los que realiz. Mencinenle en qu puntos pueden mejorar

1. Un automvil viaja en lnea recta con una velocidad media de 1.200 cm/s durante 9 s, y luego con velocidad media de 480 cm/s durante 7 s, siendo ambas velocidades del mismo sentido:a) Cul es el desplazamiento total en el viaje de 16 s?b) Cul es la velocidad media del viaje completo?

2. La velocidad de sonido es de 330 m/s y la de la luz es de 300.000 km/s. Se produce un relmpago a 50 km de un observador.a) Qu recibe primero el observador, la luz o el sonido?b) Con qu diferencia de tiempo los registra?

3. Un cohete parte del reposo con aceleracin constante y logra alcanzar en 30 s una velocidad de 588 m/s. Calcular:a) Aceleracin. b) Qu espacio recorri en esos 30 s?

Qu he aprendido?

MOVIMIENTO EJEMPLO

Movimiento Rectilneo Uniforme

Movimiento Uniformemente Acelerado

Cada Libre

Tiro Vertical

Tiro Parablico

Movimiento Circular


37

4. Un mvil que se desplaza con velocidad constante aplica los frenos durante 25 s y recorre 400 m hasta detenerse. Calcular:a) Qu velocidad tenia el mvil antes de aplicar los frenos?b) Qu desaceleracin produjeron los frenos?

5. En una obra en construccin se tira verticalmente hacia arriba desde los 15 m de altura un martillo con velocidad inicial de 40 m/s, en el mismo momento, a 8 m de altura, sube un montacargas con velocidad constante de 2 m/s, si el martillo no pudo ser atajado, cunto tiempo despus y a qu altura chocar con el montacargas?

6. Se lanza un cuerpo verticalmente hacia abajo con una velocidad inicial de 7 m/s.a) Cul ser su velocidad luego de haber descendido 3 s?.b) Qu distancia habr descendido en esos 3 s?c) Cul ser su velocidad despus de haber descendido 14 m?

7. Desde un 5 piso de un edificio se arroja una piedra verticalmente hacia arriba con una velocidad de 90 km/h, cunto tardar en llegar a la altura mxima?

8. Se lanza una piedra verticalmente hacia arriba con una velocidad de 25 m/s, qu altura alcanzar?

9. Si un motor cumple 8000 R.P.M., determinar:a) Cul es su velocidad angular?b) Cul es su perodo?

10. Un mvil dotado de M.C.U. da 280 vueltas en 20 minutos, si la circunferencia que describe es de 80 cm de radio, hallar:a) Cul es su velocidad angular?b) Cul es su velocidad tangencial?c) Cul es la aceleracin centrpeta?

11. Se dispone de un can que forma un ngulo de 60 con la horizontal. El objetivo se encuentra en lo alto de una torre de 26 m de altura y a 200 m del can. Determinar:a) Con qu velocidad debe salir el proyectil?b) Con la misma velocidad inicial desde qu otra posicin se podra haber disparado?

12. Un chico patea una pelota contra un arco con una velocidad inicial de 13 m/s y con un ngulo de 45 respecto del campo, el arco se encuentra a 13 m. Determinar:a) Qu tiempo transcurre desde que patea hasta que la pelota llega al arco?b) Convierte el gol?, por qu?c) A qu distancia del arco picara por primera vez?

38

Bloque dos

Resuelve los siguientes problemas en equipos de 4 personas y prepara tu respuesta para exponerla frente al grupo, indicando el procedimiento que siguieron y el por qu de sus conclusiones. Una vez que terminen de exponer, en plenaria comenten sus opiniones acerca de las conclusiones de sus compaeros, recuerden que no es una crtica, es un ejercicio de retroalimentacin a fin de mejorar el desempeo acadmico de cada uno.

1.- Analiza los movimientos rectilneos a y b representados en las siguientes grficas:

Si la posicin en t = 0 es 5 m para el movimiento a y 50 km para el b, expresa analticamente las ecuaciones del movimiento a partir de los datos incluidos en las grficas.

2.- De estos dos grficos, cul representa el movimiento ms veloz? por qu?

3.- Cul de los dos movimientos representado, el (1) o el (2), tiene mayor velocidad?, por qu?

x (m)

t (s)

(1)

0

x (m)

t (s)

(2)

0


39

4.- Cul de los dos movimientos representado, el (1) o el (2), tiene mayor velocidad?, por qu?

Es importante que conozcas qu tan claros te quedaron los tpicos de este Bloque II por lo que te sugerimos que realices el siguiente ejercicio de autoevaluacin.

AREAS DE MEJORA BUENO REGULAR MEJORABLE COMO PUEDO MEJORAR

Identificacin del problema bsico.Elaboracin y diseo de representaciones grficas. Uso de procedimientos y expresiones matemticosObtencin de resultados correctos.

v (m/s)

t (s)

(1)

0

v (m/s)

t (s)

(2)

0

AREAS DE MEJORA BUENO REGULAR MEJORABLE COMO PUEDO

MEJORAR

Identificacin del problema bsico.

Elaboracin y diseo derepresentaciones grficas.

Uso de procedimientos y expresiones

matemticos

Obtencin de resultados correctos.

40

Bloque dos

El efecto Coriolis, descrito en 1835 por el cientfico francs Gaspard-Gustave Coriolis, es el efecto que se observa en un sistema de referencia en rotacin (y por tanto no inercial) cuando un cuerpo se encuentra en movimiento respecto de dicho sistema de referencia. Este efecto consiste en la existencia de una aceleracin relativa del cuerpo en dicho el sistema en rotacin. Esta aceleracin es siempre perpendicular al eje de rotacin del sistema y a la velocidad del cuerpo.

El efecto Coriolis hace que un objeto que se mueve sobre el radio de un disco en rotacin tienda a acelerarse con respecto a ese disco segn si el movimiento es hacia el eje de giro o alejndose de ste. Por el mismo principio, en el caso de una esfera en rotacin, el movimiento de un objeto sobre los meridianos tambin presenta este efecto, ya que dicho movimiento reduce o incrementa la distancia respecto al eje de giro de la esfera.

Debido a que el objeto sufre una aceleracin desde el punto de vista del observador en rotacin, es como si para ste existiera una fuerza sobre el objeto que lo acelera. A esta fuerza se la llama fuerza de Coriolis, y no es una fuerza real en el sentido de que no hay nada que la produzca. Se trata pues de una fuerza inercial o ficticia, que se introduce para explicar, desde el punto de vista del sistema en rotacin, la aceleracin del cuerpo, cuyo origen est en realidad, en el hecho de que el sistema de observacin est rotando.

Un ejemplo cannico de efecto Coriolis es el experimento imaginario en el que disparamos un obs desde el Ecuador en direccin norte. El can est girando con la tierra hacia el este y, por tanto, imprime al obs esa velocidad (adems de la velocidad hacia adelante de la carga de impulsin). Al viajar el obs hacia el norte, sobrevuela puntos de la tierra cuya velocidad lineal hacia el este va disminuyendo con la latitud creciente. La inercia del obs hacia el este hace que su velocidad angular aumente y que, por tanto, adelante a los puntos que sobrevuela. Si el vuelo es suficientemente largo (ver clculos al final del artculo), el obs caer en un meridiano situado al este de aqul desde el cual se dispar, a pesar de que la direccin del disparo fue exactamente hacia el norte. Anlogamente, una masa de aire que se desplace hacia el este sobre el ecuador aumentar su velocidad de giro con respecto al suelo en caso de que su latitud disminuya. Finalmente, el efecto Coriolis, al actuar sobre masas de aire (o agua) en latitudes intermedias, induce un giro al desviar hacia el este o hacia el oeste las partes de esa masa que ganen o pierdan latitud.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Coriolis

Referencias a consultar

Hewitt, Paul G. Fsica Conceptual. Mxico, Pearson Educacin, 2004

Prez Montiel, Hctor. Fsica I. Bachillerato General. Mxico, Publicaciones Cultural, 2005.

Serway A., Raymond. Fsica I. 3a ed., Mxico, Thomson, 2003.

Tippens, Paul E. Fsica, Conceptos y Aplicaciones. Mxico, McGraw Hill, 2001.

Quiero aprender ms



41

Analizaras los procesos histricos del movimiento mecnico propuesto por Aristteles, Galileo Galilei, Isaac Newton y hars una comparacin entre ellos. Comprenders la divisin de la mecnica para describir el movimiento de los cuerpos.

Comprenders y diferenciars los conceptos de la fsica que estn involucradas en el estudio de las causas que originan el movimiento de los cuerpos (Masa, Peso, Inercia, Friccin y Fuerza). Expresars de manera verbal y escrita la primera Ley de Newton. Explicars y emplears los conceptos de fuerza, masa peso y volumen de los cuerpos.

Aplicars la condicin de equilibrio para explicar la Primera Ley de Newton, demostrars que la fuerza causa una aceleracin, diferenciaras una fuerza de friccin esttica de una fuerza de friccin cintica.

Expresars de manera verbal y escrita la tercera ley de Newton, tambin identificars en situaciones cotidianas fuerza de accin y fuerza de reaccin. Utilizars modelos matemticos para resolver problemas relacionados con la Segunda y Tercera Ley de Newton.

Aplicars la Ley de la gravitacin universal para resolver problemas que involucren la atraccin de partculas en el universo.

COMPRENDE LA UTILIDAD PRCTICA DE LAS LEYES DEL MOVIMIENTO DE ISAAC NEWTON

Qu voy a aprender?

BLOQUE III

UNIDADES DE COMPETENCIA

Analiza las leyes de Newton para explicar el movimiento de los cuerpos.

Utiliza las leyes de Newton para resolver problemas relacionados con el movimiento, observables con su entorno.

42

Bloque tres

En la fsica existe una parte llamada mecnica la cul estudia el movimiento de los cuerpos.

La historia de la mecnica encierra a un amplio rubro de personajes que han realizado aportes importantes para la evolucin de esta rea. Antes de adentrarte en los antiguos comienzos de esta disciplina es importante que sepas, que la mecnica es una ciencia que se encarga de estudiar las condiciones de reposo o movimiento de los cuerpos bajo la accin de fuerzas.

Realiza un breve resumen en tu cuaderno acerca de la mecnica, su divisin y cmo evolucion.

Elijan a un representante del grupo que pase al pizarrn y mencione a los principales cientficos y sus aportaciones a la Mecnica, ayuden a completar la informacin mediante ideas expuestas por los dems.

La mecnica se puede dividir en cuatro bloques principales.

Mecnica Clsica

Mecnica Relativista

Mecnica Cuntica

Teora Cuntica de Campos

T estudiaras la Mecnica Clsica que a su vez se divide en tres disciplinas ms, busca en la bibliografa o en internet que este a tu alcance las siguientes definiciones.

MECNICA

CINEMTICA

ESTTICA

DINMICA


MECNICA

CINEMTICA

ESTTICA

DINMICA


43

LEYES DE NEWTON

En este Bloque te enfocars en el estudio de las Leyes de Newton, pero antes es necesario que conozcas conceptos importantes para que puedas entender su comportamiento.

En compaa de otro alumno investiga los conceptos mostrados a continuacin y comprtanlos con el resto del grupo. Y entre todos lleguen a una nica definicin de cada concepto.

Masa:Peso:

Inercia:Fuerza:

Friccin:Volumen:

Es importante establecer una diferencia entre masa y peso de un cuerpo, la masa es una propiedad de toda la materia y se considera constante; el peso es una fuerza de atraccin gravitacional y vara dependiendo de la aceleracin de la gravedad. Debes notar que en la vida diaria estos conceptos se confunden muy frecuentemente, porque al ir a la bscula del super, se dice que se pesan las naranjas en kilogramos, sin embargo, recuerda que los conceptos estn relacionados pero no son lo mismo.

Completa la siguiente tabla.

CONCEPTO DEFINICIN UNIDAD DE MEDIDA FORMULA MATEMTICAmasa

peso

Segn una definicin clsica, fuerza es toda causa agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales. Y uno de los principales cientficos que estudi la fuerza fue Isaac Newton el cul formul 3 leyes con el fin de comprender mejor las caractersticas de las fuerzas.

Realiza una breve investigacin inicial de las tres Leyes de Newton, sus enunciados y sus aplicaciones.

1ra. Ley de Newton.

Cuando vas a bordo de un automvil en movimiento rectilneo uniforme y de repente frena qu sucede? Tu cuerpo trata de seguir adelante. Si el automvil da vuelta bruscamente y hay una pelota suelta dentro de l, puedes observar que esta se mueve en forma recta, como si no diera vuelta.

Estos ejemplos nos muestran que los cuerpos que estn en movimiento rectilneo tienden a seguir en movimiento con velocidad constante. Asimismo los que estn en reposo tienden a seguir en reposo. Esta propiedad se llama inercia.

Enuncia con tus propias palabras la 1ra. Ley de Newton

1ra. Ley de Newton

CONCEPTO DEFINICIN UNIDAD DE MEDIDA FORMULA MATEMTICA

masa

peso

44

Bloque tres

Para verificar la primera Ley de Newton, primero lo hars con cuerpos que estn en reposo.

Realiza la siguiente actividad en equipos de cinco personas.

Necesitaras una mesa plana, monedas del mismo tamao y una regla.

Construye una torre con las monedas sobre la mesa. Alinea la regla con la moneda de la base. Deja un extremo de la regla fuera del borde de la mesa. Empuja la regla hacia la torre con un golpe fuerte y seco. Cuando la regla golpee la moneda de la base, esta saldr de su lugar, pero el resto de la torre permanecer en su sitio. Con un poco de prctica podrs sacar las monedas una por una.

Anota tus conclusiones en tu cuaderno y explica por qu sucede esto. Comenten en plenaria, Qu relacin existe entre los resultados de esta actividad y la primera Ley de Newton?

En la tierra es difcil comprobar esta ley a travs de la vida cotidiana. El movimiento de los objetos que nos rodean es afectado por la fuerza de gravedad. Por lo tanto estudiaras cuerpos que se muevan de manera horizontal.

Consigue una canica, una pelota de tenis y una bola de papel.

Hazlos rodar sobre el piso, trata de que la fuerza que les apliques para moverlos sea la misma.

En algn momento se detienen?

Cul es el objeto que se mueve durante, ms tiempo?

La experiencia demuestra que la velocidad de estos objetos disminuye una vez que se les deja de aplicar la fuerza que provoca su movimiento y en algn momento se detienen.

Pero Por qu se detienen?, de acuerdo a la 1ra. Ley de Newton deberan mantenerse en movimiento. Adems no todos se detienen al mismo tiempo algunos mantienen ms tiempo el movimiento. Cul es la diferencia para que unos tengan ms movimiento?

La respuesta es sencilla, por la Friccin, busca su definicin y antala en el siguiente recuadro

CONCEPTO DEFINICINFRICCIN

FRICCIN ESTTICA

FRICCIN CINTICA

Debido a la friccin los objetos se detienen y podra parecer que la 1ra. Ley no se cumple, adems dependiendo del material la friccin aumenta o disminuye.

Realiza nuevamente la actividad anterior, pero ahora has rodar los objetos sobre diferentes superficies, como pasto, cemento, mosaico, etc.

Comenta en plenaria las siguientes cuestiones Qu superficie tiene menos friccin?, Qu objeto mantiene ms tiempo su movimiento?, Cul fue la combinacin superficie-objeto que ms tiempo conserv el movimiento?, En algn momento se contradice la 1ra. Ley de Newton? Por qu? Cundo los cuerpos estn en reposo tienen friccin?

Anota las conclusiones a las que llegaron en tu cuaderno.

CONCEPTO DEFINICIN

FRICCIN

FRICCIN ESTTICA

FRICCIN CINTICA


45

2da. Ley de Newton

Las fuerzas son algo muy importante en nuestra vida cotidiana; los cuerpos ejercen y reciben fuerzas todo el tiempo. Cuando un futbolista patea un baln, un lazo que sostiene una piata y un imn atrae a otro imn son ejemplos de fuerzas.

Si quieres mover rpidamente una caja pesada, le pides a un amigo que te ayude, es decir, aumentas la fuerza. Al aumentar la fuerza, aumenta la aceleracin. En cambio si la caja aumentara su masa y mantienes la misma fuerza la aceleracin disminuir.

Esto quiere decir que la aceleracin que experimenta un cuerpo cuando se le aplica una fuerza, depende de una propiedad intrnseca del cuerpo llamada masa. Esto lo contempla la 2da. Ley de Newton. Bscala y escrbela.

2da. Ley de Newton

Matemticamente la 2da. Ley de Newton se expresa de la siguiente manera.

Fa F mam

= =

Donde [ ][ ]

2ma Aceleracin s

F Fuerza Newton

m masa Kg

= =

=

La 2da. Ley de Newton contempla dos variables una de ellas es la masa y la otra es la fuerza aplicada. Veamos cmo afectan a la aceleracin.

Realiza la siguiente actividad.

Necesitas tres pesas iguales de 100 gramos cada una, un mvil que tenga ruedas y una cuerda y una mesa plana. Realizaras la actividad en dos partes.

Para la primera sujeta una de las pesas al mvil con la cuerda y ponlo sobre la mesa. Lanza el mvil de la mesa en tres ocasiones incrementa la fuerza con que lanzas el mvil en cada ocasin.

Mide la distancia a la que llega el mvil en cada ocasin.

Qu sucedi con las distancias?, Fueron iguales? Qu paso con la velocidad del mvil? Y su aceleracin cambio? Qu sucedi cuando aumentabas la fuerza?

Para la segunda parte de la actividad lanzars el mvil primero con una pesa solamente, luego lnzalo con dos pesas sujetas a l y finalmente con las tres pesas sujetas a l. En las tres ocasiones aplica la misma fuerza para lanzarlos.

46

Bloque tres

Qu sucedi con las distancias? Fueron iguales? Qu paso con la velocidad del mvil? Y su aceleracin cambio? Qu sucedi cuando aumentabas la masa?

Al finalizar la actividad comenten en plenaria los resultados que obtuvieron, y lleguen a la conclusin de cmo se comportan la masa y la fuerza con respecto a la aceleracin.

Ahora aplica la formula de la 2da. Ley de Newton en un problema hipottico.

Una masa de 3kg se desliza por una superficie horizontal con una aceleracin de 2 2m s , Cul es la magnitud de la fuerza aplicada?

DATOS FORMULA SUSTITUCIN RESULTADO

m = F ma= ( )( ) F = F = a =

F = ?

Como veras la 2da Ley de Newton es la nica que cuenta con una frmula matemtica.

Realiza los siguientes ejercicios donde aplicars la frmula de la 2da Ley de Newton

1.- Por medio de un cordn se arrastra un escritorio en una superficie sin friccin con una masa de 75 kg y una fuerza de 200 N, Cul ser la aceleracin del escritorio?

2.- Para jalar el viejo ropero de la abuela que pesa 120 kg se requirieron de 325 N de fuerza, Cul fue la aceleracin que tuvo el ropero?

3.- Un objeto de 15 kg tiene una aceleracin de 3.5 m/s2, Cul ser la fuerza neta que acta sobre el objeto?, y si la misma fuerza la aplicamos a un objeto de 8 kg, Qu aceleracin tendr?

Una vez que tengas elaborados tus ejercicios, intercmbialos con tus compaeros de clase, de tal manera que cada uno revise un problema distinto al que elabor.

3ra. Ley de Newton.

Cuando hablamos de fuerza, mencionamos que se necesitan dos cuerpos: uno que aplica la fuerza y el otro que la recibe. Pero no dijimos que, en cada caso, los dos cuerpos aplican una fuerza sobre el otro y, tambin, la reciben.

Es decir, siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo ejercer una fuerza sobre el primero de igual magnitud pero en sentido contrario. Estas fuerzas reciben, respectivamente, el nombre de accin y reaccin. Newton relacion estas dos fuerzas en su 3ra. Ley.

Ennciala


47

En equipos de 4 personas, realiza la siguiente actividad para demostrar la 3ra. Ley de Newton.

Necesitas una liga y un par de patines.

Primero usa la lija y sujtala de cualquier lugar ya sea de la base de tu banca o del pizarrn y jlala, Le ests aplicando una fuerza? y la liga Aplica una fuerza sobre ti? Qu sientes al jalarla?

Ahora usa los patines, ponte de frente a la pared y empjala, Ejercers una fuerza sobre ella? y a su vez La pared ejerce fuerza sobre ti? Qu sucede con tu cuerpo al estar usando los patines?

Al terminar comenta con tus compaeros si se cumple la 3ra. Ley de Newton y anota tus conclusiones en tu cuaderno.

Como has visto cuando se empuja o se jala algo, ejercemos una fuerza. Y es importante que aprendas las caractersticas principales de estas fuerzas.

La fuerza debe tener magnitud, direccin y sentido.

Las fuerzas siempre aparecen por parejas.

Para que exista fuerza se deben tener al menos 2 cuerpos.

Como habrs visto las tres Leyes de Newton las puedes encontrar en tu vida cotidiana con facilidad.

Te proponemos que en parejas encuentren ejemplos de las tres Leyes de Newton en la vida diaria.

Al finalizar, selecciona a varios de tus compaeros para que vayan anotando sus ejemplos en el pizarrn, recuerda que puedes participar activamente.

LEY DE GRAVITACIN UNIVERSAL Y LEYES DE KEPLER.

Hasta ahora has estudiado las fuerzas que se aplican dentro del planeta, pero Qu sucede fuera de l, tambin hay fuerzas presentes? Y Cmo podemos medirlas?

Las leyes de Kepler dicen, en resumen, que:

La forma de la rbita de un planeta es, en general, una elipse. El sol no ocupa el centro de la elipse, sino uno de los puntos interiores de sta que se llaman focos. Eso quiere decir que, en su camino, un planeta se acerca y se aleja del sol.

Cuando el planeta est ms cerca del sol se desplaza ms rpido que cuando est ms lejos

Mientras ms alejado del sol se encuentre un planeta, ms despacio recorre su rbita.

Newton us unas matemticas que l mismo haba inventado y concluy que la fuerza que ejerce el sol sobre un planeta era:

Proporcional a la masa del planeta: cuanto mayor la masa del planeta, ms intensa la fuerza

Proporcional a la masa del sol

Inversamente proporcional a la distancia entre ambos, pero elevada al cuadrado: cuanto ms lejos el planeta, menos intensa la fuerza.

Usa la bibliografa que este a tu alcance o el internet para que busques informacin acerca la Ley de Gravitacin Universal

y las Leyes de Kepler, sus enunciados, frmulas y caractersticas. Forma equipos de 5 personas y elaboren un mapa

conceptual, un cuadro sinptico o un esquema en el cual muestren la informacin que encontraron acerca del tema.

Elijan al azar a uno de los equipos para que exponga su esquema ante el resto del grupo, recuerda que aunque no te toque exponer puedes participar en complementar la informacin que presentan tus compaeros a fin de enriquecer la comprensin del tpico.

Plasma las conclusiones a las que llegaron en el siguiente cuadro.

ENUNCIADOFORMULA

MATEMTICAUNIDADES

LEY DE GRAVITACIN UNIVERSAL

1ra. LEY DE KEPLER

2da. LEY DE KEPLER

3ra. LEY DE KEPLER

BIBLIOGRAFA ANIBAS CASTILLO, Ricardo; FIGUEROA RODRGUEZ, Isauro; MARTNEZ CAMAO, Jess; MORENO Y ALBARRAN, Rafael; OCAMPO CERVANTES, Oscar; PADILLA ROBLES, Javier. Fsica III. Mxico. Escuela Nacional Preparatoria UNAM 2008.

CEPEDA GARCA, Martha Lucia; GUTIRREZ ARANZETA, Carlos. Fsica. Mxico. Ediciones Larousse. 1998

CISNEROS MACIEL, Moiss; MARTNEZ MRQUEZ, Eduardo Javier; SUREZ MARTN, Alicia. FSICA I Cuadernillo de procedimientos para el aprendizaje. Mxico. Secretara de Educacin Pblica. 2007.

SITIOS EN INTERNET

Red escolar. ilce http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar2008/educontinua/conciencia/fisica/newton/nw8.htm [Consulta: 07/06/2010]

Escuela de verano http://www.escueladeverano.cl/fisica/verano2001/dinamica/dinam02a.htm [Consulta: 07/06/2010]

Bloque tres


ENUNCIADOFORMULA

MATEMTICAUNIDADES

LEY DE GRAVITACIN UNIVERSAL

1ra. LEY DE KEPLER

2da. LEY DE KEPLER

3ra. LEY DE KEPLER

48


49

Al haber finalizado este Bloque III has aprendido sobre fuerzas y las leyes de Newton, realiza los siguientes ejercicios para evaluar tu verdadero aprendizaje.

Ubica los siguientes cientficos con su mayor aportacin a la mecnica, en una lnea del tiempo para representar su evolucin a travs del tiempo.Christian Huygens, Arqumedes, Leonardo da Vinci , Luis LaGrange, Niccol Fontana, Johannes Kleper, Galileo Galilei, Evangelista Torricelli, Aristteles, Isaac Newton, Jacob Bernoulli, Johan Bernoulli, Albert Einstein, Leonardo Euler, Jean Le Roud DAlembert, Jos Charles Agustn de Coulomb, Hern de Alejandra, William Rowan Hamilton.

Al finalizar, de manera aleatoria, seleccionen a alguno de sus compaeros para que vaya anotando en orden cronolgico las respuestas en el pizarrn, recuerden que pueden participar activamente, complementando en caso de ser necesarias las respuestas que se van anotando.Tomando en cuenta las definiciones de peso y masa, completa el siguiente cuadro, escribiendo si aumentara, disminuira o se mantendra igual la cantidad mostrada.

Tierra Luna Saturno EspacioMasa 50kg

Peso 500 N

Al terminar intercambia tus respuestas con algn compaero y comenten el por qu de sus conclusiones.

Completa el siguiente cuadro con lo que has aprendido a travs de este Bloque

PRIMERA LEY SEGUNDA LEY TERCERA LEY

Enunciado: Enunciado: Enunciado:

5 Ejemplos Cotidianos: 5 Ejemplos Cotidianos: 5 Ejemplos Cotidianos:

Qu he aprendido?

PRIMERA LEY SEGUNDA LEY TERCERA LEY

Enunciado: Enunciado: Enunciado:

5 Ejemplos Cotidianos: 5 Ejemplos Cotidianos: 5 Ejemplos Cotidianos:

50

Bloque tres

Junto con otro compaero contesten en su cuaderno las siguientes preguntas. Intercambien ideas con otras parejas al

terminar y lleguen a una conclusin general.

1.- Que ser mas fcil, deslizar un refrigerador en una pista de hielo o en un piso de cemento?, Por qu?

2.- Si no hubiera fuerza de friccin, podramos caminar de forma ordinaria?, Por qu?

3.- Qu pasara si al clavarnos en una alberca, no hubiera friccin?

Realiza los siguientes experimentos. En equipos de 4 o 5 personas, conformen los vayan realizando tomen notas del

comportamiento y los factores que intervienen en el experimento. Al finalizar sus experimentos, presenten sus resultados

ante el grupo a manera de exposicin, debern llevar a cabo un ejercicio de retroalimentacin en donde puedan sealar

las reas de mejora de cada uno de los equipos, con la finalidad de ir mejorando en su desempeo acadmico, para eso

completa el cuadro que te presentamos despus de los ejercicios.

1.- En una mesa coloca mantel o algn tipo de tela, encima de ella pon un vaso de cristal, un plato y una cuchara. Tira del

mantel o tela con fuerza suficiente para que el vaso, el plato y la cuchara no caigan de la mesa. Esto es posible? Influye

el material de los objetos? Qu ley de Newton esta presente?

2.- Consigue un vaso de unicel, canicas, cartulina, transportador y libros. Introduce varias canicas en el vaso y colcalo sobre

algunos libros. Inclina gradualmente el libro hasta que el vaso empiece a deslizarse.

Repite esto en dos ocasiones ms y marca sobre la cartulina el nivel alcanzado por el libro (en el momento en que se desliza el

vaso. Enseguida, con ayuda del transportador, mide el ngulo formado por el libro con la horizontal.

Anota en tu cuaderno tus conclusiones. Qu sucede si cambias la superficie del libro?

3.- Necesitas un vaso con agua, un cartoncillo plano, un huevo y el cilindro de cartn que est dentro de los rollos de papel.

Coloca el vaso con agua tpalo con el cartoncillo plano y en cima de este el cilindro de cartn y hasta arriba el huevo. Jala el

cartoncillo con fuerza.

Qu paso con el huevo? Por qu se comporto de esa forma el huevo? Qu Ley de Newton estuvo presente?

Resuelve los siguientes problemas correspondientes a fuerzas. Para que practiques su aplicacin matemtica.

1.- Se encuentran dos personas empujando un automvil que se qued parado en el trnsito de la ciudad. Una de las personas

aplica una fuerza de 300 N mientras que la otra aplica una fuerza de 220 N. Si el automvil pesa 1200 kg, Qu aceleracin

tendr el automvil considerando que existe una fuerza de friccin contraria de 180 N?

2.- Obtn la aceleracin de un cuerpo al ejercer una fuerza de 60 N si tiene una masa de 15000 g

3.-Determina la aceleracin de un cuerpo como resultado de las fuerzas aplicadas:

4.- Cual es la fuerza que se tendra que aplicar a un bulto de cemento cuya masa es de 50 kg si requerimos una aceleracin de 1.5 m/s2?

F = 40 N m = 5 kg1 F = 25 N2


51

5.- Obtn la aceleracin de un cuerpo de acuerdo con el siguiente esquema:

6.- Tenemos dos cuerpos, uno de 70 kg y otro de 100 kg, con una distancia de 1.3 m. Calcula el valor de la fuerza gravitacional.

7.- Si eres una persona que pesa 65 kg, calcula la fuerza gravitacional que ejerce la Tierra sobre ti, considerando que la masa de la tierra es de 5.98 x 1024 kg y su radio es de 6.37 x 106 m Realiza el mismo calculo con tu peso real.Ahora realiza el ejercicio de retroalimentacin

AREAS DE MEJORA BUENO REGULAR MEJORABLE COMO PUEDO MEJORAR

Conocimiento de las Leyes Fsicas presentadasIdentificacin de las frmulas matemticas para usar en los problemas. Uso corecto de unidades de medida.Aplicacin de expresiones matemticas y obtencin de resultados.

Cuando empleamos la segunda Ley de Newton para resolver problemas, generalmente lo primero que debemos determinar es la fuerza neta externa ejercida sobre el objeto que nos interesa en el problema. La mejor manera de obtener esta fuerza es dibujar un diagrama. En este se deben eliminar casi todos los detalles y mostrar solo las fuerzas que actan sobre el cuerpo. A este diagrama se le llama Diagrama de cuerpo Libre.Una vez que ha sido dibujado dicho diagrama de cuerpo, podemos emplear cualquier mtodo para sumar vectorialmente las fuerzas y obtener la fuerza neta externa o fuerza resultante.

Bibliografa recomendada

Hewitt, Paul G. Fsica Conceptual. Mxico, Pearson Educacin, 2004 Prez Montiel, Hctor. Fsica I. Bachillerato General. Mxico, Publicaciones Cultural, 2005. Serway A., Raymond. Fsica I. 3a ed., Mxico, Thomson, 2003. Tippens, Paul E. Fsica, Conceptos y Aplicaciones. Mxico, McGraw Hill, 2001.

Quiero aprender ms

AREAS DE MEJORA BUENO REGULAR MEJORABLE COMO PUEDO

MEJORAR

Conocimiento de las Leyes Fsicaspresentadas

Identificacin de las frmulasmatemticas para usaren los problemas.

Uso corecto de unidades de medida.

Aplicacin de expresionesmatemticasy obtencin de resultados.

T

w

T T

w

N

w

1 N2

F = 60 N1

F = 40 N2

f = 50 Nm = 12 kg

52

Distinguirs entre el concepto cotidiano de trabajo y el concepto de trabajo en fsica. Reconocers el trabajo realizado por o sobre un cuerpo, como un cambio en la posicin o la deformacin del mismo. Identificars las condiciones para que se realice un trabajo.

Comprenders la Ley de la Conservacin de la Energa Mecnica. Analizars las expresiones matemticas y grficas que representan la energa cintica y potencial que posee un cuerpo en un lugar y momento determinado. Analizars las fuerzas que posibilitan o impiden que l

3 FISICA I

Documents

Transcript of 3 FISICA I