Experimentos fisica i

Manual de experimentos en el aula de Física I

1

Introducción

Actualmente los Bachilleratos SABES no cuentan con laboratorios para el desarrollo de prácticas experimentales del área de Física, por lo que se propone desarrollar

experimentos de bajo costo, con materiales fáciles de adquirir y diseñados para cualquier tipo de aula.

El aprendizaje por medio de la experimentación no forzosamente requiere de instalaciones especiales o de experimentos complicados. En las Ciencias Experimentales,

el trabajo práctico es una parte inseparable de la enseñanza teórica, pues no se puede concebir el quehacer científico sin la experimentación.

Si queremos y deseamos que nuestros alumnos se interesen realmente en el estudio de la ciencia, debemos proporcionarles un medio de fácil acceso a la comprensión de los

fenómenos cotidianos. El manual de experimentos en el aula de Física I, pretende facilitar el acercamiento a la

experimentación y a algunos conceptos sobre las magnitudes físicas, los vectores, el comportamiento de los patrones del movimiento, las leyes de Newton, el trabajo, la

potencia y la energía mecánica, tomando como eje las acciones de observación, reflexión y análisis de resultados en la elaboración de conclusiones para superar algunos desafíos.

Los experimentos presentados tienen el propósito de estimular en los alumnos la capacidad creativa y el interés por la investigación, así mismo, proporcionar al asesor las

herramientas alternativas que le permitan hacer su práctica experimental más atractiva.

Los experimentos están diseñados en base a los contenidos temáticos de la unidad de aprendizaje de Física I. Además contribuirá para que el alumno logre un aprendizaje significativo, tienen su fundamento en la práctica pedagógica del constructivismo, de

manera que el asesor actuará como guía y el alumno participará activamente resolviendo problemas científicos y de la vida cotidiana, y aprendiendo por descubrimiento. Además

de fomentar el trabajo en equipo y el aprendizaje cooperativo. Los experimentos tienen la característica de ser flexibles, ya que los materiales y los

objetos se pueden sustituir y no es necesario realizarlas en un laboratorio de Física.

El desarrollo de los experimentos y actividades del presente manual deberá realizarse con precaución y responsabilidad, y de acuerdo a las instrucciones que se proporcionan.

La estructura de los experimentos se describe de la siguiente manera:

Materiales: Enlista los materiales necesarios para desarrollar el experimento. Procedimiento: Describe las instrucciones para realizar el experimento. Explicación de los experimentos: Describe de manera clara al asesor los resultados y

la explicación de los fenómenos.


2

Es importante mencionar que algunos experimentos requieren de materiales e instrumentos más especializados para su desarrollo, por lo que hoy en día no están

disponibles en los Bachilleratos SABES. Sin embargo se diseñaron para desarrollarlos cuando se cuente con los requerimientos necesarios.

Medidas de seguridad Los materiales que se emplearán serán de bajo riesgo, lo cual no excluye la posibilidad

de accidentes por lo que te recomendamos tener en cuenta las reglas de seguridad mínimas que se indican en este manual.

Instrucciones generales para el alumno:

1.- Lee cada experimento en su totalidad antes de empezar. 2.- Provee de todos los materiales necesarios.

3.- Al realizar el experimento, no te precipites, sigue cuidadosamente cada paso; no omitas ningún paso, ni te adelantes pasos.

4.- Si los resultados no son los descritos en el experimento, vuelve a leer las

instrucciones e inicia de nuevo desde el primer paso.

Normas de seguridad para el alumno

1.- Sigue las instrucciones dadas por tu asesor. 2.- Cualquier accidente debes de notificarlo de inmediato a tu asesor.

3.- Se recomienda el uso de bata blanca para laboratorio para proteger daños a la piel o uniforme escolar.

4.- Para prevenir accidentes provocados por algún material, se recomienda el uso de

zapato escolar. 5.- No consumas alimentos al momento de realizar los experimentos.

6.- Lávate las manos antes y después de realizar el experimento. 7.- Desarrolla tus experimentos con orden, limpieza y responsabilidad.


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Magnitudes (mediciones)

Materiales

5 reglas graduadas de 30 cm

1 original y 4 copias de una figura de un triángulo escaleno 1 calculadora

Procedimiento

1.- Forma grupos de 5 alumnos, asigna un número del 1 al 5 por alumno y entrega una hoja con la figura y una regla.

2.- Realiza las mediciones de los lados y la altura de la figura, con la mayor exactitud

posible.

3.- Anota las mediciones obtenidas por los alumno en la siguiente tabla:

Número Nombre del alumno a b c h

1

2

3

4

5

Suma

Promedio

Promedio con cifras significativas

Reporte

1.- ¿Por qué crees que hubo resultados diferentes? ____________________________________________________________________

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Experimento 1


4

2.- ¿Quién midió mejor? ____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cálculos:

Calcula el error absoluto (Ea)

Calcula el error relativo (Er)

M=Promedio de las mediciones y M=medición

Ea=|M- M| Er=Ea

M


5

Vectores

(distancia, desplazamiento y suma de vectores por el método gráfico)

Materiales 1 cinta métrica 1 transportador para medir ángulos

1 gis

Procedimiento

1.- Forma grupos de 3 alumnos. 2.- En el patio de tu Bachillerato SABES, traza con el gis los ejes cartesianos como

referencia. 3.- Selecciona un compañero del grupo y ubícalo en el origen de las coordenadas.

4.- Solicita a tu compañero que camine 3 pasos en línea recta en la dirección que él desee.

5.- Marca con el número 1 la posición alcanzada, a partir de ese punto solicita que se

mueva 2 pasos en línea recta en otra dirección y marca la nueva posición con el número 2.

Reporte 1.- ¿Qué distancia caminó?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.- ¿Cuál fue su desplazamiento y en que dirección?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.- ¿Por qué no es lo mismo distancia que desplazamiento? ____________________________________________________________________

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Experimento 2


6

Movimiento

(velocidad promedio)

Materiales 1 cinta adhesiva (masking tape) 1 pluma

1 reloj o celular con cronómetro 1 regla de 1 m 1 calculadora

Procedimiento

1.- Forma un equipo de 5 compañeros. 2.- Coloca una tira de cinta adhesiva en el piso para marcar la línea de salida.

3.- Escribe tu nombre en el primer renglón de la tabla de datos. 4.- Párate colocando los talones sobre la línea de salida. 5.- Solicita el apoyo de un compañero para que registre el tiempo con el cronómetro

durante 10 segundos mientras tú caminas lo más rápido posible. Cuando tu compañero te indique, en tus marcas listo “fuera” comienza a caminar. Detente

cuando tu compañero te diga “alto”. 6.- Solicita a tu compañero que coloque una tira de cinta en el piso justo en el talón de

tu pie que haya quedado adelante. 7.- Mide la distancia en metros entre las dos tiras de cinta adhesiva. 8.- Calcula la velocidad promedio dividiendo la distancia que hayas recorrido entre el

tiempo de 10 segundos. Registra la velocidad promedio en metros por segundo en la tabla de datos.

9.- Solicita a 3 compañeros que repitan los pasos del 2 al 8.

Datos

Competidores Velocidad promedio

Experimento 3


7

Movimiento (movimiento armónico simple)

Materiales

1 cinta métrica

1 tuerca pequeña 1 Lápiz

1 reloj o celular con cronómetro Hilo de cáñamo Cinta Masking Tape

Procedimiento

1.- Utiliza la cinta métrica y mide la longitud del péndulo indicando su valor en metros. 2.- Con el cronómetro mide el tiempo promedio (período) de 10 oscilaciones en su

movimiento de ida y vuelta al punto en que se suelta, y expresa su valor en unidades de segundos.

3.- Para iniciar, se modifica la posición de equilibrio del péndulo desviándolo un pequeño

ángulo, que al soltarlo adquiere un movimiento oscilatorio. 4.- Repite el experimento variando la longitud del péndulo.

Reporte 1.- ¿Qué pasa al modificar la longitud del péndulo? _______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

Experimento 4


8

Movimiento (movimiento circular)

Materiales 1 canica grande o balín metálico 1 trozo de cuerda o cordón

1 bolsa de plástico pequeña

Procedimiento

1.- Envuelve la canica en la bolsa de plástico y amarra a un extremo el cordón. 2.- Sujeta con la mano el extremo libre de éste, y gira la canica sobre el piso en forma

circular. 3.- Después que la canica adquiera una velocidad constante, suéltela.

Reporte

1.- ¿Qué trayectoria sigue la canica al soltar el cordón? ____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Experimento 5


9

Movimiento (movimiento parabólico)

Materiales 1 regla de plástico de 30 cm 2 monedas iguales

1 mesa

Procedimiento

1.- En la esquina de la mesa coloca una moneda, sostén la regla detrás de ella como se muestra en la figura y coloca la otra moneda en el extremo de la regla que sobresale

de la orilla de la mesa. 2.- Empuja la regla bruscamente hacia la moneda que está en la mesa y observa las

trayectorias de las monedas.

Reporte

1.- ¿Llegan las dos monedas juntas al piso?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Experimento 6


10

Movimiento (gravedad, movimiento uniforme variado y aceleración)

Materiales 1 regla de 1 m 1 tabla de madera lisa de 60 cm

4 libros 1 canica 1 reloj o celular con cronómetro

Procedimiento

1.- Traza dos marcas sobre la tabla, cerca de los extremos y mide la distancia entre ambos puntos.

2.- Coloca un libro sobre otro y mide la altura que tienen. 3.- Coloca la tabla sobre los libros y sitúa la canica sobre la marca superior de la tabla,

suéltala desde ahí, y mide el tiempo que tarda al pasar por la marca inferior.

4.- Repite el experimento agregando dos libros más para aumentar la altura.

Experimento h d t

1

2

Reporte

1.- ¿Encontraste diferencia en el tiempo medido en el segundo experimento?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Experimento 7


11

Primera Ley de Newton (inercia 1)

Materiales 1 moneda 1 carta de baraja

1 vaso

Procedimiento

1.- Coloca la carta de baraja sobre la boca del vaso y después la moneda. 2.- Quita la carta de baraja con rapidez.

Reporte 1.- ¿Qué sucedió con la moneda ?

___________________________________________________________________

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___________________________________________________________________

Experimento 8


12


Materiales 1 mesa o escritorio Objetos pequeños de diferentes pesos (goma, sacapuntas, monedas, entre otros)

Hoja de papel

Procedimiento

1.- Coloca sobre la mesa la hoja de papel procurando que sobresalga la mitad de ella. 2.- Después coloca los objetos encima de la hoja, sobre el extremo que está sobre la

mesa. 3.- Sostén con una mano el extremo libre de la hoja, y después golpea fuertemente con

el borde de tu otra mano el centro de la hoja.

Reporte

1.- ¿Los objetos cayeron o se quedaron sobre la mesa?

______________________________________________________________________________________________________________________________________

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Experimento 9


13


Materiales 1 mesa o escritorio 1 huevo crudo

1 huevo cocido

Procedimiento

1.- Sobre la superficie de la mesa o escritorio gira rápidamente los dos huevos sobre sí mismos.

Reporte 1

¿Cuál de los dos huevos giró más tiempo? _______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

2.- Gíralos nuevamente, detenlos con un dedo y suéltalos rápidamente.

Reporte 2

¿Cuál de los dos se quedó quieto y cuál siguió girando? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

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_______________________________________________________________________

Experimento 10


14


Materiales 1 botella de plástico de 2 lts. 1 liga de hule

30 cm de cordón 1 tijeras 2 lts. de agua

1 regla de 50 cm o una cinta métrica

Procedimiento

1.- Coloca la liga alrededor de la parte baja de la botella y amárrala con el cordón.

2.- Jala la cuerda hasta que la botella comience a moverse. 3.- Mide la longitud que se haya extendido la liga. 4.- Ahora llena de agua la botella.

5.- Vuelve a jalar la cuerda hasta que la botella comience a moverse nuevamente, y mide lo que la liga se extendió en esta ocasión.

Reporte

¿Qué sucedió? _______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Experimento 11

Jalar


15

Segunda Ley de Newton (fricción 1)

Materiales 1 mesa o escritorio 1 tabla de madera lisa de 60 cm, o lámina o acrílico

1 transportador para medir ángulos 2 objetos (libro, borrador, calculadora, entre otros)

Procedimiento

1.- Coloca un objeto sobre el extremo de la tabla e inclínala poco a poco.

Reporte 1

¿Qué sucedió con el objeto al inclinar la tabla?

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reporte 2

Repite el experimento con los demás objetos, y anota en cada caso el ángulo de inclinación de la tabla en el momento que estos se deslizan.

Objeto Ángulo en que empieza a

resbalar = θ

Experimento 12


16


Materiales 1 mesa o escritorio 1 CD

1 tapón de corcho 1 tubo de vidrio 1 globo

Cinta adhesiva

Procedimiento

1.- Inserta el tubo de vidrio en el tapón de corcho.

2.- Pégalo al CD con la cinta adhesiva. 3.- Ensambla el globo al tapón y posteriormente ínflalo, inmediatamente coloca el

dispositivo sobre la mesa. 4.- Da un pequeño impulso al dispositivo, primero cuando el globo esté lleno de aire y

después sin aire.

Reporte

1.- ¿Qué sucedió en ambos casos?

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Experimento 13


17

Leyes de Newton (inercia, fricción y fuerza)

Materiales 1 mesa 5 monedas

1 regla de 30 cm

Procedimiento

1.- Construye sobre la mesa una torre con las monedas. 2.- Alinea la regla con la moneda debajo de la torre.

3.- Deja un extremo de la regla fuera del borde de la mesa, y empuja la regla hacia la torre con un golpe fuerte.

Reporte

1.- ¿Qué sucedió con la torre?

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Experimento 14


18

Tercera Ley de Newton (cantidad de movimiento)

Materiales 1 envase de plástico de 600 ml 1 válvula para inflar balones

1 tapón de hule (o corcho) 1 bomba de aire para bicicleta 200 ml de agua

Procedimiento

1.- Introduce el vástago de la válvula en el tapón de hule de manera que lo atraviese.

2.- Vierte agua en el envase sólo hasta ¼ de su capacidad. 3.- Introduce a presión el tapón con la válvula en la boca del envase y conecta a la

bomba.

4.- Finalmente coloca el envase de manera inclinada e inyéctale aire con la bomba.

Reporte

1.- ¿Qué sucedió?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

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Experimento 15


19

Tercera Ley de Newton (acción y reacción)

Materiales 1 regla de 1 m 1 popote

1 tijeras 5 m de cordón (cuerda) 1 globo mediano

Cinta masking tape 2 sillas o pupitres

Procedimiento

1.- Corta un tramo de popote de 10 cm.

2.- Introduce un extremo de la cuerda en el popote. 3.- Coloca las sillas separadas a 4 m.

4.- Amarra la cuerda en los respaldos de las sillas, procura que quede la cuerda lo más tensa posible.

5.- Infla el globo y dobla su cuello 6.- Mueve el popote a un extremo de la cuerda.

7.- Pega con cinta el globo inflado al popote. 8.- Suelta el globo.

Reporte 1.- ¿Qué sucedió?

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Experimento 16


20

Ley de la gravitación universal (centro de gravedad 1)

Materiales 1 regla o palo de madera o metal de 1 m 1 trozo de plastilina

1 marca textos

Procedimiento

1.- Coloca la regla sobre los dedos índices separados a 80 cm. 2.- Desliza los dedos hacia el centro de la regla y marca el punto de equilibrio.

3.- Pega el trozo de plastilina en un extremo de la regla y repite el paso 1 y 2.

Reporte 1.- ¿Se equilibró la regla en el mismo punto?

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Experimento 17


21


Materiales 1 plomada (tuerca-hilo) 1 clavo

2 figuras irregulares de papel cascarón

Procedimiento

1.- Amarra la plomada y suspéndela del clavo. 2.- Perfora con el clavo la figura por cualquier punto y sostenla dejando que adopte la

posición de equilibrio. 3.- Señala sobre la figura, la línea vertical que pasa por el punto de suspensión.

4.- Cuelga la plomada nuevamente por cualquier otro punto de la figura y señala la nueva línea vertical.

Reporte

1.- ¿Cuál es el centro de gravedad de la figura y como lo comprobarías?

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Experimento 18


22


Materiales 1 regla metálica de 30 cm 1 martillo

1 cordón 1 mesa o escritorio

Procedimiento

1.- Amarra el martillo a la regla con el cordón y colócala en la cubierta de la mesa,

buscando la posición adecuada.

Reporte


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Experimento 19


23


Materiales 1 regla de 30 cm 1 pared

1 persona o compañero voluntario

Procedimiento

1.- Pregunta a la persona ¿Sabes donde está el centro de gravedad de tu cuerpo? 2.- Coloca la regla sobre el piso, a 50 cm de distancia de la pared.

3.- Después solicita al participante que se pare totalmente derecho y con los tobillos juntos, con su espalda pegada a la pared.

4.- Solicita a la persona que en esta posición y sin mover las piernas, intente levantar la regla del piso.

Reporte

1.- ¿Qué ocurrió?

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Experimento 20


24

Ley de la conservación de la energía

Materiales

1 mesa o escritorio

1 regla de 30 cm 60 cm de cuerda o cordón Cinta adhesiva masking tape

1 libro 2 pelotas de goma o espuma (mismo tamaño)

Procedimiento

1.- Mete uno de los extremos de la regla en el libro. 2.- Amarra el centro de la cuerda alrededor del otro extremo de la regla. 3.- Pega con la cinta las pelotas en los extremos sobrantes de la cuerda. Procura que las

cuerdas que sostienen las pelotas sean del mismo tamaño. 4.- Separa las pelotas y suéltalas.

Reporte


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Experimento 21


25

Energía cinética

Materiales

1 mesa o escritorio

1 cubeta pequeña Cinta adhesiva masking tape Papel

1 lápiz Bloque de madera

1 m de cuerda o cordón Tijeras Plastilina

Procedimiento

1.- Amarra la cuerda en el asa de la cubeta. 2.- Sujeta el otro extremo de la cuerda a la mesa, de modo que la cubeta pueda

balancearse aproximadamente a 2.5 cm sobre el piso. 3.- Coloca el papel en el piso debajo de la cubeta suspendida.

4.- Coloca el bloque de madera en el piso delante de la cubeta suspendida. 5.- Mueve la cubeta hacia atrás y déjala chocar contra el bloque, después marca la

posición del movimiento del bloque sobre el papel.

6.- Coloca de nuevo el bloque de madera en el piso delante de la cubeta colgante. 7.- Coloca algunas piezas grandes de plastilina en la cubeta para aumentar su peso.

8.- Nuevamente mueve la cubeta hacia atrás, hasta la misma posición anterior y déjala caer hacia el bloque de madera.

9.- Marca nuevamente la posición del movimiento del bloque sobre el papel.


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Experimento 22


26

Energía mecánica (potencia y cinética)

Materiales 2 libros 1 frasco pequeño de vidrio

1 frasco grande de vidrio 1 regla de 1m 1 mesa o escritorio

Procedimiento

1.- Coloca el lado de uno de los libros sobre el otro, para formar una cuesta. 2.- Después coloca el frasco pequeño en la parte alta del libro inclinado.

3.- Mide la distancia desde el punto donde el frasco se detiene hasta el extremo inferior del libro.

4.- Realiza el mismo procedimiento con el frasco grande.


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Experimento 23


27

Energía potencial y energía cinética

Materiales

1 libro

1 lápiz 1 regla con ranura en el centro 1 vaso de cartón o unicel de 250 ml (8 onzas)

1 tijeras 1 canica

Procedimiento

1.- Corta un cuadro de 2.5 cm de cada lado, en la parte alta o boca del vaso. 2.- Coloca el vaso sobre la regla (el extremo de la regla debe tocar el vaso). 3.- Levanta el otro extremo de la regla y colócala sobre el lápiz.

4.- Coloca la canica en la ranura central de la regla en su extremo más elevado y suelta la canica. Observa el vaso.

5.- Levanta el extremo de la regla y colócala sobre el libro. 6.- Coloca nuevamente la canica en la ranura del extremo más alto de la regla y suelta la

canica. Observa el vaso.

Reporte

1.- ¿Qué sucedió con la canica y el vaso en los dos experimentos?

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Experimento 24


28

Energía mecánica (trabajo y temperatura)

Materiales 1 lata con tapa

1 termómetro de mercurio o bimetálico 250 g de arena seca 1 mesa

Procedimiento 1.- Coloca la arena en la lata, mide la temperatura de la arena con el termómetro y anota

la temperatura obtenida. 2.- Tapa la lata y agítala vigorosamente durante 2 minutos. 3.- Finalmente mide una vez más la temperatura de la arena.

Reporte

1.- ¿Qué sucedió? ___________________________________________________________________

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Experimento 25


29

Energía mecánica (conservación de la energía mecánica)

Materiales 5 canicas 3 libros de pasta dura de 3 cm de espesor

1 mesa o escritorio

Procedimiento

1.- Apoya los libros contra una pared, sin dejar espacios entre ellos, con los lomos hacia

abajo, para construir un carril; levanta el extremo de uno de los libros 2 o 3 cm para formar una rampa y conéctalo al nivel con el libro que sigue.

2.- Coloca 4 canicas en la parte horizontal del carril tocándose cada una con la siguiente, suelta ahora la otra canica desde arriba de la rampa.

Reporte


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Experimento 26


30

Energía mecánica (transferencia de energía mecánica)

Materiales 1 clavo 1 martillo

1 tapa de plástico de 7.5 cm de diámetro Cuerda o cordón de 1 m de largo

Procedimiento 1.- Con el clavo, realiza dos orificios a 5 mm de separación entre uno y el otro, en el

centro de la tapa de plástico.

2.- Pasa las puntas de la cuerda por los orificios de la tapa y realiza un nudo con las dos puntas. Cerciórate que no este enredada la cuerda.

3.- Mueve la tapa hacia el centro de la cuerda en forma de círculo.

4.- Solicita a un compañero que sujete con una mano un extremo de la cuerda mientras tú sujetas el otro extremo con tu mano y jalen la cuerda hasta tensarla.

5.- Con la otra mano haz girar la tapa 20 veces en una dirección, de manera que la cuerda quede enrollada y suelta la tapa. Observa el movimiento de la cuerda y el de

la tapa.

Reporte


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Experimento 27


31

Explicación de Experimentos

Experimento 1

Magnitudes (mediciones)

Al realizar mediciones se cometen errores debido a la falta de práctica, experiencia o

habilidad de quién está realizando la medición o a las imprecisiones propias del aparato empleado.

Es por esto, que al hacer la medición de una misma magnitud varias veces, se encuentran resultados diferentes para cada una de las mediciones.

Experimento 2 Vectores (distancia, desplazamiento y suma de vectores por el método gráfico)

La distancia es una magnitud escalar y se expresa como la longitud de la trayectoria seguida por el alumno, mientras que el desplazamiento es una cantidad vectorial que

tiene magnitud y dirección, se determina independientemente de la trayectoria, basados únicamente en la posición inicial y final.

Experimento 3 Movimiento (velocidad promedio)

Se necesita una fuerza (acción de atracción o de repulsión) para mover cualquier cosa. La fuerza que una persona utiliza para mover su cuerpo se llama fuerza muscular

(fuerza ocasionada por cambios de longitud de los músculos del cuerpo). El movimiento (acto o proceso de cambiar de posición) se mide en velocidad, que es la

rapidez a la que se recorre una distancia en un tiempo determinado. La distancia total avanzada dividida entre el tiempo total para recorrerla se llama velocidad promedio. Todos los compañeros competidores que participaron en la actividad emplearon la

misma clase de movimiento, caminar con rapidez, pero unos pudieron haberlo hecho con más rapidez que otros logrando una mayor velocidad promedio. Una de las

razones para las diferencias en las velocidades promedio de los competidores puede ser el largo de las piernas, quienes las tienen más largas avanzarán más en 10

segundos.

Experimento 4 Movimiento (movimiento armónico simple)

El movimiento oscilatorio del péndulo es independiente de su masa, como cualquier

objeto cuyo movimiento está determinado por la fuerza gravitacional. Es por ello, que el período depende únicamente de la longitud del hilo.


32

Experimento 5

Movimiento (movimiento circular)

La única fuerza que se ejerce sobre la canica está dirigida hacia el centro del movimiento circular y se llama fuerza centrípeta. Sobre la canica no se ejerce fuerza

alguna dirigida hacia afuera. Cuando se suelta el cordón, la canica que giraba se mueve en línea recta tangente hacia su trayectoria circular, no hacia afuera respecto al centro de la misma.

Experimento 6 Movimiento (movimiento parabólico)

La moneda que está sobre la regla no es desplazada por ésta, si no que cae al piso de

forma vertical (caída libre) debido a la inercia. La moneda que está sobre la mesa al ser golpeada por la regla adquiere una trayectoria parabólica; sin embargo, aunque las monedas adquieren movimientos independientes entre sí, las dos monedas caen al

piso al mismo tiempo a consecuencia de la fuerza de gravedad.

Experimento 7 Movimiento (gravedad, movimiento uniforme variado y aceleración)

La canica llega más pronto a la marca inferior cuando la altura de los libros es más grande, porque su aceleración es mayor debido a que ésta depende de la altura; entre

mayor sea la altura de los libros la inclinación de la tabla se aproximará a una caída libre. El movimiento uniformemente variado se tiene cuando cualquier cuerpo cae en caída libre o rueda por una pendiente o, cuando la velocidad experimenta cambios

iguales en cada unidad de tiempo.

Experimento 8 Primera Ley de Newton (inercia 1)

La moneda cae dentro del vaso debido a la propiedad de la inercia, que se define como la tendencia que tienen los cuerpos a permanecer en su estado original (reposo o movimiento) siempre y cuando no actúe una fuerza externa.


Los objetos permanecen sobre la mesa debido a la propiedad de inercia; que se define

como la resistencia que tienen los objetos a cambiar su estado de movimiento o de reposo. Cabe mencionar que el golpe sobre el papel debe ser fuerte para vencer la fuerza de fricción entre los objetos y el papel.


33

Experimento 10


Explicación del reporte 1 El huevo crudo gira más tiempo porque la masa líquida que está dentro de él tenderá

a seguir girando, debido a su inercia.

Explicación del reporte 2

En el segundo caso la masa líquida del interior del huevo crudo continúa girando aún después de que el cascarón está en reposo. Por el contrario, el contenido del huevo

cocido, se detiene al mismo tiempo que su cascarón.


La liga se extendió muy poco cuando la botella estaba vacía y extendió mucho con la

botella llena de agua, debido a la inercia. La inercia es la resistencia de los cuerpos al cambio de su estado de reposo o de movimiento. La liga se extendió muy poco

cuando la botella estaba vacía, por que la poca masa de ésta ofrece poca resistencia a ser movida. Por el contrario, cuando se llenó la botella con agua, aumento el peso y

opuso más resistencia; es decir, mostró mayor inercia.

Experimento 12 Segunda Ley de Newton (fricción 1)

Explicación del reporte 1

Cuando el ángulo de inclinación es pequeño, el objeto no resbala, pero al ir aumentando la inclinación llega el momento en que el objeto empieza a resbalar;

porque al aumentar el ángulo aumenta también la componente del peso en la dirección del plano, hasta que, llegado un momento iguala y supera ligeramente a la fuerza de fricción estática máxima, por lo que, el objeto empieza a moverse hacia

abajo.

Explicación del reporte 2 La diferencia entre los valores obtenidos es debido a que la fricción es diferente para cada par de superficies en contacto.


34

Experimento 13


En el primer caso el dispositivo se desliza con gran facilidad, debido a que al dejar escapar el aire entre el CD y la superficie de la mesa se rompe la fricción que existe

entre ellos; y en el segundo caso al no existir el colchón de aire, la fricción entre el CD y la superficie es mucho mayor, por lo tanto, se desliza con mayor dificultad.

Experimento 14 Leyes de Newton (inercia, fricción y fuerza)

Cuando la regla golpea la moneda de la base, ésta sale de su lugar, pero el resto de la torre permanece en su sitio, porque la única moneda que recibe la fuerza es la de

abajo y el resto de las monedas no, por su inercia permanece en su lugar. La moneda que se movió se detendrá por la fricción que hay entre ella y la mesa. La ley de la inercia dice “ningún cuerpo por sí sólo puede modificar su estado de

reposo o de movimiento, ya que para modificarlo se requiere la manifestación de una fuerza resultante que actúe sobre él”.

Experimento 15 Tercera Ley de Newton (cantidad de movimiento)

Lo que sucede es que la presión interna expulsa el tapón y su contenido de agua, al

mismo tiempo que el envase sale disparado a gran velocidad. Además que, la masa del agua al ser expulsada adquiere una cierta cantidad de movimiento que debe ser igual a la cantidad de movimiento que adquiere el envase y

de sentido opuesto, cumpliéndose por lo tanto la ley de la conservación de la cantidad de movimiento y la tercera ley de Newton.

Experimento 16 Tercera Ley de Newton (acción y reacción)

El popote con el globo unido a él se desliza por la cuerda. El movimiento se detiene al extremo de la cuerda, o bien cuando el globo se desinfla.

La ley de la acción y la reacción indica que cuando se impulsa un objeto, el objeto impulsa a su vez en sentido contrario. Cuando se abre el globo, las paredes del mismo

empujan el aire hacia fuera. Cuando el globo empuja el aire hacia fuera, el aire empuja a su vez hacia delante, y el globo se mueve arrastrando con él al popote. La cuerda y el popote sirven para mantener el globo en un rumbo recto.


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Experimento 17


En el primer caso el centro de gravedad de la regla coincide con su centro geométrico,

pero en el segundo caso cuando se coloca un peso en uno de los extremos, el centro de gravedad es desplazado.

Experimento 18 Ley de la gravitación universal (centro de gravedad 2)

El centro de gravedad es el punto de aplicación de la fuerza (peso) de un cuerpo. El

equilibrio de éste, está condicionado por el centro de gravedad. Si las figuras se colocan en donde se intersectan las verticales sobre la punta de un lápiz y se sostienen, encontrarás el centro de gravedad.


El arreglo (regla, cordón, y martillo), queda suspendido sobre la cubierta de la mesa; porque su centro de gravedad se ubica en la misma línea vertical que el punto de apoyo del arreglo en la mesa. Nota: El centro de gravedad de un objeto puede estar

en un punto en el que no hay materia.


Todos los objetos tienen un centro de gravedad o de masa: es el punto donde pareciera estar concentrada toda la masa del cuerpo al moverse; y al poyarse en el

cual, el objeto se mantiene en equilibrio. En este experimento la persona participante no puede levantar la regla del piso, porque su centro de gravedad (el cual se localiza

aproximadamente a 4 dedos debajo del ombligo) no esta en equilibrio con respecto a su punto de apoyo, ya que éste se encuentra concentrado en los pies.


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Experimento 21

Ley de la conservación de la energía

Las pelotas continúan chocando separándose hasta llegar a un punto donde dejan de

moverse. La ley de la conservación de la energía indica que la energía no se pierde ni se crea. Las cosas comienzan a moverse porque tienen energía, y se detienen cuando pierden la energía. La energía para elevar las pelotas proviene de ti mismo, ya que al

soltar las pelotas permites que la energía, debido a su altura, o energía potencial, se cambie en energía del movimiento, o energía cinética.

Las pelotas cambian su energía entre ellas al chocar. La energía tiene una magnitud y una dirección. Al chocar, las pelotas reciben una cantidad determinada de energía. Reciben también un impulso en dirección contraria, lo que da por resultado un

movimiento hacia atrás después del contacto. La energía del movimiento se cambia a energía térmica cuando las pelotas chocan y rozan contra las moléculas del aire. Las

pelotas dejan de moverse cuando se acaba su energía, pero el aire alrededor de las pelotas está más caliente, debido a que ha recibido energía térmica. Le energía no se pierde nunca, cambia únicamente a otra forma, o se transfiere a otro objeto.

Experimento 22 Energía cinética

El bloque de madera se mueve más lejos al recibir el choque de la cubeta con más peso. La cubeta se elevó hasta la misma altura las dos veces, y la velocidad fue

constante. La masa de la cubeta aumentó al agregar la plastilina. La energía cinética (energía de movimiento) aumenta cuando la masa de un objeto en movimiento aumenta. La cubeta más pesada tiene mayor energía al chocar contra el bloque de

madera, y de esta forma lo empuja más.

Experimento 23 Energía mecánica (potencia y cinética)

El frasco de mayor masa avanza más que el pequeño, porque la fricción del aire, del libro y del piso es relativamente la misma en ambos eventos, por lo tanto, son

despreciables. La diferencia está en la masa de los dos frascos, conforme aumenta la masa de un objeto que rueda, aumenta también su energía y al mantener constante la

altura, es la masa de cada uno de los frascos lo que determina el cambio en la distancia que recorre.


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Experimento 24

Energía potencial y energía cinética

El vaso se mueve cuando la canica choca contra él. El vaso se mueve una distancia

mayor cuando la regla está sobre el libro. Los objetos en reposo tienen energía potencial. Cuando más alto se encuentra el objeto sobre la tierra, mayor es su energía potencial. Cuando los objetos caen o ruedan por una inclinación su energía potencial

cambia a energía cinética-energía de movimiento. Al aumentar la altura la canica dará más vueltas, por lo tanto aumentará la energía y chocará contra el vaso con más

fuerza.

Experimento 25

Energía mecánica (trabajo y temperatura)

Al agitar la arena estamos realizando un trabajo sobre ella al cambiar su energía mecánica (cinética, potencial o ambas), según la forma como se agite; por eso

obtenemos un incremento de la temperatura de la arena.

Experimento 26 Energía mecánica (conservación de la energía mecánica)

Cuando se suelta una canica y ésta golpea el resto, sale disparada la última canica de la línea, porque cuando está en lo alto de la rampa posee una energía potencial,

después al ir bajando por la rampa se transforma en energía cinética y al golpear las otras canicas se conserva su energía porque la adquiere la última canica de la fila y se

produce un choque elástico. Si repetimos el experimento haciendo descender dos canicas, serán dos canicas las que saldrán disparadas de la fila.

Experimento 27 Energía mecánica (transferencia de energía mecánica)

Al irse enredando la cuerda, la tapa gira en dirección contraria a las vueltas que le

diste. Al girar la cuerda se enrolla en dirección contraria hasta que la tapa deja de girar. Entonces, la cuerda se enrolla otra vez y la tapa gira en dirección contraria. Esta

acción se repite varias veces por sí misma, pero cada vez que la tapa gira en la dirección opuesta, gira a menor velocidad y lo hace durante menos tiempo, hasta que finalmente se detiene.

La energía mecánica es energía de movimiento, y es la suma de las energías potencial y cinética. Al girar la tapa se emplea fuerza muscular para realizar un trabajo sobre

ella. A su vez, la tapa realiza un trabajo sobre la cuerda al enrollarla. A mayor trabajo sobre la tapa, el sistema tapa-cuerda tendrá más energía mecánica. En la cuerda se almacena energía mecánica potencial. Al soltar la tapa, la cuerda se desenrolla y la


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energía almacenada se transforma en energía mecánica cinética. Al irse desenrollando la cuerda, la tapa gira. La velocidad de la tapa aumenta cuando ésta gana energía

mecánica cinética. Cuando la cuerda se desenrolla por completo, se termina la energía mecánica potencial causada por el trabajo realizado sobre la cuerda. La energía mecánica cinética transferida a la tapa se transfiere entonces de regreso a la cuerda,

haciendo que ésta se enrolle en dirección opuesta. Esta transferencia de energía de un lado a otro continúa, pero en cada transferencia la

cuerda se enrolla menos y la tapa gira más despacio. La Ley de conservación de la energía mecánica establece que la suma de las energías potencial y cinética de un objeto permanece igual mientras no haya una fuerza externa que actúe sobre ellas.

Pero hay una fuerza externa-la fricción-que está actuando sobre la cuerda. Debido a la fricción, una parte de la energía de rotación se está transformando en otras formas de

energía, como calor y sonido. Al final ya no queda suficiente energía para enrollar la cuerda y hacer girar la tapa, por lo que ésta se detiene. La energía de la cuerda y de la

tapa no se destruyó, sólo asumió otra forma. Esto comprueba la Ley de conservación de la energía, según la cual, en condiciones normales, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.


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Glosario

Centro de gravedad. Punto en que un objeto alcanza el equilibrio. El peso del objeto queda entonces distribuido por igual alrededor de este punto.

Energía (E). Capacidad para realizar un trabajo.

Energía cinética (KE). Energía del movimiento; tiene magnitud a la vez dirección.

Energía mecánica. Energía de movimiento; suma de las energías potencial y cinética de un objeto.

Energía potencial (PE). Energía acumulada en un objeto debido a su posición o condición.

Energía potencial gravitacional (GPE). Energía potencial debida a la altura de un

objeto sobre una superficie.

Fricción. Fuerza que se opone a un objeto en movimiento y que lo obliga a

detenerse. Fuerza. Acción de atracción o repulsión sobre la materia.

Gravedad. Impulso hacia debajo de todos los objetos, al que se conoce como peso

del objeto.

Impulso. La fuerza que mueve un objeto hacia delante. Inercia. Es la resistencia que ofrece un objeto a que se cambie su reposo o

movimiento. Los objetos estacionarios continúan un reposo, en tanto que los objetos en movimiento continúan desplazándose a causa de la inercia. Los objetos

estacionarios se mueven y los objetos en movimiento se detienen por la acción de alguna fuerza externa.

Ley de la conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye , sólo pasa de una forma a otra.

Ley de conservación de la energía mecánica. Establece que la suma de las

energías potencial y cinética de un objeto permanece igual mientras no actúe sobre

ellas ninguna fuerza externa.

Ley de Newton de la acción y la reacción. Cuando se mueve un cuerpo, éste empuja en dirección contraria, con una fuerza igual y opuesta.

Masa. La cantidad de materia de un objeto.

Materia. Todo lo que ocupa espacio y tiene peso.


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Peso. La cantidad de atracción que aplica la gravedad sobre un objeto.

Primera ley de Newton. O Ley de la inercia, todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

Segunda Ley de Newton. O ley de la fuerza, el cambio de movimiento es

proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Tercera Ley de Newton. O Ley de acción y reacción, con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son

iguales y dirigidas en direcciones opuestas.

Trabajo. Se realiza cuando se aplica una fuerza a un objeto y éste se mueve.

Biobliografía

VanCleave, J. (2008 ). Física para niños y jóvenes, México, D.F.: Limusa Noriega

Editores. VanCleave, J. (2010 ). Enseñanza la ciencia de forma divertida, México, D.F.: Limusa

Noriega Editores.

Peñuelas,A., Iribe. M., Aispuro. K., Osuna. M., Arias.L.(2002). Cuaderno de experimentos de Física del nivel bachillerato, Culiacán, Sinaloa.: Centro de Ciencias

de Sinaloa. González. C., Guzmán. B., Patiño. L., Piñon. S. (2000). Manual de experimentos para

el maestro, León, Gto.: Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Guanajuato.

Sitios en Internet

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MIS NOTAS _________________________________________________________________

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