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UNIDAD 1 ACERCA DE LA FÍSICA

TIEMPO: 10 HORAS

Esta Unidad tiene el carácter de introducción al desarrollo y adquisición de los elementos de la metodología de investigación de la física, a la vez que pretende despertar en el estudiante el interés por esta disciplina. El alumno conocerá algunos aspectos de la metodología que la física utiliza en la investigación y explicación de fenómenos físicos, de forma cualitativa y reconocerá la relación de la física con su cotidianidad.

Se propiciará que los alumnos participen en forma individual o grupal planteando preguntas sobre el sistema o fenómeno observado y propongan soluciones o respuestas que se pondrán a prueba. Los elementos considerados en esta Unidad deberán ser retomados a lo largo de todo el curso, cuando se analicen los sistemas con mayor profundidad. PROPÓSITOS Al finalizar la Unidad, el alumno:

• Tendrá una visión introductoria y global de la importancia de la física, a partir de investigación documental y ejemplos de fenómenos físicos ocurridos en su vida cotidiana.

• Aumentará su capacidad de observación y descripción de algunos fenómenos físicos sencillos. • Conocerá que los principales elementos de carácter metodológico en física son: el planteamiento de problemas

y la elaboración y contrastación experimental de hipótesis. • Valorará la importancia del estudio de la física y su impacto en las ciencias y la tecnología, por medio de la

realización de proyectos de investigación escolar.

UNIDAD 1. ACERCA DE LA FÍSICA

TIEMPO: 10 horas APRENDIZAJES TEMÁTICA ACTIVIDADES SUGERIDAS

El alumno: 1 Conocerá la división de la física y su relación con otras ciencias. N1 2 Relacionará la Física con la tecnología y su importancia en la sociedad a través de hechos relevantes en su desarrollo. N1

1. Importancia de la física.

• Ramas de la física.

• Física, tecnología y sociedad.

Por medio de lluvia de ideas sobre aspectos de la vida y del entorno del alumno, indica donde se manifiesta la física. ¿Qué importancia tiene la Física en tu vida diaria? ¿Aplicas algún principio o ley de la Física en tus actividades cotidianas?

• Individualmente el alumno, realiza una

investigación documental sobre las características y la división de la física como parte de la ciencia y su relación con otras ciencias, (ejemplo biofísica, geofísica, etc.). Así como hechos relevantes en la historia de la física.

• Lectura del capítulo 2 de Feynman ver referencia al final

• En equipo los alumnos realizan una línea del tiempo de hechos relevantes de la física y, la presentan al grupo.

3 Identificará las magnitudes físicas (constantes y variables) que permiten

2. Sistemas físicos

• Magnitudes y variables físicas

• .Se pedirá al alumno que describa y explique sistemas físicos solicitados

una mejor descripción y estudio de diferentes sistemas físicos. N1 4. Establecerá la correlación entre las variables dependiente e independiente en el estudio de un fenómeno. N2

• Variable dependiente e independiente.

previamente (ejemplo juguetes o instrumentos utilizados en el hogar)

¿Qué es un sistema físico? ¿Qué necesitas para describirlo? ¿Qué es una magnitud? ¿Cuáles son los diferentes tipos de magnitud? ¿Qué es medir? ¿Qué es una variable? ¿Cuántos tipos de variables existen?

• Dejar caer una pelota y medir la altura que alcanza al primer rebote,

¿De qué depende que una pelota alcance mayor altura en el primer rebote?, Anexo 1.

• Diseña una actividad experimental para determinar qué variable es determinante para alcanzar la máxima altura

5. Aplicará algunos elementos de la metodología científica en la descripción y explicación de fenómenos físicos. N3

3. Física: relación teoría-experimento.

• Observación y planteamiento de hipótesis.

• Construcción y contrastación de modelos

Realizar actividad experimental presentada en el anexo 2

Evaluación:

Conceptual:

Investigación y discusión de temas con su correspondiente reporte, elaboración de mapas conceptuales, examen escrito.

Procedimental:

Realización de actividad experimental y reporte correspondiente, resolución de ejercicios de aplicación de temas vistos en clase. Rúbricas, para evaluar las investigaciones documentales y las exposiciones.

Actitudinal:

Disposición al trabajo tanto en forma individual, como en equipo, cumplimiento con el material solicitado para actividades en clase, asistencia constante a clase, participación en discusiones de temas solicitados, entrega oportuna de los trabajos requeridos.

Bibliografía

Cetto, A. M. (1993). El Mundo de la Física (Vol. 1). México.

Lozano, J. M. (2001). Cómo acercarse a la física. México: CNCA-Limusa.

Feynman, R. (2006). Seis piezas fáciles (1 ed.). Barcelona, España: Drakontos.

Giancoli, D. C. (2006). Física, principios con aplicaciones (6 ed.). México: Pearson.

Hewitt, P. G. (2007). Física Conceptual (10 ed.). México.

Hewitt, P. G. (2012). Física Conceptual (10 reimp. ed.). México: Trillas.

Pérez, R. (2002). Cómo acercarse a la ciencia. México: Limusa.

Ramos, J. (2009). Física I (1 ed.). México, México: CCH-O/UNAM.

Tippens, P. E. (2007). Física, Conceptos y Aplicaciones (7 ed.). México: Mc Graw-Hill.

Fuentes complementarias de consulta

Bennet, C. E. (2011). Física sin matemáticas (40 reimp. ed.). México: Patria.

Giambatista, R. (2009). Física. México: Mc Graw-Hill.

Hecht, E. (1999). Física: Álgebra y Trigonometría. México: Thompson.

Wilson, J. D. (1996). Física (2 ed.). México: Pearson.

Fuentes de consulta electrónicas

La Guía. (2013). Obtenido de http://fisica.laguia2000.com/general/ramas-de-la-fisica

FISICA!¡. (2013). Obtenido de FISICA!¡: http://fisica-nayi-dani.blogspot.mx/2012/02/definicion-y-ramas-de-la-fisica.html

HISTORIA DE LA FISICA. (2013). Obtenido de HISTORIA DE LA FISICA: http://mural.uv.es/sansipun/

UNIDAD 2. FENÓMENOS MECÁNICOS

TIEMPO: 40 HORAS

En esta Unidad se muestran al estudiante algunos aspectos de la metodología utilizada en la investigación y explicación de fenómenos físicos mecánicos, que servirán como base para el desarrollo de las unidades subsecuentes. Se propicia que los alumnos participen planteando preguntas sobre los movimientos de su entorno y que propongan soluciones o respuestas que se pondrán a prueba. Se pretende que el estudiante comprenda que las magnitudes físicas son propiedades cuantificables que permiten describir y analizar a los sistemas para predecir sus cambios. Así mismo, que vea en las Leyes de Newton y de la Gravitación Universal algunos elementos determinantes para una síntesis de la mecánica.

Es importante que en el desarrollo de la Unidad se destaque que la Mecánica se sustenta en principios fundamentales, productos de la observación y la experimentación, así como su importancia en el desarrollo científico-tecnológico y su impacto en la sociedad. Algunos de los conceptos desarrollados en esta unidad se retoman y amplían en las siguientes unidades para la construcción de nuevos aprendizajes dirigidos a la adquisición de actitudes y valores, en particular, los relacionados con el concepto de energía y su uso racional.

Los ejercicios que se presenten harán énfasis en el carácter físico de los fenómenos en situaciones reales. Se sugiere que el desarrollo de proyectos de esta unidad sea dirigido a aspectos de aplicación tecnológica, considerando los recursos y equipos disponibles, con el apoyo y guía constantes del profesor.

PROPÓSITOS

Al término de la Unidad, el alumno:

• Conocerá algunos conceptos básicos utilizados en la descripción del movimiento y los empleará adecuadamente para explicar algunos fenómenos mecánicos cotidianos.

• Aplicará la metodología científica en la comprensión y resolución de problemas mecánicos de su entorno. • Valorará la importancia del estudio de la mecánica y su impacto en las innovaciones tecnológicas para desarrollar una

actitud crítica y responsable en el uso de éstas. • Empleará las Leyes de Newton y de la Gravitación Universal para explicar y describir el comportamiento de cuerpos, a

través del análisis del movimiento de los planetas. • Comprenderá que las Leyes de Newton y de La Gravitación Universal representan una síntesis en el estudio del

movimiento, a través de la investigación y contextualización de estas ideas en el desarrollo de la Física. • Comprenderá que los principios de conservación de la energía mecánica y el momento lineal permiten una descripción

complementaria del movimiento al contrastar sus predicciones con las del esquema newtoniano.

UNIDAD 2. FENÓMENOS MECÁNICOS TIEMPO: 40 HORAS

APRENDIZAJES TEMÁTICA ACTIVIDADES SUGERIDAS

El alumno:

1. Entenderá las variables relevantes en el estudio del movimiento rectilíneo de partículas. N2.

2. Aplicará las ecuaciones de movimiento rectilíneo uniforme a ejemplos de la vida cotidiana. N3.

3. Describirá las características del MRUA N1.

4. Empleará métodos gráficos para representar y entender movimientos de su entorno. N3.

5. Entenderá los estados básicos de movimiento: Reposo y MRU. N2.

1. Variables relevantes en la descripción del movimiento.

• Desplazamiento, posición y distancia

• Velocidad media • Aceleración media

2. Representación gráfica de movimientos

• Sistemas de referencia cartesianos.

¿Qué significa moverse?

Investigación sobre el movimiento rectilíneo: conceptos, gráficas y ecuaciones.

Realizar la actividad experimental “movimiento rectilíneo uniforme”, anexo 1, propuesta por el profesor y exponer sus resultados ante el grupo.

6. Resolverá problemas sencillos del MRUA. N3.

7. Explicará las diferencias y semejanzas entre el MRU y el MRUA. N2.

8. Entenderá que las fuerzas son las causas de variaciones de la cantidad de movimiento de sistemas mecánicos. N2.

9. Aplicará las leyes de movimiento de Newton a situaciones de su entorno con fuerzas constantes, a través de métodos gráficos y cualitativos. N3.

3. Primera Ley de Newton.

• Inercia y sistemas inerciales. • Movimiento libre de fuerzas. • Movimiento con fuerza neta

cero.

4. Segunda Ley de Newton.

• Fuerza y cantidad de movimiento.

• Resultante de fuerzas colineales.

• Movimiento bajo fuerza constante (tiro parabólico).

5. Tercera Ley de Newton.

• Interacciones entre pares de partículas.

¿Qué le sucede a los pasajeros del metro cuando éste frena súbitamente?

Actividad experimental con dos envases de plástico y una carta.

Investigación documental y/o en sitios de Internet acerca de las leyes de Newton, características del MRUA.

Acceder al tema de DINAMICA en el sitio de internet y estudiar fuerzas y leyes de Newton: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Dinamica

Al finalizar hacer el test de leyes de Newton: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Dinamica/cuestdin1.htm

10. Aplicará las leyes de Newton al choque entre dos partículas en una dimensión, para obtener el principio de conservación del momento lineal del sistema. N3.

11. Reconocerá en las leyes de movimiento de Newton y en la Ley de la Gravitación Universal algunos elementos de la síntesis de la mecánica. N1.

12. Describirá las características del MCU (Q, t). N1.

13. Aplicará los conceptos de aceleración y fuerza centrípeta en movimientos de su entorno. N3.

14. Resolverá ejercicios sencillos de la ley de gravitación universal y movimiento planetario. N3.

6. Principio de conservación del momento lineal de un sistema.

• Colisiones en una dimensión

8. Síntesis newtoniana.

• Ley de Gravitación Universal

Realización de actividad experimental como la del MRUA, anexo 2.

Aplicación de las leyes de Newton a la

resolución de ejercicios de libros o de sitios de Internet, en clase. Resolver de tarea otros similares.

¿Cómo se juega la carambola en una mesa de billar?

Proyecto de investigación sobre el peritaje en los accidentes viales. Construcción de una cuna de Newton.

¿Por qué se mueven los planetas alrededor del sol?

Ver la animación de gravitación de edumedia-sciences y contestar el cuestionario, anexo 3.

Discusión grupal de los conceptos

• Movimiento Circular Uniforme

• Fuerza Centrípeta y movimiento de planetas.

principales de gravitación universal.

Construcción de una tabla comparativa de los valores de la aceleración de la gravedad en diferentes planetas.

Análisis del movimiento de una rueda de la fortuna a través del Tracker.

Construcción de un mapa conceptual que muestre la estructura de la mecánica de Newton.

15. Asociará el concepto de trabajo

mecánico con fuerzas y desplazamientos. N1.

16. Entenderá que la energía mecánica

es la suma de la energía cinética y energía potencial. N2.

9. Trabajo mecánico.

10. Energía y sus diferentes formas

• Energías potencial gravitacional

¿Qué es necesario para realizar un trabajo?

Realizar la estrategia “Principio de conservación de energía”, anexo 4.

Descargar e instalar el programa “tracker”, para analizar videos de tiro

17. Relacionará los cambios en la

energía cinética o potencial de un sistema con el trabajo realizado (por o sobre él). N2.

18. Aplicará el concepto de energía y su principio de conservación en la resolución de problemas. N3. 19. Conocerá el impacto de las pérdidas

de energía por fricción en movimientos cotidianos. N1.

20. Reconocerá la importancia del

concepto de potencia y su relación con el consumo de energía. N1.

21. Conocerá el movimiento oscilatorio y

sus variables característicos. N1.

22. Aplicará el principio de conservación de la energía al problema del oscilador armónico en una dimensión. N3.

y elástica. • Energía cinética.

11. Conservación de la energía mecánica.

• Pérdidas de energía por fricción.

12. Potencia mecánica.

vertical.

Ejercicios de trabajo mecánico, energía cinética y energía potencial gravitacional.

Asistencia a las muestras experimentales y conferencias organizadas por SILADIN.

Resolución de ejercicios que involucren el principio de conservación de la energía: la montaña rusa.

Investigación documental sobre la fricción y la industria de los lubricantes.

¿Por qué se dice que los autos de carreras son muy potentes?

Discusión sobre la potencia de una

13. El oscilador armónico simple y lineal.

• Conservación de energía en el oscilador armónico

lavadora.

Realizar una estrategia con el Tracker para analizar el video de un péndulo simple o de un oscilador con resorte y masa para comprobar el principio de conservación de la energía.

EVALUACIÓN

En concordancia con las características señaladas para la evaluación en el programa y atendiendo a las sugerencias de aspectos a evaluar, se propone lo siguiente:

• Llevar un registro de asistencia y entrega oportuna de tareas. • Hacer revisiones periódicas de una bitácora que el alumno construirá a partir de sus conclusiones individuales y por

equipo. • Usar una rúbrica para la evaluación de actividades experimentales y de investigación documental, abarcando los

aprendizajes conceptuales, procedimentales y actitudinales. • Registrar los resultados de problemas propuestos a los alumnos, en clase o de tarea. • Evaluar la construcción de mapas conceptuales mediante una rúbrica. • Realizar exámenes escritos. • Registrar avances y logros de proyectos de investigación escolar asignados. • Registrar avances y logros de construcción de prototipos.

• Registrar reseñas de visitas a museos, planetarios, muestras experimentales, películas y conferencias.

Bibliografía para alumnos

Bueche, F. (1998). Fundamentos de Física (5 ed.). México: Mc Graw-Hill.

Cromer, A. H. (1996). Física para las ciencias de la vida. España: Reverté.


Ramos, J. (2011). Física I (1 ed.). México, México: CCH-O/UNAM.

Ramos, J. (2012). Física II (1 ed.). México: CCH-O/UNAM.

Serway, R. A. (2005). Física. México: Pearson.


Wilson, J. D., & Buffa, A. J. (2007). Física. México: Pearson.

Zitzewitz, P. W., Neff, R., & Davis, M. (2002). Física, principiosy problemas. México.


CIENCIAS GALILEI. (2013). Recuperado el 15 de 4 de 2013, de CIENCIAS GALILEI: http://www.acienciasgalilei.com/

eduMedia. (2013). Recuperado el 15 de 4 de 2013, de eduMedia: http://www.edumedia-sciences.com/es/

FisQuiWeb. (2013). Recuperado el 15 de 4 de 2013, de FisQuiWeb: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/

University of Colorado at Boulder. (2013). Interactive Simulations. Recuperado el 15 de 4 de 2013, de PhET: http://phet.colorado.edu/

Bibliografía para profesores

Leighton, R., & Sands, M. The Feynman's Lectures on Physics.

Libros de ciencia, librería on-line. (2013). Recuperado el 15 de 4 de 2013, de urss.ru: http://urss.ru/cgi-bin/db.pl?lang=sp&blang=ru&page=Bookstore&list=1

Alonso, M., & Finn, E. J. (1971). Física (Vol. I). Fondo educativo Interamericano.

Bueche, F., & Hecht, E. (2007). Física General. México: Mc Graw-Hill.

Fendt, W. (2013). Applets Java de Física. Recuperado el 15 de 4 de 2013, de Applets Java de Física: http://www.walter-fendt.de/ph14s/

Franco García, Á. (2013). Física con ordenador. Recuperado el 15 de 4 de 2013, de Curso Interactivo de Física en Internet: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/index.html

Goldstein, H., Poole, C., & Safko, J. (2000). Classical Mechanics (3 ed.). USA: Addison Wesley.

Resnick, R., & Halliday, D. (2002). Física (Vol. I). México: CECSA.

UNIDAD 3. FENÓMENOS TERMODINÁMICOS TIEMPO: 30 horas

En esta Unidad el alumno ampliará sus conocimientos sobre el concepto de energía, reconociendo su interpretación en los fenómenos térmicos, al considerar cuerpos (como sistemas de partículas) y sus interacciones, de tal forma que se resaltan los conceptos de transferencia y conservación de la energía, en un primer momento. Se identifica a la energía interna de los sistemas y se abordan las formas elementales de cambiarla mediante procesos de transferencia: calor, trabajo y radiación. Se enuncia y ejemplifica la primera ley de la termodinámica y su relación con el principio de conservación de la energía.

En un segundo momento, se estudian los procesos de transformación y degradación de la calidad de la energía mediante el estudio elemental de las máquinas térmicas, destacando sus aplicaciones tecnológicas, así como, los problemas asociados con el uso eficiente de la energía. Se enfatiza que, aunque la energía se conserva, no toda es aprovechable para nuestro uso. Se enuncia la segunda ley de la termodinámica y se establece que existe una cantidad física que permite medir esa pérdida de calidad: la entropía.

Finalmente se desarrolla un apartado sobre el uso de la energía en el hogar, la industria y diferentes campos a fin de que los estudiantes adquieran conciencia sobre su importancia y uso estratégico en el desarrollo económico de los países, así como el impacto que presenta en el ambiente y sus consecuencias para las generaciones futuras. Se propiciará que los estudiantes generen cambios de actitud hacia el uso de la energía con acciones concretas en la casa, escuela y comunidad.

PROPÓSITOS

Al finalizar la Unidad, el alumno:

• Identificará a la energía como un concepto central en la física que, en esta unidad, permite describir y explicar fenómenos térmicos que ocurren en su entorno.

• Aplicará la metodología de la física, a partir del desarrollo de investigaciones experimentales y documentales, en la comprensión y resolución de problemas vinculados con fenómenos térmicos de su entorno.

• Conocerá la utilidad del empleo del modelo de partículas, considerando los elementos básicos del mismo, para la comprensión de las variables involucradas en la descripción de los fenómenos térmicos.

• Conocerá las leyes de la termodinámica y sus conceptos relacionados, a partir de investigaciones teóricas y experimentales, para destacar su importancia en el estudio de fenómenos de transferencia, transformación, conservación y degradación de la energía.

• Valorará la importancia del uso racional de la energía, por su impacto en las áreas: ambiental, económica y social, a través de la investigación documental.

UNIDAD 3. FENÓMENOS TERMODINÁMICOS


El alumno:

1. Reconocerá la importancia del estudio de la energía. N1

2. Comprenderá el concepto de calor como el proceso de transferencia de energía entre sistemas debida a diferencias de temperatura. N2

3. Interpretará el concepto de

temperatura como una propiedad de sistemas y como una medida del grado de calentamiento relativo entre cuerpos. N1

1. Energía: su transferencia y conservación

• Introducción al estudio de la energía

• Calor y temperatura

• Temperatura y su medición

Exploración de las ideas previas del concepto de energía. Discusión en plenaria y obtención de conclusiones. Pregunta para la discusión: ¿Cuál es la importancia de la disponibilidad y uso de la energía en el mundo actual? Los alumnos realizan las siguientes actividades, o equivalentes, donde se presenten fenómenos que involucran los conceptos de calor y temperatura, para reflexionar sobre la contestación de las siguientes preguntas ¿Es lo mismo calor que temperatura? ¿Qué es el calor? ¿Qué es la temperatura? ¿Cómo se mide la temperatura?

• Medición de la temperatura corporal • Medición de la temperatura de

4. Comprenderá el concepto de equilibrio térmico. N2

5. Interpretará la temperatura de un cuerpo a partir del modelo cinético de la materia N3

6. Identificará las formas de transferir la energía en la materia por

• Ley cero de la termodinámica

• Temperatura: interpretación microscópica

• Transferencia de energía en la materia: conducción y

objetos que se encuentran en el laboratorio

• Medición de la temperatura de ebullición del agua

Los estudiantes hacen una investigación experimental sobre:

• el funcionamiento del termómetro • construcción de un termómetro y

definición de una escala termométrica.

Se discuten grupalmente los resultados, incluyendo los temas de las escalas Centígrada y Kelvin. Los alumnos realizan al menos dos actividades donde se presentan fenómenos que ilustran los aprendizajes a lograr. Con base en lo observado, se establece el aprendizaje 4 y se reafirma con la predicción de lo que sucederá en la tercera actividad.

• Calentar un chocolate sólido en “baño María”

• Calentar en baño María un matraz tapado con un globo desinflado.

• Observar como varía la temperatura, con el tiempo, de un termómetro después que se le extrae de agua hirviendo.

conducción, convección y algunas situaciones prácticas. N1

7. Explicará, usando el modelo de

partículas, las formas de transferir la energía en la materia por conducción y convección. N3

8. Identificará procesos de

transferencia de energía por radiación y algunas de sus aplicaciones. N1

convección

• Transferencia de energía y su interpretación microscópica

• Transferencia de energía por radiación

Seguimiento de la estrategia para revisar la teoría cinética. (descrita en el anexo 1). Los alumnos realizan dos de las siguientes actividades, o equivalentes, donde se presentan fenómenos que ilustran el aprendizaje 6.

• Calentar agua hasta que hierva y en cuanto comience el calentamiento, destacar el movimiento del agua mediante el agregado de gotas de tinta.

• Calentar agua salada hasta que hierva y en cuanto comience el calentamiento, destacar el movimiento del agua mediante el agregado de gotas de tinta.

• Medición de la variación de la temperatura de un vaso con agua que contiene un cubo de hielo

Discusión grupal donde se identifique el aprendizaje y luego se refuerza con la predicción de los resultados de una tercera actividad

9. Utilizará la ecuación de calorimetría para calcular la transferencia de energía debido a la diferencia de temperaturas. N3

• Ecuación calorimétrica

Revisar el segmento de la película “Mi amigo el átomo” (del minuto 12:37 al minuto 17:52, aproximadamente) donde se ilustra el proceso de transferencia de energía para obtener cambios de estado y del cual los estudiantes pueden elaborar una explicación escrita que servirá para una discusión grupal.

Los alumnos realizan actividades donde se presentan fenómenos que ilustran el aprendizaje 8, como la siguiente.

• Observación del radiómetro de Crookes

Explicación de los alumnos de esta demostración usando sus ideas previas, discusión en plenaria. Los alumnos efectúan actividades experimentales como la medición de los cambios de temperatura, cada minuto, que experimenta un cuerpo o directamente un termómetro:

• desde que se enciende un foco (al cual está expuesto el cuerpo o el termómetro) ó

• desde que se comienza a exponer al Sol,

hasta cubrir 30 minutos, lo que permite elaborar una gráfica de los resultados que le permitan, al estudiante, proponer una

10. Aplicará la ecuación calorimétrica para medir el equivalente mecánico o eléctrico del calor. N3

explicación; luego hay una exposición del profesor de los conceptos teóricos que permiten dar una explicación de los fenómenos estudiados. Los alumnos comparan sus explicaciones con la del profesor, las discuten grupalmente y elaboran una reflexión escrita sobre su plausibilidad. Se plantea la pregunta ¿Cómo se mide la energía transferida entre cuerpos o sistemas?¿Como se mide el calor transferido a un cuerpo? Para responderla, los estudiantes realizan la siguiente actividad: el grupo se divide en seis equipos y

• Dos equipos calientan una masa de hielo, hasta que hierva, tomando la temperatura cada minuto, para elaborar una curva de calentamiento que servirá para una discusión grupal.

• Otro par de equipos calienta una masa de hielo distinta a la de los dos primeros equipos.

• Un tercer par de equipos calienta una nasa de hielo distinta a las masas de las dos primeras parejas de equipos.

11. Identificará a la energía interna en un sistema como la energía total de tipo cinético y potencial asociada a las partículas constituyentes. N1

12. Diferenciará la energía interna del calor.N2

13. Conocerá que la energía interna de un sistema se puede modificar por procesos de transferencia de energía: calor, trabajo mecánico, eléctrico y radiación. N3

• Energía interna de un sistema

• Cambios de energía interna por calor y trabajo.

• Energía y su conservación:

En la plenaria, los alumnos presentan sus gráficas y, con la guía del profesor, identifican las variables involucradas en la ecuación calorimétrica y los conceptos de calor específico y latente de transformación.

Resolución de problemas simples con la aplicación de la ecuación calorimétrica.

Los alumnos efectúan una de las siguientes actividades experimentales, eligiendo de acuerdo al tiempo disponible.

• Experimento de medición del calor específico de un metal a partir de la ecuación calorimétrica (uso del calorímetro).

• Experimento de control de variables sobre el calor latente de fusión o vaporización de una sustancia.

• Experimento de medición calorimétrica de la potencia de un foco.

• Experimento de medición del “contenido energético” de los alimentos.

• Experimento sobre el calor de combustión de algún combustible como gasolina o alcohol.

Se efectúa una discusión grupal donde se

14. Aplica la Primera Ley de la Termodinámica en procesos simples. N3

15. Identificará la relación de la Primera Ley de la Termodinámica con el principio de conservación de la energía. N2

Primera Ley de la Termodinámica.

analizan los resultados y se comparan con lo predicho por la teoría. Los estudiantes elaboran un reporte escrito de los experimentos con apartados propios. Los estudiantes hacen una investigación documental sobre la energía interna, su diferencia con el calor y su relación con el trabajo realizado sobre el sistema. Con los resultados de la investigación, se realiza una discusión grupal, también en ella los estudiantes identifican casos simples de fenómenos en los que se observan cambios de energía interna, enfatiza las diferencias entre calor y energía interna y su relación con el trabajo realizado por o sobre el sistema. Los estudiantes construyen el siguiente dispositivo para, experimentalmente, obtener resultados que les permitan aproximarse a la Primera Ley de la Termodinámica mediante una transformación de energía mecánica en energía interna.

• Experimento de Joule simplificado, para la identificación de la energía interna de un sistema aislado al calentarlo por movimiento de una cantidad de municiones o monedas encerradas en un tubo de cartón o

PVC cerrado por ambos extremos:. Explicación detallada en el anexo 2.

Los estudiantes llevan a cabo una investigación documental sobre la Primera Ley de la Termodinámica; con base en ella, se realiza una discusión grupal sobre dicha Ley y su relación con el principio de conservación de la energía. En ésta discusión, los estudiantes también identifican casos simples de fenómenos que verifican la Primera Ley de la Termodinámica, enfatizando las diferencias entre calor, energía interna y el trabajo realizado sobre el sistema.

16 Ejemplificará los procesos de transformación de energía en máquinas térmicas simples. N2

17 Calculará la eficiencia de

algún caso de máquina térmica. N3

2. Energía: su transformación, aprovechamiento y degradación

• Máquinas térmicas • Eficiencia de una máquina

térmica

Investigación documental sobre las máquinas térmicas. ¿Qué es una máquina térmica? ¿Cual es su importancia en la actualidad? ¿Por que es importante construir maquinas térmicas eficientes?¿Cómo se puede medir su eficiencia? Con base en la investigación de los estudiantes, se lleva a cabo una discusión grupal.

18 Conocerá algún enunciado de la Segunda ley de la Termodinámica y su relación con la degradación de la energía. N1

19 Conocerá el concepto de

entropía como una forma de medir la energía no aprovechable en su transformación. N1

• Segunda ley de la termodinámica

• Entropía y calidad de la energía

Los alumnos realizan la siguiente actividad. • Construcción de una maquina

térmica simple con materiales al alcance en el laboratorio o en casa: por ejemplo la máquina de vapor de Savery. Consultar referencia 12

Se discuten, en plenaria, los resultados del experimento de construcción y funcionamiento de la máquina térmica así como de la medición de su eficiencia. Revisión del video sobre la segunda ley de la termodinámica de la colección del Universo mecánico o alguno equivalente. Los alumnos realizan una investigación documental acerca de los diferentes enunciados de la segunda ley de la termodinámica. Con base en la investigación realizada y el material del video, se lleva a cabo una discusión grupal sobre la segunda ley de la termodinámica. Los alumnos realizan una investigación documental acerca del concepto de entropía y su relación con la segunda ley, se incluyen los puntos de vista macroscópico y microscópico

Así mismo, los estudiantes leen textos de divulgación que traten el tema de la segunda ley y la entropía como el artículo: "La flecha del tiempo” del libro el Tiempo de la colección Time-Life. Con base en la investigación documental realizada, se realiza una discusión grupal sobre la entropía, donde los estudiantes también identifican casos simples de fenómenos que la verifican. Entrega escrita de reflexión sobre la segunda ley y su importancia ambiental y tecnológica.

20 Valorará la importancia del

uso responsable de la energía. N6

21 Describirá de forma general el

uso de las fuentes primarias de energía, así como su impacto en la economía del país. N1

22 Identificará algunas formas

alternativas de generar energía. N1

3 Energía: usos, consecuencias sociales y ambientales

• La energía en el hogar, la industria, agricultura y transporte

• Energías alternativas como

eólica, solar, maremotriz, biomasa, entre otras.

• Fuentes de energía: impacto

económico y ambiental

Los alumnos leen los siguientes artículos: “Eficiencia energética en el hogar”, “Transporte y eficiencia energética”, “Eficiencia energética por el manejo del calor en la industria” o algún otro del mismo libro (Ver referencia 11) para discutir en plenaria la respuesta a la siguiente pregunta: ¿Qué acciones debemos tomar para hacer uso eficiente de la energía en el hogar la escuela y otras áreas cercanas a nosotros?. Elaborar conclusiones

23 Desarrollará actitudes positivas hacia el uso responsable de la energía y su aprovechamiento, fomentando con acciones concretas mejores hábitos de consumo. N6

24 Valorará el uso de las fuentes

alternas de energía, para disminuir el impacto ambiental de las energías no renovables. N6

• Uso responsable de la energía y cuidado del ambiente

Los estudiantes efectúan una investigación documental sobre algunos de los siguientes temas:

• La eficiencia de los distintos tipos de lámparas: focos, ahorradores de descarga y de LED.

• La cantidad de combustible que se quema en las termoeléctricas mexicanas para generar electricidad. Incluyendo el porcentaje de electricidad que se genera en éste país en las termoeléctricas.

• La comparación de las eficiencias obtenidas al quemar carbón, petróleo o sus derivados, celdas solares, instalaciones eólicas y geotérmicas en el país.

• Los fenómenos climatológicos generados por gases de efecto invernadero, como la inversión térmica y el mismo efecto invernadero.

Los estudiantes exponen sus resultados y luego se pasa a una discusión grupal donde se conjuntan, dichos resultados, para responder la pregunta ¿Cuál es el impacto económico, social y ambiental del uso irracional de la energía en el país?

Observar la película Una verdad incomoda o alguna equivalente y debatir al respecto del calentamiento global: aspectos políticos económicos y sociales a nivel mundial. En forma equivalente, revisar el video Dominio energético: Combustible y dinero (History Channel). Obtener conclusiones del debate y cuales son las consecuencias para el país Reflexión escrita sobre la importancia del estudio y uso eficiente de la energía incluyendo las propuestas propias del estudiante.

Actividades de cierre: revisión de los contenidos de esta unidad mediante alguna actividad de recuperación o el desarrollo de un proyecto de investigación relacionada con los temas estudiados, se presenta un listado de opciones en el anexo.

Evaluación.

Conceptual:

Exámenes orales y escritos, elaboración de resúmenes, elaboración de mapas conceptuales, elaboración de conclusiones resultado de discusión, presentación oral de temas o investigaciones.

Procedimental:

Elaboración de proyectos de investigación y reporte correspondiente, reporte de experimentos, reportes de investigación de tipo documental, resolución de problemas de aplicación, Diseño de experimentos simples. Autoevaluación mediante rúbricas.

Actitudinal:

Elaboración de bitácora, reflexiones escritas sobre los usos de la energía y sus implicaciones, elaboración de reflexión sobre cambios de actitud hacia el uso racional de la energía y acciones concretas que realiza, participación activa en discusiones, participación en el trabajo de equipos y grupal, interés por el estudio de la disciplina reflejado en el cumplimiento de tareas en clase y extra clase. Propuestas de ahorro de energía.

FUENTES DE INFORMACIÓN PARA ALUMNOS.

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Wilson, J. D. (1996). Física (2 ed.). México: Pearson.

UNIDAD 1. FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS

TIEMPO: 30 HORAS

En esta unidad se continuará aplicando la metodología teórico-experimental para que el alumno interprete mejor su entorno a partir del conocimiento de algunos elementos fundamentales del electromagnetismo y los descubrimientos científicos que, en este ámbito, han tenido una aplicación práctica inmediata y propiciado el desarrollo de las ciencias y la tecnología. Se conocerán las aportaciones más importantes de investigadores que contribuyeron, en diferentes épocas, a la construcción de la teoría electromagnética clásica. Los conceptos centrales de esta Unidad son: carga eléctrica, campo eléctrico, campo magnético, potencial eléctrico, inducción electromagnética y la transformación de la energía eléctrica y magnética en mecánica o térmica. La estructura de la Unidad pretende que los alumnos adquieran una visión general de los fenómenos electromagnéticos. Con el desarrollo de proyectos de investigación escolar y su discusión dirigida se promoverá una mejor comprensión de la relación ciencia-tecnología-sociedad.

PROPÓSITOS Al término de la Unidad el alumno:

• Aplicará la metodología física en la comprensión de fenómenos y resolución de problemas de electromagnetismo.

• Entenderá que la carga eléctrica es una propiedad de la materia asociada a los protones y electrones, a partir del análisis e interpretación de actividades experimentales, para explicar fenómenos vinculados a ésta.

• Conocerá el comportamiento de las variables eléctricas, a partir del diseño y construcción de circuitos eléctricos básicos para comprender el gasto energético en ellos, considerando la higiene y seguridad de las instalaciones domésticas y comerciales.

• Comprenderá la transformación de la energía eléctrica y magnética en mecánica o térmica, a partir de investigaciones experimentales y documentales, para explicar los principios del funcionamiento de aparatos electrodomésticos.

• Valorará la importancia del estudio del electromagnetismo y su impacto en las ciencias y la tecnología, por medio de la realización de proyectos de investigación escolar, para desarrollar una actitud crítica y responsable en el uso de ésta.

UNIDAD 1. FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS


El alumno:

1. Reconocerá la carga eléctrica como una propiedad de la materia, asociada con algunas partículas como los protones y electrones, que determina otro tipo de interacción fundamental diferente a la gravitacional.N1

4. Carga eléctrica.

• Tipos de carga eléctrica.

¿Cómo se genera la electricidad? ¿Qué provoca los fenómenos eléctricos? • Lluvia de ideas acerca de diferentes

fenómenos que se presentan en la vida diaria relacionados con la carga eléctrica.

• Investigación acerca de la carga eléctrica,

su cuantización y el descubrimiento del electrón.

• Realización de una actividad experimental

con diferentes materiales (pieles, franela, seda, tubos de PVC, globos, etc.), para deducir la existencia de diferentes tipos de carga eléctrica.

• Discusión grupal para comprender la importancia del conocimiento de las cargas eléctricas en la Física.

• Solución por equipo, de un Cuestionario

relacionado con la carga eléctrica. ¿Qué son los rayos?

2. Reconocerá las diferentes formas en • Formas de electrización: • Seleccionar ejemplos de fenómenos

la que un cuerpo se puede cargar eléctricamente.N1

frotamiento, contacto e inducción.

eléctricos para ilustrar formas de electrización.

• Realización de una actividad experimental utilizando el generador electrostático de Van-Der-Graff, la máquina de Wimshurst, el electroscopio, tubos de PVC y de lucita y pieles, para demostrar la presencia de carga eléctrica y formas de electrización.

• Informe correspondiente a la investigación experimental realizada.

3. Aplicará el principio de conservación

de la carga eléctrica para explicar fenómenos de electrización. N3

• Conservación de la carga eléctrica.

• Seleccionar y mostrar ejemplos de fenómenos eléctricos para ser analizados en forma grupal.

• Dirigir la discusión de manera que a través de lluvia de ideas los alumnos participen proponiendo explicaciones de lo observado, reconociendo la existencia de dos tipos de carga: positiva y negativa, y resaltando el hecho de que un cuerpo queda cargado eléctricamente debido a la transferencia de electrones.

• Emplear la conservación de la carga para explicar cuándo un cuerpo es eléctricamente neutro y el por qué cuando un cuerpo se carga eléctricamente, se propicia que haya otro con carga opuesta.

¿De qué depende la fuerza entre un par de objetos cargados?

4. Comprenderá que al interactuar

cargas eléctricas, la fuerza eléctrica entre ellas depende de la magnitud de sus cargas y de la distancia que las separa.N2

• Interacción electrostática y Ley de Coulomb.

• Emplear una simulación o diseñar actividades en donde se muestre la relación entre la fuerza, las cargas eléctricas y la separación entre ellas, cuando interactúan dos partículas cargadas eléctricamente .

• Discusión grupal para el análisis e interpretación de tablas o gráficas que muestren cómo varía la fuerza al cambiar las cargas o la distancia entre ellas.

• Efectuar ejercicios en donde se aplique la Ley de Coulomb para dos o tres cargas en una dimensión.

5. Describirá mediante dibujos las líneas

de campo generadas alrededor de objetos electrizados en configuraciones sencillas. N2

5. Campo eléctrico, energía potencial eléctrica y potencial eléctrico. • Campo eléctrico en: una

carga, dos cargas y placas paralelas.

¿A qué se le llama campo eléctrico? • Investigación documental relacionada con

el campo eléctrico y las líneas de fuerza eléctrica.

• Realización de un experimento de cátedra (anexo 1) para observar las líneas de campo eléctrico que se forman alrededor

de configuraciones sencillas, utilizando un proyector de acetatos para ser visualizados por todos los estudiantes. Se sugiere que se utilice la máquina de Wimshurst, semillas de manzanilla y aceite comestible.

• Discusión grupal acerca del experimento y

del concepto de campo eléctrico.

• Hacer los dibujos de lo observado y contestar un cuestionario correspondiente a la actividad experimental, tomando nota de las deducciones hechas, para la elaboración del informe.

6. Conocerá los factores que

determinan la magnitud y dirección del campo eléctrico en un punto del espacio.N1

7. Calculará la Intensidad del Campo eléctrico en un punto, identificando su dirección, para una o dos cargas.N3

8. Explicará los diagramas de líneas de campo eléctrico para una, dos cargas y placas paralelas.N3

• Intensidad, dirección y sentido del Campo eléctrico en un punto del espacio.

• Definir la intensidad de campo eléctrico en un punto como la fuerza que se ejercería sobre una carga de prueba positiva, colocada en el campo eléctrico.

• A través de la discusión grupal de la fuerza que se ejercería sobre una carga de prueba positiva dentro de un campo eléctrico generado por una carga positiva o por una carga negativa, determinar la dirección del campo correspondiente.

• Utilizando la ley de Coulomb deducir la

expresión de la intensidad del campo en un punto, como una función de la carga que lo

genera y de su distancia al punto.

• Resolver ejercicios sencillos, para determinar la intensidad del campo eléctrico debido a una o dos cargas puntuales.

9. Comprenderá que el campo eléctrico contiene energía que se puede aprovechar para realizar trabajo sobre las cargas eléctricas.N2

• Trabajo, energía potencial en el campo eléctrico y potencial eléctrico para configuraciones sencillas.

• Investigación bibliográfica acerca de:

Trabajo, Energía Potencial eléctrica y Potencial Eléctrico.

• Discusión grupal acerca de la investigación bibliográfica realizada de los conceptos de Trabajo, Energía Potencial eléctrica y Potencial Eléctrico.

• Realizar en equipo una actividad

experimental (anexo 2) y contestar el cuestionario correspondiente, para determinar las líneas equipotenciales y calcular la intensidad del campo eléctrico entre dos placas paralelas que están con una diferencia de potencial.

• Elaborar el informe de la investigación experimental realizada.

• Proyectar un video y aplicar un cuestionario

relacionado con él, para ser respondido en equipo, al término del mismo. (Video de la colección El Universo Mecánico: “CAPACIDAD DE POTENCIAL” 28 min.

10. Explicará que la corriente eléctrica se genera a partir de la diferencia de potencial eléctrico.N2

6. Corriente y diferencia de potencial.

• Corriente eléctrica directa y diferencia de potencial.

¿Para qué sirve una pila? • Lluvia de ideas para explicar las

condiciones necesarias para que haya movimiento de carga.

• Investigación documental relacionada con

la corriente eléctrica y sus unidades. • Contestar un cuestionario acerca de la

corriente eléctrica.

11. Clasificará los materiales de acuerdo a su facilidad para conducir corriente eléctrica. N2.

12. Identificará las variables que

determinan la resistencia de un conductor y la relación existente entre ellas.N3

• Resistencia eléctrica. Conductores y aislantes

• Realizar una actividad experimental con diferentes materiales para diferenciar entre conductores y aislantes.

• Actividad experimental para encontrar la

relación de la resistencia eléctrica de un conductor con su longitud y su sección transversal. Posteriormente medir la resistencia eléctrica para tres conductores de diferente material con la misma longitud y sección transversal para observar que también depende del tipo de material.

13. Demostrará experimentalmente la relación que existe entre la corriente y el voltaje en un resistor (Ley de Ohm). N3

• Ley de Ohm.

• Actividad experimental donde se aplique o deduzca la Ley de Ohm (anexo 3). (Use resistores de diferentes magnitudes).

• Realización del informe respectivo.

14. Aplicará la Ley de Ohm en circuitos en serie y en paralelo. N3

• Circuitos con resistores: Serie, Paralelo y Mixto.

• Investigación documental acerca de los símbolos, unidades, equivalencias e instrumentos de medición utilizados para medir Intensidad de corriente, resistencia y voltaje.

• Seleccionar las magnitudes y unidades que serán empleadas en la descripción de los diferentes circuitos (voltios, amperes y ohm).

• Explicar las características de los circuitos en serie y en paralelo respecto a la intensidad de corriente eléctrica, voltaje y resistencia equivalente.

• Resolver un cuestionario que incluya Ley de Ohm, resistencia equivalente y circuitos con resistencias en serie, en paralelo y mixto (máximo tres).

• Diseñar y construir circuitos simples, en serie y en paralelo con simulador y/o material sencillo y hacer mediciones de diferencia de potencial, corriente y resistencia eléctrica; y contrastarlo con lo tratado teóricamente.

• Resolver ejercicios de circuitos en serie, en paralelo y mixtos.

15. Aplicará el concepto de potencia eléctrica en resistores. N3

• Potencia .eléctrica. • Lluvia de ideas para llegar al concepto de potencia eléctrica.

• Realización en equipo de ejercicios para el

cálculo de potencia eléctrica. ¿Cómo funciona una plancha?

16. Comprenderá que la energía

eléctrica se transforma en otras formas de energía.N2

• Transformaciones de la energía eléctrica.

• Investigación documental sobre las diferentes transformaciones y usos de la energía eléctrica.

• Lluvia de ideas relacionada con la investigación realizada.

17. Conocerá que parte de la energía eléctrica suministrada para la generación de corriente eléctrica se transforma por colisiones a nivel microscópico en calor o radiación.N1

• Efecto Joule

• Efectuar una actividad experimental con focos y comparar la potencia medida (con los focos calientes) con la indicada en los focos.

• Lluvia de ideas acerca de los resultados del experimento.

• Investigación documental acerca de cuáles

focos son mejores y por qué.

• Investigación documental del efecto Joule y sus implicaciones en el hogar.

18. Valorará la importancia del uso racional de la energía eléctrica. N6

• Uso de energía eléctrica en el hogar y la comunidad. Medidas de higiene y seguridad.

• Discusión grupal del efecto Joule y sus implicaciones en el hogar y la comunidad.

19. Identifica cualitativamente el magnetismo como otra forma de interacción de la materia.N1

4. Fenómenos electromagnéticos

• Magnetismo en

materiales.

¿Cómo funciona una brújula?

• Investigación documental y discusión

grupal acerca del magnetismo.

20. Describirá las propiedades de los imanes.N1

• Propiedades generales de los Imanes y magnetismo terrestre.

• Investigación, y posterior discusión, relacionada con los imanes y sus propiedades.

21. Representará esquemáticamente las • Campo magnético y • Actividad experimental en equipo con

líneas de campo magnético de un imán y de dos imanes al interactuar.N1

líneas de campo.

imanes, para conocer sus propiedades, observar y dibujar la alineación de la limadura de hierro; con un imán y dos imanes.

• Elaborar el informe correspondiente a la actividad experimental.

22. Conocerá que toda corriente eléctrica

constante induce un campo magnético estático.N1

• Relación entre electricidad y magnetismo: experimento de Oersted.

• Realización por equipo del experimento de Oersted (anexo 4).

• Investigación documental relacionada con el experimento de Oersted y la regla de la mano derecha para conductores rectos por los que circula una corriente eléctrica.

23. Establecerá cualitativamente las

variables que determinan el campo magnético inducido por una corriente.N2

24. Describirá en forma verbal y gráfica el campo magnético generado en torno de conductores de diferentes formas, por los que circula una corriente eléctrica constante.N1

• Campo magnético generado en torno de: un conductor recto, espira y bobina.

• Presentar el video de la colección El Universo Mecánico: “CAMPOS MAGNÉTICOS”

• Realizar por equipo ejercicios, considerando secciones rectas de circuitos y electroimanes por los que circula una corriente, para determinar las líneas de campo magnético, aplicando la regla de la mano derecha.

• Hacer la deducción gráficamente, con la

participación de los estudiantes, de cómo es la fuerza que se ejerce entre conductores paralelos por los que circula

una corriente utilizando la regla de la mano derecha.

25. Describirá cómo interactúan espiras y bobinas por las que circula una corriente eléctrica.N1

• Interacción magnética entre espiras y bobinas.

¿Cómo funciona un motor eléctrico?

26. Explicará el funcionamiento de un motor eléctrico de corriente directa.N2

• Transformación de energía eléctrica en mecánica.

• Investigación bibliográfica acerca de la fuerza magnética sobre un conductor por el que circula una corriente, al interactuar con un campo magnético y la regla de la mano derecha correspondiente.

• Revisión y discusión grupal de la investigación realizada, para deducir cómo es la fuerza magnética sobre el conductor y cómo determinar su dirección.

• Resolver ejercicios para calcular la magnitud, dirección y sentido de la fuerza ejercida sobre el conductor, cuando está en un campo magnético.

• Construcción de un motor eléctrico, por

equipo. • Análisis y discusión en equipo de su

funcionamiento. • Explicación del funcionamiento del motor,

de alguno de los equipos. aplicando la teoría aprendida en clase y su investigación.

27. Conocerá la inducción de corriente

eléctrica generada por la variación del campo magnético.N1

• Corriente eléctrica generada por campos magnéticos variables (Inducción magneto-eléctrica).

• Investigación bibliográfica de los conceptos relacionados con la Inducción electromagnética y la regla de la mano derecha correspondiente.

• Realización de una experiencia de cátedra (anexo 5) para mostrar lo descubierto por Faraday, con ayuda de un multímetro de demostración, una bobina de inducción e imanes.

• Respuesta por equipo de un cuestionario

acerca del experimento.

• Presentación del video de la serie Electrónica “INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA y discusión en equipo para dar respuesta a un cuestionario relacionado con lo descrito en el video.

• Resolver ejercicios relacionados con la

FEM.

28. Comprenderá el funcionamiento de un generador eléctrico.N2

• Generador Eléctrico.

• Construcción en equipo de un generador eléctrico y la explicación de su funcionamiento, aplicando la teoría

aprendida en clase e investigada.

Evaluación: Esta propuesta considera algunos elementos que en forma simple o combinada resultan útiles para evaluar contenidos conceptuales, el desarrollo de habilidades y actitudes. Para contenidos conceptuales:

1. Examen escrito (corto y/o extenso) 2. Elaboración de Mapas mentales. 3. Elaboración de reporte escrito de experimento real o virtual. 4. Reporte escrito de temas de investigación.

Para el desarrollo de habilidades:

1. Manejo adecuado de instrumentos y equipo de laboratorio. 2. Aplicación de TIC en laboratorio. 3. Elaboración de reportes en laboratorio. 4. Resolución de ejercicios sobre el tema. 5. Exposición de temas de investigación.

Actitudes:

1. Trabajo en equipo. 2. Trabajo individual en aula-laboratorio. 3. Entrega oportuna en tiempo y forma de cuestionarios, tareas, ejercicios en forma personal o equipo. 4. Asistencia y participación responsable. 5. Uso adecuado de herramientas de trabajo como textos de consulta, calculadora, formularios, textos

proporcionados por el docente. 6. Cooperación e higiene en salón de clase. 7. Disciplina y respeto hacia sus compañeros y trabajadores.

Bibliografía

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FUENTES DE INFORMACIÓN PARA PROFESORES

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UNIDAD 2. FENÓMENOS ONDULATORIOS

TIEMPO: 20 HORAS

En esta Unidad los estudiantes conocerán generalidades, características y diferencias entre las ondas mecánicas y electromagnéticas y relacionarán estos conocimientos con la explicación de fenómenos ondulatorios asociados con el sonido o las ondas utilizadas en las telecomunicaciones y desarrollarán sus habilidades de investigación de carácter teórico o experimental para reconocer la trasferencia de energía en la materia o en el vacío dependiendo del tipo de onda que se considere.

Aplicarán algunos conceptos de la mecánica de Newton en la descripción del movimiento ondulatorio, considerando este movimiento como el resultado de las oscilaciones de las partículas del medio en el cual se propaga. Identificará la propagación de las ondas electromagnéticas debida a oscilaciones de campos electromagnéticos y a la luz visible como parte del “espectro electromagnético”, así como su velocidad de propagación.

Propósitos Al finalizar la Unidad el alumno:

• Aplicará la metodología de la física a partir del desarrollo de investigaciones experimentales y documentales en la comprensión de fenómenos ondulatorios cotidianos y la resolución de problemas asociados con ellos.

• Diferenciará el comportamiento de una partícula del de una onda en actividades experimentales para identificar que son formas distintas y excluyentes en la descripción de fenómenos en la física clásica.

• Conocerá, a través de una investigación escolar, que la transmisión de la energía en el vacío puede ocurrir mediante ondas electromagnéticas.

• Valorará la importancia del estudio del movimiento ondulatorio y su impacto en las ciencias y la tecnología, por medio de la realización de proyectos de investigación escolar, para desarrollar una actitud responsable y crítica en su uso.

UNIDAD 2. FENÓMENOS ONDULATORIOS

TIEMPO: 20 HORAS APRENDIZAJES TEMÁS ACTIVIDADES SUGERIDAS

El alumno: 1. Identificará a la onda como energía

que se propaga en un medio material o en el vacío. N1

2. Diferenciará las ondas transversales

de las longitudinales.N1 3. Diferenciará las ondas mecánicas de

las ondas electromagnéticas 4. Identificará las variables que

caracterizan al movimiento ondulatorio. N1

5. Resolverá problemas que involucran

longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación de la misma. N3

6. Relacionará la frecuencia y amplitud

de las ondas con su energía. N2

1. Clasificación de las

ondas

• Ondas longitudinales y transversales, electromagnéticas y mecánicas.

• Luz y sonido

• Amplitud, frecuencia, longitud de onda velocidad, periodo

2. Ondas y energía

• Espectro electromagnético

• Plantear las preguntas ¿en qué situaciones de la vida diaria se identifica el movimiento ondulatorio? Los alumnos, en una lluvia de ideas, listan y describen situaciones, donde se observan fenómenos ondulatorios. Con la guía del profesor identifican las ondas longitudinales las ondas transversales; las mecánicas y las electromagnéticas. Elaboran un listado de acuerdo a sus características.

• Se plantea la pregunta ¿cuáles son las variables que describen al movimiento ondulatorio? En equipo los alumnos, trabajan con: • el resorte Slinky • cuerda • cuba de ondas reproducen ondas longitudinales y transversales, toman fotos e identifican las características que las describen muestran sus observaciones ante el grupo.

• En una investigación documental por equipos se resuelven las preguntas ¿Cuáles son las características de las ondas electromagnéticas y mecánicas?

7. Relacionará los rangos del espectro electromagnético con su aplicación.N2

8. Diferenciará el comportamiento de las

ondas del de partículas. N2

• Espectro sonoro

• Ondas y partículas

¿cómo se generan? ¿Cuáles son las diferencias entre las ondas mecánicas y las electromagnéticas? Por equipo diseñan una actividad demostrativa donde se identifiquen algunas de las propiedades del sonido y de la luz como ejemplos de ondas mecánicas y electromagnéticas.

• Elaboración de un cuadro ilustrado donde se marquen las diferencias entre el comportamiento de las ondas y las partículas

9. Describirá algunos de los fenómenos

característicos de las ondas. N2

10. Fenómenos ondulatorios

• Reflexión, refracción, interferencia y difracción

• Elaboración por equipo, con la ayuda del profesor, de un video corto donde se muestre alguno de los fenómenos ondulatorios y su descripción utilizando las magnitudes físicas correspondientes .En plenaria se expone ante el grupo con sus observaciones y se lleva a cabo una sesión de preguntas y respuestas.Anexo1

• Subir el video elaborado a youtube para que sea comentado de forma individual por los compañeros. El profesor revisa los comentarios que deben ser relacionados con el fenómeno expuesto

10. Comprenderá algunas de las aplicaciones del estudio de los fenómenos ondulatorios relacionados con la ciencia, la tecnología y la sociedad. N1

11. Valorará el impacto en la salud y en el ambiente de la contaminación sonora y electromagnética. N3

11. Aplicaciones de las ondas en el ámbito de la tecnología, la ciencia y la sociedad.

• Sistemas de diagnóstico médico, de detección de sismos y de telecomunicaciones.

• Contaminación sonora

• Contaminación electromagnética.

• En equipo, realizan una investigación sobre las aplicaciones de las ondas electromagnéticas o mecánicas, en la medicina. Presentando su trabajo ante el grupo

• En equipo los alumnos realizan y presenta ante el grupo un proyecto de investigación sobre la detección de sismos y su relevancia en la vida cotidiana.

• Investigación individual sobre las importancias de las aplicaciones de las ondas electromagnéticas en las telecomunicaciones. Discusión grupal sobre el impacto de estas ondas en la sociedad actual.

• Exposición en equipos sobre la forma de comunicación de algunos anímales, utilizando ultrasonidos, Exposición de su trabajo ante el grupo.

• Explicación de cómo se determina el nivel de intensidad del sonido.

• Explicación por parte de un médico especialista de cómo se afecta el sistema auditivo del ser humano por la exposición prolongado al ruido.

• Discusión sobre la importancia de reducir la contaminación sonora en nuestro ambiente.

EVALUACIÓN

CONCEPTUAL: Resolución de cuestionarios, elaboración de mapas conceptuales, entrega de reportes de investigación, exámenes escritos

PROCEDIMENTAL: Manejo adecuado de los instrumentos de medición en las actividades experimentales; metro, cronometro, transportador, etc.; participación en el diseño de las actividades, elaboración de videos y/o presentaciones en Power point.

ACTITUDINALES: Participación en las discusiones grupales, interés en los trabajos desarrollados y presentados en equipo, rubricas de desempeño individual y en equipo, entrega oportuna de los trabajos en clase, interés en el estudio de los temas científicos.

Bibliografía

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en noviembre de 2012 http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=-so8rjPWcD8: Video sobre sismos. Consultado en

noviembre de 2012 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ Física con ordenador. Consultada en noviembre de 2012. https://itunes.apple.com/mx/itunes-u/physical-world-waves-relativity/id380230899?mt=10 The physical world: waves and

relativity de la Open University. En ingles. Consultada en noviembre de 2012 https://itunes.apple.com/mx/itunes-u/ap-physics-waves-and-optics/id506573520?mt=10 AP Physics: Waves and Optics.

En ingles. Consultada en noviembre de 2012 https://itunes.apple.com/mx/itunes-u/physical-world-waves-relativity/id380230899?mt=10 The physical world: waves and

relativity de la Open University. En ingles. Consta de 7 videos, el de mayor duración es de 7 minutos. Consultada en febrero de 2013

https://itunes.apple.com/mx/itunes-u/ap-physics-waves-and-optics/id506573520?mt=10 AP Physics: Waves and Optics, Iona Preparatory School (2012). En ingles. Consta de dos videos de 5 minutos cada uno. Consultada en febrero de 2013.

https://itunes.apple.com/mx/itunes-u/exploring-wave-motion-for/id386596912?mt=10. Exploring wave motion, Open University (2009). Consultado en febrero de 2013. Consta de 5 videos de entre 2 y 5 minutos.

UNIDAD 3. FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS TIEMPO: 30 horas

Esta Unidad tiene como objetivo que los alumnos conozcan los fundamentos y avances de la Física Contemporánea, así como la importancia que tiene en su vida cotidiana por el impacto en la tecnología y el de esta última en la sociedad actual. También se promueve el conocimiento de algunos temas actuales de la física y la tecnología, dando énfasis a las teorías con mayor evidencia experimental: la Relatividad Especial, General y Mecánica Cuántica. De las tecnologías, se tratarán aquellas aplicaciones de mayor relevancia por su uso en la vida diaria. Como en las unidades anteriores, se busca que los estudiantes apliquen sus conocimientos y habilidades de comunicación oral, escrita y de adquisición de información en la investigación documental, sobre temas de la física y tecnología contemporáneas. De este modo el desarrollo de la Unidad permite verificar cierto nivel de evolución de esas habilidades en los estudiantes. La Unidad está enfocada en proporcionar bases para que el alumno interesado pueda continuar con una mayor profundidad los temas tratados. Para el aprendizaje de los conceptos fundamentales es importante que los alumnos realicen proyectos en equipo de acuerdo con sus intereses; serán supervisados por el profesor y se presentarán al grupo PROPÓSITOS Al término de la unidad, el alumno: • Conocerá algunos fenómenos que la Física Clásica no pudo explicar como: los espectros atómicos, el efecto

fotoeléctrico y la radiactividad, a partir de la investigación documental, a fin de ubicar las limitaciones de la física clásica e identificar los problemas que dieron origen a la física moderna

• Reconocerá, mediante la búsqueda de información, la importancia de la Física Contemporánea en su vida cotidiana, para identificar su impacto en el desarrollo de la tecnología en las áreas de la salud, la industria, la energía, entre otras.

• Utilizará las herramientas disponibles de la tecnología moderna para mejorar sus habilidades y técnicas de

investigación y comunicación, a partir de la investigación y presentación de sus resultados al grupo. • Con el fin de identificar la provisionalidad del conocimiento científico y haciendo uso de la literatura de divulgación

científica, conocerá los modelos en discusión acerca del origen y evolución del universo y su relación con la Teoría de la Relatividad General.

UNIDAD 3. FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS

TIEMPO: 30 horas

APRENDIZAJES TEMÁTICA ACTIVIDADES SUGERIDAS

1. Conocerá algunos fenómenos físicos que la Física Clásica no pudo explicar. N1

2. Describirá el efecto fotoeléctrico a partir de algún experimento simple. N1

1. Cuantización de la materia y la energía

• Crisis de la física clásica y origen de la física cuántica: radioactividad, espectros atómicos, efecto fotoeléctrico.

• Cuantización de la

energía y efecto fotoeléctrico.

• Estructura de la

materia: átomos y moléculas

• Espectros de emisión

• Presentación de la unidad por parte del profesor e investigación documental sobre el surgimiento de la física moderna.

¿Que problemas se presentaron en la física clásica que motivaron el surgimiento de la física moderna?

• Demostración del efecto fotoeléctrico con luz ultravioleta y electroscopio.

• Investigación documental sobre el efecto fotoeléctrico y sus aplicaciones.

• Observación de los espectros de emisión de algunos gases usando lámparas de descarga y un CD con rejilla de difracción y

3. Reconocerá los modelos elementales de la estructura de la materia. N1

4. Describirá algunos espectros de emisión de gases y su relación con la estructura de los átomos. N1

5. Aplicará cualitativamente el modelo atómico de Bohr para explicar el espectro del átomo de hidrogeno. N3

6. Conocerá el comportamiento cuántico de los electrones. N1

de gases.

• Modelo atómico de Bohr.

• Naturaleza cuántica de la materia y energía: Hipótesis de De Broglie.

• Principio de incertidumbre

descripción de ellos. ¿Qué aspecto de la materia es causante de los espectros de emisión?

• Discusión del modelo atómico de Bohr para explicar el espectro de emisión del átomo de hidrogeno.

• Observación de las características corpusculares de los rayos catódicos e investigación documental sobre naturaleza cuántica de los electrones. ¿Que propiedades tiene los rayos catódicos?

• Observación sobre el video “todo sobre la incertidumbre” del Discovery y la realización de algunas

7. Conocerá el principio de incertidumbre de Heisenberg y su importancia en la física cuántica. N1

8. Contrastará el principio de relatividad de Galileo y las ideas de Newton sobre el espacio y tiempo con las de Einstein. N2

9. Comprenderá algunas

2. La Relatividad Especial y General

• Límites de aplicabilidad

de la mecánica clásica y origen de la física relativista.

• Postulados de la relatividad especial.

• Equivalencia entre la

masa y la energía

actividades ahí sugeridas.

• Discusión sobre la visión Newtoniana del espacio tiempo mostrada en el video “el Universo Mecánico” vol. 11 episodio 41. ¿Existe un límite de velocidad para la propagación de señales en el Universo? ¿Cual es la naturaleza del tiempo?

• Experimento: determinación de la velocidad de las ondas electromagnéticas y discusión de las implicaciones de que la velocidad de la luz sea constante.

• Discusión de las principales evidencias experimentales que apoyan la teoría de la relatividad especial. Experimento de Michelson-Morley.

implicaciones de la constancia de la velocidad de la luz: espacio-tiempo relativista. N2

10. Conocerá la interpretación

relativista de la relación masa-energía. N1

• Discusión del video “ Equivalencia Masa-Energía” de la colección del Universo Mecánico vol. 11 episodio 44

11. Conocerá algunas ideas de la teoría relativista de la gravitación de Einstein. N1

12. Conocerá el fenómeno de la

radiactividad y algunas de sus aplicaciones en la medicina y en la industria. N1

13. Explicará los procesos de fisión

y fusión nuclear mediante la relación masa-energía. N3

14. Conocerá los modelos actuales

del origen y evolución del Universo. N1

• Principio de Equivalencia

• Gravitación y geometría

del espacio-tiempo curvo

3. Aplicaciones de la

Física Contemporánea

• Radiactividad • Radioisótopos

• Fusión y fisión

nucleares • Generación de

energía nuclear.

• Cosmología: Origen y evolución del Universo

• Estudio del GPS ( Sistema global de posicionamiento)

o Lectura cap. 1 “el renacimiento de la Relatividad General” de C.M. Clifford “tenía razón Einstein”

• Investigación documental por equipo sobre las aplicaciones de la Radioisótopos, en la medicina y la industria.

• Investigación sobre la energía solar y la generación de energía solar, fisión y fusión nuclear.

• Lectura o video “el universo en una cáscara de nuez” de Stephen Hawking discusión y

15. Valorará la importancia de las

contribuciones de la Física Contemporánea al desarrollo científico y tecnológico. N6

• Nuevos materiales, Láseres, Nanotecnología, Fibra Óptica, Superconductores.

analogías sobre la expansión del universo con ligas y globos.

• Investigación sobre las

contribuciones de la Física Moderna a la investigación y al desarrollo tecnológico: nuevas tecnologías y nuevos materiales, Láser, Superconductores, Fibra óptica y nanotecnología.

• Discusión de algunas

demostraciones sobre:”Transmisión de información por un haz láser modulado” o “Levitación de un imán en una pastilla superconductora a temperatura de nitrógeno liquido.

Se recomienda que:

• De acuerdo a los intereses de los alumnos. del profesor y del tiempo disponible, los alumnos expongan sus investigaciones de los temas de esta unidad con el fin de evaluar las habilidades desarrolladas tanto en la búsqueda de información como en la comunicación oral y escrita. La asignación de los tópicos se realizará con anticipación al desarrollo de esta unidad.

• Los alumnos hagan uso de la literatura de divulgación sobre los temas de la Física Contemporánea, en particular de la colección: “La ciencia para todos”, entre otras.

• los alumnos usen la Internet para investigar los temas de esta unidad, se proponen las direcciones:

q www.cpepweb.com q www.aip.org/history q www.pbs.org/wgbh/nova/einstein q www.maloka.org/f2000

Bibliografía

Clifford, M. W. (2012). ¿Tenía razón Eisntein? España: GEDISA.

Einstein, A. (2008). Sobre la teoría de la relatividad especial y general. España: Alianza Editorial.

Gamow, G. (2007). Biografía de la Física. México: Alianza Editorial.


Griffith, W. T. (2004). Física Conceptual. México: Mc Graw-Hill.

Hacyan, S. (2002). Relatividad para principiantes. México: Fondo de Cultura Económica.


La Mecánica del Universo vol. 14 “modelos del átomo y Teoría de la relatividad”

La Mecánica del Universo vol. 8 “Temperatura y leyes de los gases y Espacio Curvo y Agujeros Negros”

Bibliografía para profesores

Leighton, R., & Sands, M. (1982). The Feynman's Lectures on Physics (Vol. I). Iberoamericana.

Beiser, A. (1995). Concepts of Modern Physics. New York, USA: Mc Graw-Hill.

Davies, P. C., & Brown, J. (1988). Superstring; a theory of everything? Cambridge, England: Cambridge University Press.

Hawking, S. (1996). Breve historia del tiempo. España: Crítica.

Hawking, S. (2001). El universo en una cáscara de nuez. España: Crítica.

Hawking, S., & Penrose, R. (1996). The nature of space and time. Princeton, USA: Princeton University Press.

Jiménez, R. (. (1993). Schrödinger: Creador de la mecánica ondulatoria. México: Fondo de Cultura.

Penrose, R. (1989). La nueva mente del emperador. México: CONACYT-Fondo de Cultura.

Serway, R. A., Moses, C. J., & Moyer, C. A. (2006). Física Moderna (3 ed.). México: Thomson.

Thorne, K. S. (2010). Agujeros negros y tiempo curvo. España: Crítica.

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

Colegio de Ciencias y Humanidades

Documentos ANEXOS al Programa de Física I-Ii

En este documento se encuentran algunas de las actividades sugeridas para apoyar las actividades de aprendizaje que se encuentran en el Programa de Física I-II.

Comisión de Revisión del Programa de Física I-II

abril de 2013

Tabla de contenido

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 1, FÍSICA I ............................. 4 EL REBOTE DE UNA PELOTA ....................................................................................................... 5 DIÁMETRO EN EL PERÍMETRO ................................................................................................... 8

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 2, FÍSICA I .......................... 12 ESTUDIO DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO ...................................................................... 13 Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado. ........................................................ 21 Cuestionario "Gravitación" ....................................................................................................... 25 Principio de conservación de la energía .............................................................................. 26

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 3, FÍSICA I .......................... 34 Actividades alternativas y de cierre ...................................................................................... 35 Experimento de Joule: versión modificada ......................................................................... 36

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 1, FÍSICA II ........................ 43 CAMPO ELÉCTRICO ...................................................................................................................... 44 LINEAS EQUIPOTENCIALES ....................................................................................................... 49 L_E_Y_ _D_E_ _O_H_M_ _ ................................................................................................................ 54 EXPERIMENTO DE OERSTED .................................................................................................... 56 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA ......................................................................................... 63

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 2, FÍSICA II ........................ 71 ELABORACIÓN DE UN VIDEO SOBRE ALGUNOS DE LOS FENÓMENOS ONDULATORIOS REFLEXION, REFRACCIÓN, INTERFERENCIA Y /O DIFRACCION .. 72

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 3, FÍSICA II ........................ 75 DECAIMIENTO RADIACTIVO ..................................................................................................... 76 ELECTROLISIS Y ESTIMACION DE LA CARGA DEL ELECTRON ....................................... 79

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 1, FÍSICA I

COLEG IO DE C I ENC IA S Y HUMAN IDADES

ANEXO 1

DISEÑO DE ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

EL REBOTE DE UNA PELOTA APLICACIÓN DEL MÉTODO DE INVESTIGACIÓN DE LA CIENCIA

Elaboro: Fis. María Teresa González Sánchez


Aprendizajes

A3. Identifica las magnitudes físicas (constantes y variables) que permiten una mejor descripción y estudio de diferentes sistemas físicos. (nivel 1) A4, Establece la diferencia entre las variables dependiente e independiente en el estudio de un fenómeno. (nivel 2) A5 Aplica algunos elementos de la metodología científica en la descripción y explicación de fenómenos físicos: observación, planteamiento de problemas, elaboración de modelos, formulación y contrastación de hipótesis. (nivel 3)

EL REBOTE DE UNA PELOTA APLICACIÓN DEL MÉTODO DE INVESTIGACIÓN DE LA CIENCIA

PROPOSITO: Con la orientación del profesor, el alumno aplicará algunos elementos de la metodología científica para mostrar 2 variables determinantes para que una pelota alcance la mayor altura en su primer rebote.

INTRODUCCIÓN: Las actividades que se resolverán a continuación, servirán para ejemplificar como se realiza una investigación experimental en el estudio de un fenómeno; el rebote de una pelota. Después de hacer la observación, dentro de cada equipo, se propondrán 2 condiciones por las cuales una pelota alcanza la mayor altura en el primer rebote. Siguiendo el trabajo en equipo, realizarán la comprobación de sus planteamientos, organizando los pasos a seguir para cada comprobación, organizarán la información obtenida utilizando esquemas, gráficas y/o tablas de datos y mostraran ante el grupo un reporte de sus resultados y conclusiones. Es importante que discutan las actividades a realizar entre los integrantes del equipo, para que establezcan cuáles serán sus herramientas de comparación, de qué forma identificarán cuando la pelota alcanza una mayor altura y como compartirían sus resultados con sus compañeros de grupo.

ACTIVIDADES del alumno y del profesor.

1. Por equipo de trabajo, los alumnos deben de traer al laboratorio dos pelotas diferentes en diámetro, masa, textura, flexibilidad etc.

2. Escribirán en su cuaderno de notas, en que son diferentes las dos pelotas y el tamaño de la magnitud que las hace diferentes; si es que es posible medirla directamente.

3. Realizaran algunos rebotes de las pelotas y observarán cuál es la altura del primer rebote en diferentes condiciones.

4. Con la observación realizada, cada alumno, escribirá dos enunciados que respondan a la pregunta ¿de que variables depende que una pelota alcanza mayor altura en el primer rebote?

5. Por equipo elegirán dos de los enunciados que respondan a la pregunta y los comentaran con el profesor para aclarar las respuestas.

Se espera que los alumnos identifiquen como variables: el tipo de superficie con la que impacta la pelota, el valor de la masa de la pelota, el tamaño de la pelota, la fuerza con la que es lanzada, el tipo de material de la pelota etc.

El profesor deberá orientar a los alumnos para que cada respuesta que se presenta, se enfoque en una sola variable dependiente.

6. Trabajando en equipo, los alumnos diseñaran las actividades necesarias para comprobar sus respuestas y la comentarán con el profesor.

El profesor orientará el trabajo de los alumnos en cuanto a: los instrumentos que deben de utilizar para medir sus variables y a la forma de contrastar sus respuestas con tres situaciones distintas.

(Tres superficies diferentes, tres pelotas de diferentes tamaños, tres formas diferentes de lanzarla, etc.)

7. Los equipos realizaran las actividades establecidas por ellos mismos y registraran sus resultados. Al finalizar los comentaran con el profesor.

El profesor guiará a los alumnos sobre la forma más adecuada para mostrar sus resultados y poder compararlos.

8. Los alumnos en forma individual, escribirán una conclusión sobre la forma en que la variable elegida afecta el valor de la altura que alcanza una pelota en el primer rebote. En equipo las comentan y las presentan al profesor antes de presentarlas ante le grupo.

El profesor guiará a los equipos para que presenten sus resultados en forma apropiada para que sean acordes con sus conclusiones.

9. En la presentación frente la grupo, cada equipo elige la forma de presentación de su trabajo, rota folio o power point, indicando que aspecto de la metodología de investigación, fue utilizando en su actividad.

Los alumnos, identificarán en que momento, desarrollaron la observación, eligieron sus variables dependiente e independiente, elaboraron sus hipótesis, realizaron la contrastación de las hipótesis y establecieron un modelo de comportamiento del fenómeno estudiado.

COLEG IO DE C I ENC IA S Y HUMAN IDADES

ANEXO 2

DISEÑO DE ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

DIÁMETRO EN EL PERÍMETRO (De lata a lata)

Elaboro Fis. María de Lourdes Vilchis Quintero


Aprendizajes

A3 Identifica las magnitudes físicas (constantes y variables) que permiten una mejor descripción y estudio de diferentes sistemas físicos. (nivel 1)

A4 Establece la diferencia entre las variables dependiente e independiente en el estudio de un fenómeno. (nivel 2) A5 Aplica algunos elementos de la metodología científica en la descripción y explicación de fenómenos físicos: observación, planteamiento de problemas, elaboración de modelos, formulación y contrastación de hipótesis. (nivel 3)

DIÁMETRO EN EL PERÍMETRO (De lata a lata)

Propósito: A través de esta actividad experimental; donde se mide el perímetro y el radio de diferentes latas redondas; se pretende que el alumno conozca como es una relación de variación directa y la relacione con una representación matemática.

Introducción: El alumno trabajará en forma individual en casa, consiguiendo 6 latas de diferentes tamaños y se midiendo el perímetro y el radio de cada lata. Se hace un análisis de los datos obtenidos y se encuentra la relación que existe entre los valores del diámetro de una circunferencia y su perímetro, se identificará qué es una relación de variación directa entre variables

Actividades:

1. Completar el siguiente párrafo:

Al medir el perímetro y el diámetro de la base de latas de diferentes tamaños, ¿el perímetro cambiará? _________, ¿el diámetro cambiará? _______. ¿Habrá una característica común que nos permita establecer una ecuación, independiente del tamaño de las latas? __________

2. Conseguir el siguiente Material:

• Seis latas de diferentes tamaños.

• Una cinta métrica.

• Un juego de escuadras graduadas.

3. Ordena las latas de la menor a la mayor. Medir con las escuadras el diámetro (D) y con la cinta métrica el perímetro (P) de la base de cada una de las latas. Anotar las medidas en la siguiente tabla.

D(cm)

P(cm)

4. Observando los valores de la tabla, ¿qué pasa con el perímetro, cuando aumenta diámetro? ________________________________. Entonces, ¿depende el perímetro del diámetro?_______________

5. Graficar el perímetro de la base en función de su diámetro, es decir D en el eje horizontal, mientras que P en el eje vertical.

6. Contestar las siguientes preguntas

¿Existe una relación de proporcionalidad entre las variables experimentales? _________ ¿Cómo es el perímetro de un círculo con respecto al diámetro? ___________________________________________________. ¿Hay una constante de proporcionalidad entre las variables experimentales (D y P)?_______. Entonces, ¿qué condición algebraica se cumple? ____________________. Calcula el valor de la constante en la siguiente tabla. (K)

D(cm) P(cm)

¿Cuál es el valor de K que se obtuvo? ________. Entonces, ¿cuál es la ecuación que relaciona las variables experimentales? _______________

Por lo tanto se puede concluir que ________________________________________________________________

En donde la ecuación que los relaciona es ______________.

Anexo 1. U II. FI. Estudio del Movimiento Rectilíneo Uniforme

ESTUDIO DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO Estrategia Didáctica

FIS. EMILIO GARCÍA VALDEZ, FIS. MANUEL A. CORTINA LÓPEZ Y Dr. ALEJANDRO RIVERA GONZAGA.

INTRODUCCIÓN

Los alumnos que cursan Física I ya han observado muchos movimientos que les son cotidianos y hasta interesantes de estudiar. Sin embargo, a pocos les ha motivado realizar mediciones de tales movimientos y aún menos han tenido la oportunidad de estudiarlos cuantitativamente.

Es aquí donde se puede enfatizar que la Física no se conforma sólo con observar, sino que formula preguntas, propone hipótesis sobre la naturaleza del movimiento y realiza mediciones para verificarlas.

Es muy frecuente que algunos alumnos muestren interés por estudiar movimientos de animales, deportistas, autos, cuerpos celestes, partículas subatómicas, etc., porque son noticia o son espectaculares. Otros quieren estudiar la velocidad de la luz o del sonido sin tener idea de lo que implica realizar tales mediciones ni del equipo requerido. Esto se evidencia cuando se les plantea que son ellos quienes diseñarán el procedimiento y conseguirán los materiales y el equipo ante lo cual deciden simplificar sus propuestas.

A) APRENDIZAJES QUE SEÑALA EL PROGRAMA A1, A2, A3 y A4

B) PROCEDIMIENTOS, TÉCNICAS, ACTIVIDADES O TAREAS,

Esta estrategia está diseñada para efectuarse en tres sesiones o clases. (5 horas)

1ª Sesión

Apertura de sesión

El profesor

Plantea preguntas como las siguientes:

1. ¿De los movimientos que conoces, cuáles te llaman la atención?, 2. ¿Qué te has preguntado acerca de dichos movimientos? 3. ¿Tienes alguna(s) hipótesis sobre ellos?

Desarrollo de sesión

Los alumnos Establecen una discusión con sus compañeros acerca de algún movimiento de su interés, que pueda efectuarse con materiales y equipos existentes en las instalaciones del Colegio; elegirán un movimiento de su interés y de su entorno para plantear hipótesis, diseñar y posteriormente realizar el respectivo experimento.

Cada equipo decide experimentar con movimientos de objetos sencillos como: avioncitos, piedras, plumas o su caminar etc. Plantean sus hipótesis y casi siempre miden tiempos y alguna distancia. Aquí se les indica que midan más de una vez para decidir si su medición se repite o cambia cada vez que miden. Toman fotos de su experimento y organizan sus datos en tablas adecuadas para su análisis.

Cierre de sesión

A partir de sus resultados en tablas, el profesor:

les indica que obtengan promedios y el máximo error posible de éstos, explicándoles en qué consiste éste. Se les comenta que dicho procedimiento es el primer análisis cuantitativo que pueden hacer y que la Física trata de relacionar las cantidades que mide para obtener conclusiones y contrastarlas con las hipótesis.

Los alumnos:

Explicarán a todo el grupo sus resultados con errores y conclusiones de su experimento. (2 horas)

Los argumentos, las hipótesis y los diseños emanados de la discusión se entregarán por escrito y por equipos.

Ejemplos de actividades experimentales: el lanzamiento de una piedra y un avioncito de papel.

Después de analizar sus resultados expusieron ante el grupo sus conclusiones y las contrastaron con sus hipótesis. (Evaluación por equipos, ver rúbrica).

El profesor:

Les deja que hagan una investigación en libros o sitios de Internet acerca del movimiento rectilíneo.

2ª Sesión

Apertura de sesión

El profesor:

Plantea preguntas como las siguientes:

1.- ¿Cuál consideras que es el movimiento más simple para estudiar?

2.- ¿Puedes predecir, en forma precisa, algo del movimiento que estudiaste y mediste?

Comenta y discute con los alumnos que los movimientos reales como los cotidianos que ellos seleccionaron tienen poco control y son más o menos complicados. Se les hace ver que la Física invierte tiempo, dinero y esfuerzo para simplificar los fenómenos que estudia y para ganar precisión en dicho estudio. En seguida se les presenta el riel de aire como un “juguete” que permite el movimiento en una dirección y con mínima fricción, si es que esta nivelado. Se les muestra cómo se nivela y que basta un pequeño empujón al carrito, con una liga o un resorte para que se mueva a todo lo largo del riel sin variación perceptible.

En el Colegio hay varios rieles de aire disponibles, así como cronómetros de hasta milésimas de segundo. Se nivela el riel junto con algunos de los alumnos(as).

Se les informa que tiene incorporado un flexómetro (hasta mm) y se les presentan cronómetros que miden hasta centésimas de segundo, para que se haga una discusión grupal del tipo de experimentos que se pueden hacer con este dispositivo.

Desarrollo de la sesión

Los alumnos:

En la discusión grupal deciden cada cuantos centímetros recorridos por el carrito se van a tomar los tiempos y quiénes son los alumnos más confiables, es decir los más rápidos y atentos.

Enseguida, los alumnos seleccionados toman varias veces los datos y se anotan en el pizarrón para que todo el grupo los pueda trabajar. Se obtienen promedios y se les muestra cómo obtener porcentajes de error. Con estos cálculos se puede ver cuáles son los datos más confiables.

Construyen tablas como las siguientes y calculan la velocidad con sus conocimientos previos (sin hacer la gráfica).

Tabla ejemplo

d (cm) t (seg) %Ɛrror en d %Ɛrror en t Velocidad

30±.05 1.331±0.21 0.16 15.77 19.86

60±0.5 2.846±0.64 0.08 22.48 18.29

90±0.5 4.484±0.67 0.05 14.94 18.07

120±0.5 6.149±0.71 0.04 11.54 17.34

150±0.5 7.874±1.29 0.03 16.38 17.44

A continuación se discute que la Física no sólo mide sino que busca relacionar las variables medidas. Una buena forma de relacionar las variables del experimento es trazar una gráfica de las distancias contra los tiempos, d versus t. Los alumnos trazan la gráfica en su cuaderno, en hojas milimétricas o usan algún programa de cómputo que manejen bien.

Gráfica ejemplo

Cierre de la sesión

Una vez que han trazado su gráfica, d versus t. Se discute la naturaleza de la gráfica y se concluye que se obtuvo una recta.

Se deja de tarea investigar cuáles la ecuación de una recta, ya sea de sus notas de cursos anteriores, en sitios de internet o de alguna otra fuente de información a su alcance. Entregarán copias de sus tablas de datos y cálculos, así como de las gráficas que trazaron.

3ª sesión

Apertura de sesión

Los alumnos:

Realizan una discusión grupal de lo investigado: la ecuación de una línea recta.

Desarrollo de la sesión

Los alumnos obtienen la ecuación del movimiento rectilíneo del carrito en el riel (por ejemplo d= (18.39cm/seg)t+5.8), éste es el modelo matemático del fenómeno, el cual describe en forma muy precisa la relación entre las variables involucradas. Además, pueden hacer predicciones de distancias o tiempos con la ecuación y verificarlas, tanto con el movimiento del carrito en el riel como en la gráfica.

Cierre de la sesión

Los equipos exponen sus ecuaciones y discuten los parámetros y las unidades, como las que se muestran en las gráficas anteriores.

Se discute la utilidad de la ecuación para predecir con precisión las posiciones de objetos cotidianos que se muevan de manera similar. Por ejemplo bicicletas, patinetas, atletas corriendo, automóviles, trenes, aviones, partículas atómicas, etcétera.

El profesor:

Plantea ejercicios o problemas en donde encuentren distancias, tiempos o velocidades por ejemplo para el Metro (V= 70 km/h), autos (V= 90 km/h), bicicletas (V= 40 km/h), aviones (V= 800 km/h), el sonido (V= 340 m/s), partículas atómicas en aceleradores (V= c/4), etcétera.

Finalmente se les pide entregar un reporte por equipo, de los dos experimentos de movimiento rectilíneo: el que ellos escogieron y el del riel de aire, para complementar su evaluación y sintetizar todo lo estudiado en esta estrategia.

Observaciones

Se pueden incluir en esta estrategia repaso de promedios, repaso de construcción de gráficas, repaso de conversión de unidades, despejes simples de incógnitas de una ecuación, repaso de potencias de 10 y los errores, tanto de instrumentos como del propio fenómeno.

En el caso de poder utilizar sensores de movimiento, es conveniente repetir el experimento empleando el sensor y la computadora, para que los alumnos se den cuenta que el tiempo de adquisición, tratamiento, análisis de datos y obtención del modelo matemático se acorta y podemos dedicar más tiempo a la discusión física y comprensión del movimiento. Esta tecnología es más precisa, ahorra tiempo y esfuerzo, pero se invierte más dinero. Aquí podemos enfatizar que actualmente es parte del trabajo de los científicos pues una gran cantidad de sensores han sido desarrollados por Físicos y algunos ya son cotidianos en nuestra sociedad. Con la Síntesis que es posible por el uso de sensores en los experimentos se logra el nivel 5 de la taxonomía de Bloom y tanto los profesores como los alumnos pueden volver a utilizarla para otros experimentos de caída libre, fuerzas, energías, etcétera.

C) RECURSOS Y MATERIALES DIDÁCTICOS,

Riel de aire con aditamentos; uno

Cronómetros; cinco

Papel milimétrico: una hoja por alumno

Soportes universales: dos

Ligas: cuatro

D) SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN

RÚBRICA PARA LA ESTRATEGIA DIDÁCTICA “ESTUDIO DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO”

Evaluación por equipo

1a. Sesión

CRITERIO MUY BIEN BIEN NECESITA MÁS TRABAJO

Diseño del experimento

Participan todos para plantear la hipótesis, los argumentos y el material.

Participan todos menos uno para plantear la hipótesis, los argumentos y el material.

Cada quien quiere un diseño propio

del experimento

Desarrollo del experimento

Miden cinco veces tiempos y distancias, y toman fotos de su actividad.

Miden solo tres veces tiempos y distancias, y toman fotos de su actividad.

Miden solo una vez tiempo y distancia, sin tomar fotos de su actividad.

Organización de datos

Escriben correctamente los datos recopilados en una tabla y obtienen promedios.

Escriben los datos recopilados en una tabla y obtienen promedios.

Escriben sin un orden los datos recopilados sin obtener los promedios.

Exposición frente a grupo

Exponen de manera clara y coherente los resultados obtenidos así como su conclusión.

Exponen de manera clara y coherente los resultados obtenidos pero no dan una conclusión.

Exponen de manera vaga los resultados obtenidos.

2a. Sesión


Tipo de experimento sugerido con el riel de aire.

Determinan y explican que se puede utilizar para reproducir un MRU

Determinan que se puede utilizar para reproducir un MRU

Creen que tienen que empujar constantemente el carrito

Organización para realizar el experimento.

Establecen tareas específicas para cada uno de los integrantes antes del

Establecen tareas específicas para cada uno de los integrantes

Establecen tareas confusas para cada uno de los integrantes durante el experimento

experimento. durante el experimento

Organización de resultados

Tabulan correctamente los datos, obtienen promedios y trazan la gráfica.

Tabulan los datos sin obtener promedios y trazan la gráfica.

Tabulan los datos, obtienen promedios y trazan incorrectamente la gráfica.

3a. Sesión


Información de gráfica

Obtienen el modelo matemático del MRU y la verifican con su gráfica y el riel.

Identifican y relacionan la ecuación de la línea recta con el MRU.

Identifican la ecuación de la línea recta sin relacionarla con el MRU.

Solución de problemas de MRU

Calcula la velocidad de un móvil y predice correctamente la posición de éste en cualquier tiempo y viceversa.

Calcula la velocidad de un móvil y predice correctamente la posición de éste en cualquier tiempo

Calcula la velocidad de un móvil.

Anexo 2. U II. FI. Movimiento Rectilíneo Uniforme Acelerado (Práctica de Lourdes)

Elaboró: Fis. María de Lourdes Vichis Quintero

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado.

Objetivo: Encontrar una ecuación que describe cómo varía la posición al cambiar el tiempo, para un objeto que se mueve con aceleración constante. Interpretando físicamente las constantes que aparezcan en dicha expresión y calcular la aceleración del móvil.

¿Qué pasa con la velocidad de un objeto que se mueve en un plano inclinado? ______________ ____________________. ¿Está acelerado? _____, ¿cómo es la aceleración? ________________ ¿Cómo supones que cambia la velocidad respecto al tiempo? ________________________ _______________________. O sea al graficar la velocidad en función del tiempo, ¿cómo sería la gráfica?_______________________________.

Material:

• Un riel de aluminio recto. • Un balín. • Un cronómetro • Un flexómetro

Procedimiento: Coloca el riel formando un ángulo pequeño con respecto a la mesa, pon una marca en la parte superior del riel que te sirva de punto de referencia, a partir de ésta marca el riel en diferentes posiciones respecto a él. Posteriormente coloca el balín en el punto de referencia y mide el tiempo que tarda en llegar a la primer marca (toma el tiempo tres veces y calcula el promedio), vuelve a colocar el balín en el punto de referencia y mide el tiempo que tarda en llegar a la segunda marca (toma el tiempo tres veces y calcula el promedio), coloca nuevamente el balín en el punto de referencia y mide el tiempo que tarda en llegar a la tercer marca (toma el tiempo tres veces y calcula el promedio); continúa este procedimiento hasta la décima marca. Registra las posiciones y los respectivos tiempos en la tabla 1 y grafica considerando en el eje vertical la posición y en el eje horizontal el tiempo.

Tabla 1

Posición (cm) t1(s) t2(s) t3(s) t(s)

¿Es una recta?_________.

¿Cómo es la gráfica? _______________________________.

¿El desplazamiento es directamente proporcional al tiempo? __________.

¿A qué tipo de relación correspondería?____________________. O sea, ¿cómo tendrías que graficar para que saliera una recta? _________ contra _________.

Considerando los valores de la tabla 1, completa la tabla 2.

Tabla 2

Posición (cm) t2(s2)

Grafica x contra t2, considerando en el eje vertical x y en el eje horizontal t2 .

¿Cómo es la gráfica? _______________________________________________.

¿Cómo es x respecto a t2? ________________________________________________.

¿Cuál es el valor de la constante de proporcionalidad? __________________________.

Entonces, ¿cuál es la ecuación que describe la posición en función del tiempo para este movimiento? ____________________. Comparando esta ecuación con la de un movimiento uniformemente variado (__________________________), ¿cuál sería la magnitud de la aceleración del balín?__________. ¿Cómo es la aceleración del balín?______________, por consiguiente el cambio en la velocidad es ____________________________________________

____________________________con el tiempo, es decir es un movimiento ________________ _____________________________________________________________________________ . Por lo tanto, el movimiento en un plano inclinado tiene una aceleración ___________________ es decir, es un movimiento _______________________________________________________ De tal manera que el cambio en la velocidad es ______________________________________ al tiempo, o sea que v -‐ v0=______ en donde a=______________ para este movimiento. Además se tiene que la ecuación describe la posición en función del tiempo en un movimiento uniformemente variado es _________________________.

Anexo 3. U.II. FI.

Cuestionario "Gravitación"

Emilio García Valdez (Física)-‐ Plantel Sur del CCH-‐UNAM

NOTA: El archivo de la animación “fuerza gravitacional.rar” es un archivo comprimido. Primero es necesario descomprimirlo y se puede ver con el programa “Adobe flash Player”. Después es necesario salir de internet para abrir el archivo descomprimido.

Una vez que ya se pueda visualizar la simulación se plantean las siguientes preguntas:

1.- En la animación se simula al planeta Tierra y un satélite girando a su alrededor, ¿por qué crees que no se aleja más o porqué no se acerca más a la Tierra? 2.- ¿Qué crees que representa la flecha roja se dibuja desde el satélite hacia la Tierra? 3.- ¿por qué cambia la dirección de la flecha roja? 4.- ¿por qué cambia también el tamaño de la flecha roja? ¿esto tiene relación con la distancia entre el satélite y la Tierra? 5.- Escribe la ley de fuerza Gravitacional para la Tierra y el satélite. 6.- Además de la fuerza gravitacional, ¿qué otro factor afecta al movimiento del satélite?

Anexo 4. U.II. F.I Conservación de la energía.

Principio de conservación de la energía Emilio García Valdez (Física)-‐ Plantel Sur del CCH-‐UNAM

I INTRODUCCIÓN

El principio de conservación de la energía fue establecido en el siglo XVIII como consecuencia de la actitud científica frente a los fenómenos naturales relacionados con su producción y utilización.

Cuando el estudio del movimiento de los cuerpos avanzó en la formulación teórica de sus leyes, el principio de conservación de la energía surgió como un método alternativo y sencillo para describir dichos movimientos.

En este trabajo describimos una manera de presentar este principio a los alumnos del curso de Física I empleando nuevas tecnologías.

II OBJETIVO

Que el alumno conozca, comprenda y aplique el principio de conservación de la energía en situaciones cotidianas.

III APRENDIZAJE ESPERADO

Con estas actividades se espera contribuir a que el alumno logre los aprendizajes:

A16. Explica el principio de conservación de la energía mecánica. (Nivel 2, tema T11).

A17. Aplica el concepto de energía y su principio de conservación en la resolución de

problemas cotidianos. (Nivel 3, temas T10 y T11).

A18. Reconoce la importancia del concepto de potencia en el consumo de energía.

(Nivel 1, temas T12).

Estos aprendizajes corresponden a la Unidad II de la asignatura de Física I.

IV PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

El desarrollo inicia con actividades de motivación para los estudiantes resaltando el carácter cuantitativo de la física al observar los fenómenos de la naturaleza, llevando dicha cuantificación hasta la formulación de una teoría física con su respectivo modelo matemático, haciendo hincapié en su comprobación experimental. Las nuevas tecnologías se incorporan a las actividades experimentales como herramientas que permiten mayor control sobre el experimento.

Con el fin de medir de manera precisa las variables que intervienen en el movimiento de un objeto lanzado verticalmente hacia arriba y poder establecer un modelo que explique el fenómeno, se emplea una cámara electrónica de video y un programa llamado Tracker, para medir los desplazamientos y los tiempos de manera sencilla y funcional. Dicho programa puede ser descargado fácil y gratuitamente de varios sitios de internet.

A continuación describimos el desarrollo de dichas actividades indicando al alumno las actividades que debe realizar.

Actividad experimental: El tiro vertical de una piedra de 0.5 kg

Muchas veces hemos visto la acción de lanzar hacia arriba una piedra con la mano y luego vemos la caída después de llegar a su punto más alto. Ahora, vamos a observar esto mismo poniendo atención a todos los detalles y analizando cada una de las partes de este movimiento.

Primero analizaremos la lanzada de la piedra ¿Creen que hay fuerza de la mano? ¿Qué diferencia hay entre lanzarla para que suba1 m, o 2 m? ¿Está la mano cediendo o entregando algo a la piedra para subirla? ¿Qué hace que la piedra siga subiendo aunque ya no esté en contacto con la mano?

Mediciones en física

Para decidir si las respuestas que hemos dado son las adecuadas pensemos en realizar experimentos con mediciones básicas que nos den información más precisa. ¿Qué se les ocurre medir en la acción de lanzar la piedra? (recuerden que hay un instrumento para medir fuerzas, otro para medir distancias y otro para medir tiempos).

¿La fuerza para lanzar la piedra es semejante a su peso o mayor? ¿Cuándo sí o cuando no? ¿Cuándo hace más trabajo la mano, al lanzarla hasta 1 m o hasta 2 m?

Cuando la mano deja de hacer contacto con la piedra ya no aplica su fuerza sobre ella, entonces ¿Qué fuerza siente la piedra en el aire que provoca que se vaya deteniendo?

La Física no se conforma sólo con observar, avanza a medir y enseguida trata de relacionar las cantidades medidas. En este caso trata de relacionar la fuerza aplicada a la piedra en el aire y la distancia recorrida por ella.

Trabajo mecánico

Cuando se decide multiplicar la fuerza aplicada al objeto por la distancia recorrida, a esta multiplicación se le ha llamado TRABAJO MECÁNICO y denotado por la letra W (por la palabra Work en inglés que significa trabajo).

En términos de unidades quedaría: Newton x metro = Joule (en el sistema internacional de unidades)

Esta es la definición de trabajo mecánico.

W = F x (xf – xi) JOULE = NEWTON X METRO

Ahora podremos calcular el trabajo que la fuerza mg (el peso) ejerce sobre la piedra cuando la va frenando desde yi hasta yf , es decir la distancia (yf – yi).

Calcula W para el caso en que la piedra se levanta hasta (yf – yi) = 3 m y para 1 m.

Si continuamos observando hasta que la piedra ya no sube más y se detiene ¿Qué le pasó al trabajo que se le proporciono a la piedra hasta aquí?, ¿Se pierde o se almacena en alguna parte?

Energía potencial o de posición (Ep)

A este trabajo almacenado se le llama energía de posición o Energía potencial y se le asocian las letras Ep y se puede calcular multiplicando la fuerza del peso (mg) por el desplazamiento (yf– yi) .

Ep = mg h donde h = (yf – yi)

Encuentra la energía potencial de la piedra si alcanza su altura máxima (6m) o la mitad de la altura máxima.

Caída de la piedra

Continuemos observando el movimiento de la piedra, es decir la caída, después de que la piedra se detiene en el punto de mayor altura, ¿Qué le sucede a la velocidad de la piedra? ¿Está liberando algo en la caída? ¿Qué podemos medir del movimiento de caída?

Uso de tecnología (Tracker) para medir movimientos

¿Sería posible medir tiempos, distancias y velocidades intermedias durante la caída libre de la piedra? El estudio científico necesita medir con precisión para verificar o no sus hipótesis y aunque tengamos cronómetros que pueden medir hasta centésimas de segundo, nuestros reflejos para encender y apagar el cronómetro son lentos comparados con el tiempo de una caída libre. Por otro lado sería complicado querer medir con un metro las distancias que va recorriendo la piedra, es por eso que recurriremos a herramientas que permitan, tanto realizar dichas mediciones como lograr mayor precisión.

Nosotros ya sabemos que si filmamos la caída, el video nos permite analizar mejor dicho movimiento y, además, actualmente existen programas para analizar cuadro por cuadro dichas grabaciones. Uno de esos programas es el “Tracker”, que se puede obtener gratuitamente en algunos sitios de la Web.

Análisis con gráficas y ajustes

En el tracker podemos recortar el video para analizar todo el movimiento de la piedra, o sólo la caída y medir con precisión los tiempos, las posiciones y poder calcular las velocidades. También nos proporciona la gráfica de dichas mediciones y permite hacer ajustes para obtener ecuaciones que relacionan nuestros datos.

Si analizamos la tabla de la caída, ahí se muestra que la velocidad de la piedra va aumentando conforme avanza el tiempo y su altura disminuye ¿Podemos pensar que libera algo de la energía que había ganado en la subida?

Energía cinética o de movimiento

Regresando a la idea de la energía, vimos que se gana a partir de un trabajo, recordemos que: W = (F)(yf – yi),

pero aquí no aparece la velocidad y ahora queremos relacionar energía con velocidad. Recordemos que la segunda ley de Newton dice que:

F=ma = m(vf-‐ vi)/(tf-‐ ti).

Si sustituimos esta última expresión en la del trabajo W queda:

W = m(vf-‐vi)/(tf-‐ ti) (yf-‐ yi) en donde si aparecen las velocidades. Si re arreglamos la expresión queda:

W = m(vf-‐ vi) (yf – yi) /(tf -‐ ti)m = m(vf-‐ vi) (v) donde v es la velocidad promedio, es decir: v= (vf+ vi)/2 y si sustituimos nos queda:

W = m (vf-‐ vi)(vf+ vi)/2 y de aquí:

W = m(vf²/2 + vi²/2)

Ahora hemos relacionado el trabajo con la velocidad y encontramos que: el trabajo hecho sobre el cuerpo de masa m lo mueve con diferentes velocidades, es decir le da energía de movimiento o ENERGÍA CINÉTICA (Ec).

Si llamamos o definimos la energía cinética (Ec) como el producto de la (masa) x (velocidad)²/2, entonces la última ecuación la podemos reescribir como: W = m(vf²/2 + vi²/2) = Ecf – Eci

Ahora calcula la energía cinética para cuando la piedra ha caído a la mitad de la altura máxima y compara tu resultado con la energía potencial que calculaste para esa misma altura. ¿Qué observas en ésta comparación?

Si ahora comparamos tus resultados de la energía potencial hasta la altura máxima con la energía cinética inicial ¿Qué puedes concluir de la comparación?

Energía mecánica total

Como en este movimiento hay dos tipos o formas de energía mecánica, es posible definir la energía total de la piedra (E) como la suma de las energías potencial y cinética, es decir:

E = Ec + Ep

Ahora calcula la energía total de la piedra a la mitad de la altura máxima y a la altura máxima. ¿Qué puedes concluir de tus resultados?, ¿Podrías pensar que algo se mantiene constante o conserva?

Principio de conservación de la energía

Si tu conclusión fue que la energía total de la piedra se conserva, has encontrado el principio de conservación de energía para este caso. En otros experimentos similares con otros objetos a los que se les proporciona energía potencial y luego la liberan como energía cinética se concluye lo mismo, siempre que no afecten otros factores externos como la fricción.

Es así como se llegó al “principio de conservación de la energía mecánica” que dice: La energía total se conserva y sólo hay transformaciones de un tipo de energía en otro. O también que la energía total no se pierde, sólo se transforma.

Potencia mecánica

Por último, es posible comparar el trabajo que recibió la piedra al subir con el tiempo que utilizó. Esto se puede hacer a través de la división del trabajo/ tiempo, y a esta división se le define como Potencia mecánica (P). Es decir:

P = W/ t

y en términos de unidades quedaría: Joule/ s= Watt

Calcula la potencia en la subida de la piedra de nuestro caso. ¿Sería igual que si nosotros la hubiéramos subido lentamente en 5 segundos, o en 10 segundos?

Aplicaciones de conservación de energía

Ya hemos analizado con la Física este movimiento aparentemente sencillo y hemos logrado obtener sus ecuaciones, con las que podemos predecir (en forma precisa), posiciones, velocidades, energías y potencias para los diferentes tiempos. Es decir, ya conocemos mejor este fenómeno tan común.

Este análisis se lo podemos aplicar al movimiento del dispositivo que observamos al inicio de la presentación. Trata de explicarlo en términos de la “conservación de la energía”.

ANÁLISIS DE LA ESTRATEGIA

La estrategia utilizada con los alumnos, difiere sustancialmente de la manera tradicional de presentación del tema de la Conservación de la Energía Mecánica pues considera la participación activa de los estudiantes, con la guía y supervisión del profesor y el uso de la tecnología.

Una consecuencia de utilizar el programa tracker fue un ahorro de tiempo para la adquisición de datos y permite disponer de más tiempo para el análisis y discusión de los resultados y los conceptos físicos, además de proporcionar datos confiables y precisos que de otra manera serían muy difíciles de obtener.

CONCLUSIÓN

Este principio de “conservación de la energía” se ha extendido a otras formas de energía que existen en la Naturaleza como la calorífica, eléctrica, química, atómica y nuclear. Y es la base para entender los balances energéticos de nuestro planeta y del Universo, así como de otros sistemas como lo son: nuestro organismo, las células, los ecosistemas y otros sistemas del medio ambiente.

Si entendemos dichos balances energéticos, aprenderemos a ser más responsables en el uso de las fuentes de energía no renovables.

Las actividades experimentales que incorporan nuevas tecnologías resultan interesantes y su uso puede llegar a ser un reto para el alumno.

El acompañamiento del profesor al alumno en el uso de nuevas tecnologías puede llegar a ser determinante para el buen uso de ellas.

BIBLIOGRAFÍA

Alonso M., Finn E. J., Física. Vol I. Ed. Addison -‐ Wesley Iberoamericana. México 1970.

Hewitt, P, Física Conceptual. Ed. Pearson, México 1999.

Resnick R. y Halliday D., Física. Ed. CECSA 1994.

Tippens P., Física y aplicaciones. Ed. McGraw Hill, México 2003.

Wilson J. D., Buffa, Física. Ed. Pearson Educativa, México 2003.

Tracker; video analysis and modeling tool.http://dgeo.udec.cl/~andres/Tracker/ (última consulta, 10 marzo de 2013).

Actividades alternativas y de cierre

a) Actividades alternativas y de cierre. • Investigar las respuestas a las siguientes preguntas: ¿cuándo tienes

calor, al medir la temperatura de tu cuerpo, es mayor que cuando tienes frio? ¿Cuándo pones un cubo de hielo en tu refresco qué pasa al refresco y qué pasa al hielo? Explica, ¿algunos años atrás los barcos de vapor, cómo se movían?, ¿cuál es el combustible que empleaban?

• Hervir agua a baja presión con su consecuente investigación documental y elaboración de informe

• Calentar agua en un vaso de papel con su obligada investigación documental y elaboración de informe

• Investigación documental sobre la evolución histórica de los conceptos de calor y temperatura. Entrega de reporte escrito.

• Construcción de una tabla comparativa donde se muestren temperaturas muy altas y muy bajas así como las situaciones que se presentan en esos casos y de ser posible la descripción del método para medirlas.

• Investigación documental sobre la evolución histórica del concepto de energía y del principio de su conservación.

• Investigación documental sobre el efecto de temperaturas bajas y altas en el cuerpo humano: medidas de precaución al respecto.

• Investigación documental sobre el funcionamiento del aire acondicionado y la calefacción de uso habitacional

• Uso de la energía solar y su aprovechamiento térmico en el hogar • Investigación sobre el modelo cinético de la materia y explicación de

algunos fenómenos observados en la vida cotidiana relacionadas con el calor la temperatura y las formas de transferencia de la energía.

• Resolución de problemas simples sobre mezclas de líquidos a diferentes temperaturas, aplicación de la ecuación calorimétrica.

• Revisión del problema del aprovechamiento mecánico de la energía. Revisión histórica del desarrollo de las maquinas térmicas

• Uso de la literatura de ciencia ficción como referencias para mencionar la segunda ley y la entropía.

• Elaboración de un ensayo sobre las leyes de la termodinámica y su importancia tecnológica.

b) Estrategia de la teoría cinética (pendiente) c) Estrategia del efecto Joule con un tubo cargado de balines (pendiente)

Experimento de Joule: versión modificada Propuesta de Enrique Zamora Arango y Fernando Reyes Leyva.

Introducción

El experimento de Joule que relaciona la energía mecánica transferida a un sistema su energía interna, es uno de los experimentos clásicos de la física, dado que identifica por primera vez con claridad que el calor es una forma de en la que se transfiere la energía, adicionalmente permite establecer la equivalencia entre las unidades de calor introducidas en la época y las unidades de energía mecánica Calorías y Joules a través de la relación: 1 Caloría = 4.187 Joules. A esa relación se le llamo “equivalente mecánico del calor”. George Gamow hace referencia a experimento de Joule en su libro Biografía de la Física:

Para sus experimentos, Joule empleaba un

aparato que consistía en una vasija llena de

agua que contenía un eje giratorio con

varias paletas batidoras insertas en el. El

agua de la vasija no podía girar libremente

al tiempo que las paletas por virtud de unas

tablillas especiales insertas en las paredes

de la vasija que aumentaban la fricción

interior. El eje con sus paletas era movido

por un peso suspendido a través de una

polea, y el trabajo efectuado, por el peso en su descenso era transformado en calor de

rozamiento que se comunicaba al agua. Conociendo la cantidad de agua en la vasija y

midiendo la elevación de la temperatura, Joule podía calcular la cantidad total de calor

producido. Por otra parte, el producto del peso impulsor por la distancia de su descenso

suministraba el valor del trabajo mecánico. Repitiendo este experimento muchas veces

bajo diferentes condiciones, Joule estableció que hay una proporcionalidad directa entre

el trabajo realizado y el calor producido. Al anunciar en 1843 el resultado de sus

estudios, escribía "El trabajo realizado por un peso de una libra que desciende 772 pies

en Manchester, si se emplea en producir calor por el rozamiento del agua, elevará la

temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit." Esta es la cifra que,

expresada en estas u otras unidades, se usa ahora universalmente siempre que se ha de

traducir la energía térmica en energía mecánica o viceversa.

Posteriormente se precisa al calor como una forma de transferir energía entre

sistemas de muchas partículas y se identifica una variable termodinámica de

los sistemas físicos (solidos, líquidos y gases): la energía interna. En una

primera aproximación la energía interna se puede caracterizar como la energía

asociada al movimiento de las partículas, es decir con la suma de las energías

cinéticas de las partículas constituyentes de una sustancia. Así, cuando se

realiza trabajo mecánico sobre un sistema, se modifica su energía interna;

adicionalmente si sobre el sistema se transfiere energía en forma de calor, se

vuelve a modificar la energía del sistema. La relación que establece

cuantitativamente esta relación es la primera ley de la termodinámica y se

puede interpretar como una primera versión del Principio de Conservación de

la Energía.

Realización del experimento

Para este experimento planteamos los siguientes objetivos: al finalizar la

actividad el alumno podrá:

• Establecer experimentalmente la existencia de la energía interna de un

sistema como una variable relevante en los fenómenos térmicos.

• Identificar que la energía interna puede cambiar mediante la realización

de trabajo mecánico sobre un sistema, aún sin entrada de calor.

• Determinar el equivalente mecánico del calor.

• Establecer información sobre el Principio de Conservación de la Energía

Preguntas para la discusión:

Si dejas caer un trozo de plastilina de 500 gramos, desde una altura de un

metro responde las siguientes preguntas:

¿Cual es su energía potencial inicial? ¿Cual es su energía cinética inicial? Al

Llegar al piso ¿Cual es su energía potencial final? ¿Cual es su energía cinética

final justo antes de llegar al suelo? ¿Después de golpear el piso cuáles son sus

energías cinética y potencial? ¿Se conservó la energía mecánica? ¿Se cumple

el principio general de conservación de la energía?

Respuestas y conclusiones de la discusión de ellas con el profesor.

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________

Una de las posibles conclusiones a las que se llegó es que una parte de la

energía mecánica se transformó en calor y otra parte se uso para deformar la

plastilina, como se observa al ver la forma de ella después de caer. Es decir, la

energía mecánica no se conservó pero si se puede trasformar en otra forma de

energía y afectar al sistema cambiando su forma o su temperatura.

¿Se puede medir de alguna forma esa energía que se transforma?

Respuestas y conclusiones de la discusión con el profesor

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

________________________

Lo que sabemos es que, antes de llegar al suelo la energía cinética es mgh, es

decir, toda la energía potencial inicial se transforma en cinética hasta antes de

llegar al piso (0.5kg x 9.8m/s2 x 1m = 4.9 joules, en éste momento, dado que

toda la energía potencial se ha convertido en energía cinética, suponiendo que

la fricción del aire en la caída no afecta). Al chocar con el piso la plastilina se

detiene, es decir su energía cinética se hace cero y la potencial es cero ya que

h = 0. Por lo tanto la energía mecánica después de chocar con el piso es cero.

¿Qué ocurrió con los 4.9 joules que se tenían antes del choque? ¿Qué crees

que pasaría con la plastilina si realizará esta acción 50 o100 veces seguidas?

Respuestas y conclusiones de la discusión con el profesor.

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

___________________

Si no tienes idea de qué puede ocurrir, realiza el experimento, describe tus

observaciones y enuncia tus conclusiones.

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________

Descripción del experimento

A continuación realizaremos un experimento similar al que realizo Joule,

descrito en la introducción. Para ello necesitamos: Tubo de PVC de un metro

de longitud y 2 pulgadas de diámetro, dos tapones de goma que sellen los

extremos del tapón, 200 gramos de municiones de plomo y un termómetro

graduado en décimas de grado centígrado o en grados.

Vamos a colocar las municiones dentro del tubo, lo cerraremos por ambos

extremos con los tapones y lo colocaremos verticalmente. Volteamos el tubo

cuidadosamente de tal manera que caigan las municiones desde la altura de

un metro y repetimos la operación 100 veces. ¿Cuanta energía se habrá

transformado en este caso?

Respuesta y conclusiones de la discusión con el profesor

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________

Si fuese necesario, considere lo siguiente: tenemos 200 gramos de

municiones, por lo que la energía potencial cuando se deja caer la primera vez

es: 0.2kgx9.8m/s2x1.0m =1.96 joules. Si repetimos el proceso 100 veces

tendremos 196 joules que serán transferidos, por conducción: una parte a las

mismas municiones en su interior, otra parte al aire interior del tubo y una

tercera parte al tubo mismo como energía cinética de sus partículas

constituyentes, lo que se vera reflejado en un aumento de la temperatura.

¿Como se puede medir ese aumento de la temperatura?


_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

___________

¿El aumento de temperatura puede ayudar a saber cuanta energía equivalente

se le suministró, en forma de calor, al sistema? ¿Se puede calcular ese

aumento de temperatura?


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___

También se puede considerar lo siguiente:

Sabemos que 1Caloria = 4.187 joules por lo que 1 joule será igual a 0.2388

Calorias. En consecuencia 196 joules será equivalente a 46.81 calorías.

Ahora tomando en cuenta que quien esta modificando su energía interna

esencialmente, por cambio de su temperatura, es el plomo, es decir los 200

gramos de municiones, podemos calcular el aumento de temperatura del plomo

suponiendo que se le suministran 46.81 calorías de energía para incrementar

su temperatura. Si

Q=ce m ( tf - ti )

en el que Q es la energía transferida en Joules, ce es el calor especifico del

plomo1

m es la masa de las municiones de plomo y ( tf - ti ) es el cambio de

temperatura en ⁰Kelvin, para calcular el cambio de temperatura esperado

debido a la energía cedida en forma de calor equivalente a 196 joules,

despejamos de esa ecuación ( tf - ti ), quedando:

( tf - ti ) = Q/ ce m

En donde, sustituyendo valores, se tendrá: (tf - ti) = 196/129(0.200)= 7.6 ⁰K,

equivalentes a 7.6 oC

Así, concluimos que el aumento de temperatura será de alrededor de 7 grados

o menos, ya que debemos tomar en cuenta que, aunque las municiones ceden

energía al aire y al tubo, ésta es menor comparada con la que fue absorbida

por las municiones.

1 Calor Específico del plomo= 129 joules/kgK

En otras palabras, ha ocurrido una transformación de energía mecánica con un

aumento de la energía interna que se puede cuantificar como calor cedido al

sistema. Esto es equivalente a haber obtenido el equivalente mecánico del

calor.

Es importante considerar que la temperatura final alcanzada por el sistema y

que se mide colocando el termómetro en contacto con el aire interior del tubo

varía con lentitud debido a que la transferencia de energía entre las municiones

y el aire se realiza lentamente.

¿Puede predecir cual será la temperatura final del aire suponiendo que el tubo

no absorbe energía en el proceso y que no hay transferencia de energía hacia

el exterior del sistema?

Respuesta y conclusiones de la discusión con el profesor:

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

___________________

Actividad de cierre

Obtenga las conclusiones a las que se llega con las actividades realizadas en

este experimento.

¿Que observaciones importantes puede hacer sobre el desarrollo y resultados

del experimento?

¿Se cumplieron los objetivos planteados al inicio? ¿En que forma?

¿Si en lugar de municiones de plomo se hubiera usado agua se habrían

obtenido resultados similares? ¿Por qué?

ACTIVIDADES SUGERIDAS EN APOYO A LA UNIDAD 1, FÍSICA II

CAMPO ELÉCTRICO DATOS GENERALES ASIGNATURA TITULO DE LA SECUENCIA DIDÁCTICA AUTOR FECHA DE ELABORACIÓN FECHA DE ACTUALIZACIÓN PALABRAS CLAVE

CCH FÍSICA II CAMPO ELÉCTRICO Taller de Ciencias Experimentales. (Seminario de Área Complementaria). Participantes: María de Lourdes Vilchis Q., María del Carmen Murcia F., Pedro Delgado R., Julián Huerta O., Enrique Arias, José Augusto Mena L. Junio 2009 -‐ Mayo 2010.

Campo Eléctrico, Fuerza Eléctrica, Carga, Neutro, Uniforme, Conductor, Radial, Paralelo, Perpendicular y Superficie.

POBLACIÓN Alumnos de Física II de cuarto semestre

UNIDAD EN QUE SE INSERTA ESTA SECUENCIA DIDÁCTICA

SEGUNDA UNIDAD. FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS

TIPO DE SECUENCIA (APERTURA, DESARROLLO, CIERRE)

Desarrollo

DURACIÓN 2 Horas para la demostración, análisis e interpretación.

APRENDIZAJES ESPERADOS

Conceptuales

El alumno:

Describe mediante dibujos el campo eléctrico de configuraciones sencillas de objetos electrizados.

Procedimentales

El alumno:

Observa con atención la formación de líneas de campo alrededor de conductores cargados eléctricamente, y hace los diagramas correspondientes. Observa que las líneas de campo van de un objeto al otro, cuando tienen cagas opuestas. Además éstas lo hacen de manera que salen o entran perpendicularmente al objeto. Relaciona la intensidad de campo eléctrico con el número de líneas de fuerza o de campo eléctrico, al observar que al aumentar la carga eléctrica y por consiguiente el campo generado, el número de líneas aumenta. Deduce que la carga eléctrica se distribuye en la superficie de los conductores y que el campo eléctrico dentro de él es cero, al observar que no hay movimiento alguno de las semillas dentro de un conductor hueco y fuera de él si lo hay, cuando se carga eléctricamente.

Actitudinales El alumno: Observa con atención, hace deducciones y señalamientos acerca de lo observado al resto de la clase. Intercambia sus deducciones e interpretaciones con sus compañeros de equipo, respecto a la actividad experimental para llegar a una conclusión.

CONTENIDO TEMÁTICO

TEMÁTICA

2. Campo, energía potencial y potencial eléctricos

• Campo eléctrico.

• Intensidad del campo eléctrico.

• Energía Potencial en el campo eléctrico y Potencial.

Se llama campo de fuerza eléctrico a todo el espacio que rodea un cuerpo electrizado en el cual se hacen notar los efectos de atracción o repulsión que ejerce sobre otros cuerpos cargados.

Se llama línea de fuerza una línea imaginaria que en cada u no de sus puntos tiene una dirección que coincide con la dirección del campo eléctrico en ese punto. Una línea de fuerza es la trayectoria que seguiría una partícula con carga positiva si se moviera bajo la acción del campo, pero con la condición de que dicha partícula no tuviera inercia. El término línea de fuerza fue ideado por Faraday.

En cualquier punto del campo se puede considerar que pasa una línea de fuerza; todas ellas salen del cuerpo positivo y van a dar al cuerpo negativo, debido a la repulsión que ejerce el cuerpo positivo y a la atracción que ejerce el negativo.

Si se tienen trazadas las líneas de fuerza de un campo eléctrico se puede saber la dirección de la fuerza que obra en cada punto sobre una carga colocada en él, puesto que dicha fuerza es tangente a la línea de fuerza que pasa por ese punto. La dirección del campo en cualquier punto es la tangente a la línea de fuerza que pasa por ese punto.

Se define el vector campo eléctrico E, en cualquier punto del espacio como la fuerza eléctrica F que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en ese punto, dividida entre la carga de prueba qo:

𝐄 =𝑭q o

ORGANIZACIÓN

La actividad experimental la realiza el profesor en forma demostrativa, señalando o enfatizando las características de las líneas de campo que se forman alrededor de conductores de diferentes formas, cargados eléctricamente.

Los cuestionamientos que se pueden hacer a los alumnos durante la práctica, se pueden retomar de las preguntas presentadas en la actividad de evaluación.

MATERIALES

Ø Una máquina de Winshurt.

Ø Un proyector de acetatos.

Ø Una charola de plástico transparente

Ø Un par de cables.

Ø Un caimán.

Ø Aceite comestible.

Ø Manzanilla triturada.

Ø Conductores de diferente geometría: dos prismas, dos cilindros sólidos y un cilindro hueco.

DESARROLLO

LÍNEAS DE CAMPO PARA UNA DISTRIBUCIÓN UNIFORME DE CARGA, ESFÉRICA.

1. Colocar la charola de plástico sobre el proyector de acetatos.

2. Vaciar aceite comestible en la charola, hasta cubrir su base.

3. Colocar en una mesa cercana la máquina de Winshurt y conectar los cables a ella.

4. En el extremo de uno de los cables conectar uno de los conductores cilíndricos y colocarlo sobre la charola de plástico, de manera que al prender el proyector se observe en la pantalla un círculo.

5. Espolvorear semillas de manzanilla alrededor del conductor cuidado de no saturar, o sea de manera ligera y uniforme.

6. Solicitar a los alumnos que dibujen lo observado en la pantalla, antes de cargar el conductor.

7. Mover muy suavemente la manivela de la máquina de Winshurt, brevemente, cuidando que sus electrodos estén separados y que el extremo del segundo cable no esté en contacto con algún otro objeto. Indicando a los alumnos que no pierdan de vista la pantalla.

8. Solicitar a los alumnos que dibujen lo observado en la pantalla. Para comparar lo que ocurre antes y después de cargar el objeto.

9. Nuevamente mover la manivela de la máquina de Winshurt, para aumentar la carga del conductor y que observen lo que ocurre con las líneas de campo. No olvidando señalar, cómo son éstas líneas respecto a la superficie del conductor.

LÍNEAS DE CAMPO ENTRE CONDUCTORES ESFÉRICOS CON CARGAS OPUESTAS.

1. Juntar los electrodos de la máquina de Winshurt, para descargar tanto la máquina como los cables y el conductor. (Tener cuidado de hacerlo de la parte de plástico que tienen los electrodos).

2. Ahora en el extremo del segundo cable se conecta otro conductor cilíndrico y se coloca en la charola, de manera que en la pantalla se observen ahora dos círculos entre los cuales haya un espacio. Remover y repartir las semillas de manzanilla con los mismos cilindros, si es

necesario espolvorear más.

3. Se repite el procedimiento.

4. Nuevamente solicitar a los alumnos que hagan el dibujo de las líneas de campo, después de cargar ambos conductores con cargas opuestas, ya que por fricción una parte se cargará positivamente y la otra negativamente.

LÍNEAS DE CAMPO DE UN CONDUCTOR HUECO CARGADO ELÉCTRICAMENTE.

1. Juntar los electrodos de la máquina de Winshurt, para descargar tanto la máquina como los cables y los conductores. (Tener cuidado de hacerlo de la parte de plástico que tienen los electrodos).

2. Ahora en el extremo del cable se cambia el conductor cilíndrico por otro conductor cilíndrico hueco y se coloca en la charola, de manera que en la pantalla se observe ahora un aro. Remover y repartir las semillas de manzanilla con el mismo conductor, si es necesario espolvorear más.

3. Se repite el procedimiento. Indicando a los alumnos que observen cuidadosamente el movimiento de las semillas, tanto en el interior como en el exterior del conductor, al cargarlo. Preguntando a los alumnos acerca de lo que observan, y que se puede deducir acerca de la distribución de la carga eléctrica en el conductor y del valor del campo eléctrico en el interior del mismo.

4. Nuevamente solicitar a los alumnos que hagan el dibujo de las líneas de campo, después de cargar el conductor.

LÍNEAS DE CAMPO ENTRE CONDUCTORES PARALELOS CON CARGAS OPUESTAS.

1. Juntar los electrodos de la máquina de Winshurt, para descargar tanto la máquina como los cables y el conductor. (Tener cuidado de hacerlo de la parte de plástico que tienen los electrodos).

2. Ahora en los extremos de ambos cables se conectan los conductores en forma de prismas rectangulares y se colocan en la charola, de manera que en la pantalla se observen ahora dos rectángulos paralelos rellenos, separados una cierta distancia. Remover y repartir las semillas de manzanilla con los mismos prismas, si es necesario espolvorear más.


4. Nuevamente solicitar a los alumnos que hagan sus dibujos de las líneas de campo después de cargar ambos conductores con cargas opuestas. Señalando como son las líneas, en la región entre ambas placas y en los extremos, de manera que puedan hacer alguna deducción respecto a la dirección del campo eléctrico en los diferentes puntos en la región entre ambas placas.

LÍNEAS DE CAMPO ENTRE UNA ESFERA Y UNA PLACA CON CARGAS OPUESTAS.

1. Juntar los electrodos de la máquina de Winshurt, para descargar tanto la máquina como los cables y los conductores. (Tener cuidado de hacerlo de la parte de plástico que tienen los electrodos).

2. Ahora en los extremos de ambos cables se conectan los conductores: un prisma rectangular y un cilindro hueco. Se colocan en la charola, de manera que en la pantalla se observen ahora

un rectángulo y un aro, separados una cierta distancia. Remover y repartir las semillas de manzanilla con los mismos conductores, si es necesario espolvorear más.


4. Nuevamente solicitar a los alumnos que hagan sus dibujos de las líneas de campo después de cargar ambos conductores con cargas opuestas. Señalando como son las líneas, en la región entre ambos.

EVALUACIÓN

1. ¿Cómo se llama la región del espacio que rodea a un cuerpo con carga eléctrica en donde una carga de prueba experimentaría una fuerza? Es independiente de la carga usada para medirlo, sólo depende de la cantidad de carga del cuerpo y de la posición.

2. ¿Cómo son las líneas de campo en la región que rodea un objeto esférico con una distribución uniforme de carga?

3. ¿Cómo emergen o llegan a la superficie del objeto cargado, las líneas de campo? 4. En un conductor, ¿en dónde se distribuye la carga eléctrica? 5. Dentro de un conductor, cómo es el campo eléctrico. 6. Dibuja las líneas de campo para dos objetos esféricos con cargas opuestas. 7. Dibuja las líneas de campo para dos planos paralelos con cargas opuestas. 8. ¿Cambia la dirección del campo eléctrico en la región entre dos placas paralelas cargadas con

la misma cantidad de carga, pero de signo contrario? 9. ¿Cuál es la dirección del campo eléctrico entre dos placas paralelas cargadas con la misma

cantidad de carga, pero de signo contrario? 10. ¿Cómo deben estar dos placas con cargas opuestas para que el campo eléctrico sea

uniforme?

REFERENCIAS (FORMATO APA)

Bueche F. J., Fundamentos de Física, McGraw Hill, México, 1991. Hecht, E., Fundamentos de Física, Thomson Learning, México, 2001. Hewitt, P. Física conceptual, Pearson, México, 1999. Tippens P. Física Conceptos y aplicaciones. McGraw Hill, México, 2001. Zitzewitz, P. W., Neft, R. F. y Davis, M. Física 2. Principios y problemas, McGraw Hill, México, 2002.

LINEAS EQUIPOTENCIALES

DATOS GENERALES ASIGNATURA TITULO DE LA SECUENCIA DIDÁCTICA AUTOR FECHA DE ELABORACIÓN FECHA DE ACTUALIZACIÓN PALABRAS CLAVE

CCH FÍSICA II LINEAS EQUIPOTENCIALES Taller de Ciencias Experimentales. (Seminario de Área Complementaria). Participantes: María de Lourdes Vilchis Q., María del Carmen Murcia F., Pedro Delgado R., Julián Huerta O., Enrique Arias, José Augusto Mena L. Junio 2009 -‐ Mayo 2010. Energía Potencial Eléctrica, Potencial Eléctrico, Diferencia de Potencial, Líneas Equipotenciales, Paralelo y Perpendicular.

POBLACIÓN Alumnos de Física II de cuarto semestre.




Desarrollo

DURACIÓN 1 Hora para la realización, análisis e interpretación.


Conceptuales

El alumno: Describe mediante dibujos el campo eléctrico y las líneas equipotenciales entre placas paralelas electrizadas. Calcula la intensidad del campo eléctrico producido entre placas paralelas electrizadas. Identifica el trabajo sobre una carga dentro de un campo eléctrico como el cambio en la energía potencial eléctrica del sistema.

Procedimentales

El alumno:

Conectará correctamente el dispositivo experimental, y realizará las mediciones del potencial en diferentes posiciones en la región entre dos prismas paralelos que se encuentran conectados a una fuente de voltaje. Deducirá a partir de sus mediciones que hay puntos de igual potencial, de manera que la unión de éstos, forman líneas llamadas equipotenciales. Dibujará las líneas de campo eléctrico y las líneas equipotenciales en la región entre dos prismas paralelos que se encuentran a una diferencia de potencial. A partir de esto concluirá que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico. Calculará la intensidad de campo eléctrico en puntos pertenecientes a diferentes líneas equipotenciales, en la región entre los prismas e interpretará esos resultados.

Actitudinales

El alumno:

Atiende las indicaciones respecto al manejo del equipo y las sigue de manera responsable en la realización del experimento. Utiliza los instrumentos de medición apropiados y maneja con cuidado los elementos de laboratorio. Participa en el equipo y permite que los demás integrantes lo hagan, compartiendo con sus compañeros sus dudas y conclusiones respecto a la actividad experimental.

CONTENIDO TEMÁTICO

Campo, energía potencial y potencial eléctricos

• Campo eléctrico.

• Intensidad del campo eléctrico.

• Energía Potencial en el campo eléctrico y Potencial.

Energía potencial eléctrica en un punto de un campo eléctrico es la cantidad de trabajo que hay que desarrollar para llevar la unidad de carga eléctrica positiva desde el infinito hasta el punto considerado. En efecto, para llevar la unidad de carga desde el infinito hasta el punto considerado hay que hacer cierto trabajo venciendo las fuerzas del campo.

Potencial eléctrico en un punto de un campo eléctrico es la cantidad de trabajo por unidad de carga que hay que desarrollar para llevar la unidad de carga eléctrica positiva desde el infinito hasta el punto considerado.

Se llama diferencia de potencial entre dos puntos al trabajo por unidad de carga positiva que hay que hacer para llevarla desde un punto hasta el otro.

Trabajo desarrollado por una carga al moverse en un campo. Si el campo eléctrico es producido por una carga negativa, entonces no se requiere hacer trabajo para traer la unidad de carga positiva desde el infinito hasta el punto considerado, sino por el contrario, la carga al dirigirse hacia ese punto hace un trabajo, puesto que es atraída por las fuerzas del campo; entonces se dice que el potencial es negativo, o sea que para traer una carga desde el infinito hay que hacer un trabajo negativo.

Superficies equipotenciales en un campo eléctrico. Se llama superficie equipotencial en un campo eléctrico al lugar geométrico de los puntos que tienen el mismo potencial.

ORGANIZACIÓN Actividad experimental realizada por equipo.

Los equipos serán integrados por un máximo de cinco alumnos.

MATERIALES

Ø Una fuente de voltaje directo.

Ø Una charola de plástico transparente.

Ø Agua destilada.

Ø Un multímetro digital.

Ø Cuatro cables.

Ø Un caimán.

Ø Una punta electrostática.

Ø Una hoja de papel milimétrico.

Ø Un par de prismas conductores.

DESARROLLO

10. En la hoja de papel milimétrico traza los ejes cartesianos y con una escala de 1 cm localiza los puntos (x,y), considerando valores 1,2,3,4,…,10 para x y y .

11. Coloca la charola de plástico sobre la hoja de papel milimétrico. De manera que la región que contiene los puntos marcados se encuentre centrada en la charola.

12. Coloca los primas en forma paralela, tratando que uno coincida con el eje y, mientras que el otro pase por x =10. Ambos prismas deben estar colocados partiendo de y =0.

13. Conecta los prismas conductores como se muestra en la siguiente figura, conservando su posición en la charola.

FUENTE

-‐ +

A B

PRISMAS

CONDUCTORES

-‐ +

Observación: El prisma A es el que debe colocarse de manera que coincida con el eje y y el B en x =10 del papel milimétrico que se encuentra debajo de la charola.

14. Vierte agua destilada en la charola, sin variar la posición de los prismas.

15. Prende la fuente de voltaje y mueve la perilla hasta tres volts.

V

16. Con el multímetro mide el potencial colocando la punta positiva dentro de la charola. Primero desliza la punta a lo larga de una línea perpendicular y después a lo largo de una línea paralela a los prismas, sin dejar de observar lo que ocurre con los valores del potencial.

17. Considera el resultado del inciso anterior para efectuar las mediciones que te permitan dar todos los valores en cada punto marcado en el papel milimétrico.

18. Con el multímetro mide el potencial colocando la punta positiva dentro de la charola sobre cada punto marcado en la hoja de papel milimétrico.

19. Registra las medidas del potencial en cada punto (x,y) en el cuadro correspondiente en la tabla.

x y

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

20. Haz un bosqueja en donde representes los prismas y dibujes tanto las líneas de campo eléctrico como las equipotenciales, uniendo los puntos de igual potencial.

21. Calcula la intensidad del campo eléctrico para cada columna de la tabla. Recuerda que

𝐸 =𝑉𝑑

En donde la distancia d es la abcisa de cada punto y el potencial (V) es el promedio de todos los valores en cada columna. (Cuida las unidades)

22. Compara los valores obtenidos para la intensidad de campo eléctrico en cada línea equipotencial, en la región comprendida entre los primas paralelos.

EVALUACIÓN ¿La diferencia de potencial entre dos líneas equipotenciales pueden tener el mismo valor?

¿Qué se entiende por superficie equipotencial?

¿Existen realmente líneas equipotenciales o se trata de superficies equipotenciales?

¿Se pueden cortar dos superficies equipotenciales?

¿Cómo son las Superficies equipotenciales en la región comprendida entre dos planos paralelos con cargas opuestas?

¿Cómo son las Superficies equipotenciales respecto a las líneas de fuerza del campo eléctrico?

¿Qué relación hay entre la diferencia de potencial entre dos superficies equipotenciales próximas y el campo eléctrico?

¿Cómo es la intensidad de campo eléctrico en la región comprendida entre dos planos paralelos con cargas opuestas?


Bueche F. J., Fundamentos de Física, McGraw Hill, México, 1991. Hecht, E., Fundamentos de Física, Thomson Learning, México, 2001. Hewitt, P. Física conceptual, Pearson, México, 1999. Tippens P. Física Conceptos y aplicaciones. McGraw Hill, México, 2001. Zitzewitz, P. W., Neft, R. F. y Davis, M. Física 2. Principios y problemas, McGraw Hill, México, 2002.

U_N_A_M_-‐_C_C_H_-‐_A_z_c_a_p_o_t_z_a_l_c_o_ _F_ís_i_c_a_ _I_I

L_E_Y_ _D_E_ _O_H_M_ _ UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO ESCUELA NACIONAL COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL AZCAPOTZALCO Grupo de Trabajo: “Taller de Enseñanza de la Física” EXPERIMENTO PARA LABORATORIO DE FISICA II Propuesta elaborada por: Prof. Oscar Rivera Monroy. Fecha: Marzo del 2013 Clave: Iomega 01/ Grupo de trabajo 2012-2013/ F-I-PRA-05-Ley de Ohm -O-03-Comisión de Programas-PDF Nombre del Experimento

“LEY DE OHM”

Autores Profesora. Maria Teresa Cruz Vieyra. Prof. Noé Irving Flores Cruz Prof. José Luis Flores Torres. Prof. Juan Ibarra Cuellar Profesora. Jessica Esmeralda Sánchez Vela. Prof. Oscar Rivera Monroy (coordinador) Prof. José Leonardo Guzmán Rodríguez.

Asignatura FISICA II Tema por atender -Corriente y Diferencia de Potencial.

A).- Ley de Ohm APRENDIZAJES: 1.- Muestra experimentalmente la relación que existe entre la corriente y el voltaje en una resistencia eléctrica (Ley de Ohm) y la aplica en circuitos en serie y en paralelo.

Objetivos del experimento 1.- Utilizar software ejecutable de Internet para Ley de Ohm 2.- Identificar la relación entre la corriente y el voltaje en una resistencia eléctrica. 3.- Aplicar la Ley de Ohm en circuitos eléctricos.

MATERIAL: Equipo: -1 PC, teclado y ratón (Laboratorio de Ciencias-CCH ó Aula –laboratorio ó Sala Telmex). Aparatos: Videoproyector. Material de consumo: Hojas blancas, plumines de colores.

Software empleado 1.-Software ejecutable de Internet: http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc circuit-construction-kit-dc-only(3.20)

DESARROLLO: Introducción. Conceptos teóricos básicos. Corriente eléctrica. (I), Las unidades en que se mide la corriente eléctrica son los amperes (A) o miliamperes (mA).

EXPERIMENTO DE OERSTED


CCH FÍSICA II EXPERIMENTO DE OERSTED Taller de Ciencias Experimentales. (Seminario de Área Complementaria). Participantes: María de Lourdes Vilchis Q., María del Carmen Murcia F., Pedro Delgado R., Julián Huerta O., Enrique Arias, José Augusto Mena L. Junio 2009 -‐ Mayo 2010. Intensidad de Corriente, Campo magnético, Sentido de la corriente, Intensidad de campo Magnético, Líneas de Campo Magnético y perpendicular.





Desarrollo

DURACIÓN 1 Hora para la realización, análisis e interpretación.


Conceptuales

El alumno:

Comprende que toda corriente eléctrica constante genera un campo magnético estático, y describe el campo magnético formado en torno de un conductor recto con corriente eléctrica constante así como el de una espira y una bobina. Representa con dibujos o diagramas el campo magnético producido por dipolos magnéticos: imán, espira y bobina. Describe la fuerza de atracción o de repulsión que se observa entre dos conductores con corriente eléctrica constante, y establece la dependencia de la fuerza de interacción

magnética entre los conductores con su separación.

Procedimentales

El alumno: Usará la fuente de voltaje y considerará los cuidados necesarios en la actividad, para la protección de la fuente. Observará que la aguja de una brújula que se encuentra cerca de un circuito, es afectada de manera que cambia su orientación, cuando pasa corriente eléctrica por él. De ello deducirá que al circular corriente por un conductor, se genera un campo magnético. Al incrementar el voltaje y por consecuencia la corriente que circula por el conductor, observará que la aguja gira con mayor velocidad, deduciendo de esto, que la intensidad del campo magnético inducido depende de la intensidad de la corriente. Al intercambiar los cables en la fuente y de esta manera cambiar el sentido de la corriente, observará que la aguja de la brújula gira en dirección opuesta, por lo que deducirá que la dirección del campo magnético generado, depende del sentido de la corriente que circula por el conductor. Observará la dirección de giro del norte de la aguja de la brújula, al colocarla en diferentes posiciones alrededor del conductor, sobre un octavo de papel ilustración que se encuentra en forma perpendicular al conductor. De esta manera observará que en cada punto, a la misma distancia, cambia la dirección del campo magnético en forma tangente a una circunferencia con centro en el conductor. Al intercambiar los cables y por consiguiente cambiar el sentido de la corriente, deducirá que las líneas de campo magnético son círculos concéntricos y su dirección depende del sentido de la corriente. A través de un dibujo de cables paralelos que forman parte de un circuito, por los cuales circula corriente, y una línea de campo magnético; deducirá que entre ellos se ejerce una fuerza debida a los campos magnéticos generados por cada cable, que será atractiva o repulsiva dependiendo del sentido de la corriente.

Actitudinales

El alumno:

Atiende las indicaciones respecto al manejo del equipo y las sigue de manera responsable en la realización del experimento. Comparte con sus compañeros de equipo sus dudas y conclusiones respecto a la actividad experimental.

CONTENIDO TEMÁTICO

TEMÁTICA 4. Fenómenos electromagnéticos

• Campo magnético y líneas de campo

• Interacción electromagnética. • Interacción magnética entre conductores rectilíneos.

El experimento de Oersted tuvo una influencia decisiva no sólo en el progreso de la Física, sino en el de la humanidad misma, puesto que es la base de los adelantos a que ha llegado la electricidad actualmente.

El experimento de Oersted consiste en colocar un conductor orientado en dirección del meridiano magnético como se ve en la figura, debajo del conductor se coloca una brújula, la cual se orienta en la misma dirección. Si en esas condiciones se hace pasar corriente en el sentido indicado, se observa que la aguja imanada sufre una desviación, tendiendo a colocarse en forma perpendicular a la dirección de la corriente. Si se cambia el sentido de la corriente se observa que cambia la orientación de la brújula, pero conservando la tendencia a colocarse perpendicularmente al conductor.

En los diagramas eléctricos conviene conocer el sentido en el que avanza la corriente en los conductores que aparecen seccionados en una figura; la convención que se utiliza para tal fin consiste en imaginar que la corriente sea una flecha; cuando se acerca al observador éste ve la punta y se representa con un círculo con un punto; cuando la corriente se aleja del observador éste ve la cola de la flecha y se representa con una cruz.

A partir de este experimento se determina una regla para describir el sentido en que se desvía la aguja imanada bajo la acción de una corriente; se llama “regla de la mano derecha” y consiste en imaginar colocada la mano derecha a lo largo del conductor con la palma viendo hacia la brújula y de tal manera que la corriente salga por la punta de los dedos; entonces el polo norte de la brújula se desvía en el sentido indicado por el pulgar extendido.

Conductor rectilíneo. Según se ve en la figura siguiente, si el conductor se coloca verticalmente, la brújula que se coloca alrededor del conductor rectilíneo toma distintas orientaciones, y como por otra parte se sabe que la orientación de una brújula marca la dirección de las líneas de fuerza de un campo magnético, se deduce que alrededor de un conductor por el cual pasa una corriente, existe un campo magnético; la forma de las líneas de fuerza de ese campo se pueden obtener mediante las tangentes consecutivas a cada línea de fuerza estando dichas tangentes indicadas por la dirección de la brújula en cada posición. Las líneas de fuerza son curvas cerradas (círculos concéntricos al conductor).

La orientación de las líneas de fuerza se puede describir por la regla de la mano derecha, como se indica en la siguiente figura.

Acciones entre corrientes paralelas.

Cuando por dos conductores paralelos circulan corrientes eléctricas, en cada uno de ellos se forman campos magnéticos. Al estar frente a frente dichos campos, se producen entre ellos efectos de atracción o repulsión según el sentido de las líneas de fuerza. Cuando las corrientes circulan en el mismo sentido, se van a atraer los conductores. Si circulan las corrientes en sentido opuesto, el efecto es de repulsión.

De marera que la magnitud de la fuerza de atracción o repulsión entre dos conductores por los que circula una corriente eléctrica está dada por la siguiente expresión.

𝐹!!2µμ!𝐼!𝐼!4𝜋

l

ORGANIZACIÓN Actividad experimental realizada por equipo.

Los equipos serán integrados por un máximo de cinco alumnos.

MATERIALES

Ø Una fuente de voltaje directo.


Ø Una brújula.

Ø Un octavo de papel ilustración con un agujero en el centro.

Ø Un multímetro digital.

DESARROLLO PRIMERA PARTE

1. Conecte la fuente a la línea, en las terminales de corriente directa de la fuente conecte el multímetro y prenda la fuente.

2. Gire la perilla de la fuente hasta que el multimetro indique 2 volts y apague la fuente (sin mover la perilla).

3. Desconecte el multimetro y conecte un cable a las terminales de la fuente. 4. Coloque una brújula sobre la mesa y deje que se oriente la aguja. 5. Coloque el cable, que se encuentra conectado a la fuente, arriba de la brújula de

manera que esté en forma paralela a la aguja de la brújula. 6. Sin dejar de observar la brújula, prenda y apague la fuente rápidamente. 7. Describe lo que ocurre con la aguja de la brújula y a qué cree que se deba. 8. Intercambia los extremos del cable, para cambiar el sentido de la corriente, sin mover

la posición del cable respecto a la brújula. 9. Sin dejar de observar la brújula, prenda y apague la fuente rápidamente. 10. Describe lo que ocurre con la aguja de la brújula. 11. Repite el procedimiento anterior, pero ahora con un voltaje de 4 volts. SEGUNDA PARTE Para observar cómo son las líneas de campo magnético generado al circular corriente por un conductor largo recto, se describe el procedimiento a continuación. 1. Ahora coloque un octavo de papel ilustración (perforado en el centro) en forma

horizontal, una los dos cables y acomódelos de manera que lo atraviesen por el centro.

2. Conecte los extremos de los cables a la fuente. 3. Sostenga el cable perpendicularmente al papel ilustración. 4. Coloca la brújula sobre el papel ilustración, a un lado del cable (lo más cerca posible). 5. Con un voltaje de dos volts, prende y apaga la fuente rápidamente, sin dejar de

observar la parte de la guja que señala hacia el norte. Indica en un dibujo la dirección norte y sur.

6. Cambiado la posición de la brújula alrededor del cable repite el inciso 5. 7. Al menos para cuatro posiciones diferentes dibuje la orientación norte-‐sur de la

brújula, 8. Considerando el resultado anterior, gráficamente describe el sentido del cambio del

norte de la aguja de la brújula. 9. Cambiando el sentido de la corriente, repita el procedimiento.

EVALUACIÓN

1. ¿Qué se genera alrededor un conductor cuando circula corriente a través de él? 2. Con base en lo observado escribe una regla para la mano derecha, que describa hacia

donde se desviará la aguja de la brújula que se encuentra debajo del conductor, cuando circula corriente a través de él.

3. En la fig. indica las líneas de fuerza del campo magnético qué se genera alrededor un conductor cuando circula corriente en el sentido indicado. I

4. En la fig. indica las líneas de fuerza del campo magnético qué se genera alrededor un

conductor cuando circula corriente en el sentido indicado. I

5. ¿De qué depende la intensidad del campo magnético inducido, cuando circula

corriente eléctrica a través del conductor? 6. ¿De qué depende la dirección del campo magnético inducido, cuando circula

corriente eléctrica a través del conductor? 7. ¿Cómo es la dirección del campo magnético respecto a la dirección de la corriente

que lo generó? 8. En la fig. indica cuál debe ser el sentido de la corriente, para que se produzcan las

líneas de campo magnético mostradas.

9. Dibuja dos cables verticales paralelos por los cuales circula corriente en la misma dirección. A la misma altura dibuja una línea de campo en ambos conductores, y en ella una brújula en una posición en donde la aguja de ambas brújulas sean colineales. Identifica en ambas la dirección norte-‐sur y considerando esto describe cómo es la fuerza entre ellos.

10. Dibuja dos cables verticales paralelos por los cuales circula corriente en direcciones opuestas. A la misma altura dibuja una línea de campo y en ella una brújula en una posición en donde la aguja de ambas brújulas sean colineales. Identifica en ambas la dirección norte-‐sur y considerando esto describe cómo es la fuerza entre ellos.

11. Considerando los dos incisos anteriores, ¿cómo se puede enunciar lo que ocurre cuando por dos conductores paralelos circula corriente?

12. ¿Qué ocurre cuando están dos conductores paralelos y se hace circular por ellos corriente eléctrica en direcciones opuestas?

13. ¿Qué es un electroimán?

REFERENCIAS Bueche F. J., Fundamentos de Física, McGraw Hill, México, 1991. Hecht, E., Fundamentos de Física, Thomson Learning, México, 2001.

(FORMATO APA) Hewitt, P. Física conceptual, Pearson, México, 1999. Tippens P. Física Conceptos y aplicaciones. McGraw Hill, México, 2001. Zitzewitz, P. W., Neft, R. F. y Davis, M. Física 2. Principios y problemas, McGraw Hill, México, 2002.

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA


CCH FÍSICA II INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Taller de Ciencias Experimentales. (Seminario de Área Complementaria). Participantes: María de Lourdes Vilchis Q., María del Carmen Murcia F., Pedro Delgado R., Julián Huerta O., Enrique Arias, José Augusto Mena L. Junio 2009 -‐ Mayo 2010. Corriente Inducida, Inducción Electromagnética, Fuerza Electromotriz y Generador Eléctrico.





Apertura

DURACIÓN 1 Hora


Conceptuales El alumno:

Describe la generación de corriente eléctrica por la variación del campo magnético cerca de un conductor. Conoce el funcionamiento y principales usos de un transformador Comprende el funcionamiento de un generador eléctrico.

Procedimentales Actitudinales

CONTENIDO TEMÁTICO

TEMÁTICA • Ley de Faraday-‐Henry-‐Lenz. • Transformación de energía mecánica en eléctrica.

INDUCCION ELECTROMAGNETICA

La inducción electromagnética es la producción de corriente eléctrica por campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento realizado por Faraday y Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría en el mundo del electromagnetismo. El descubrimiento, debido a Hans Christian Oersted, de que una corriente eléctrica produce un campo magnético estimuló la imaginación en busca de relaciones entre la electricidad y el magnetismo. Pronto surgiría la idea inversa de producir corriente eléctrica mediante campos magnéticos. Fue Faraday el primero en precisar en qué condiciones podía ser observado semejante fenómeno. A las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Michael Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno consistente en generar campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción electromagnética. LAS EXPERIENCIAS DE FARADAY Se han desarrollado un sin número de aplicaciones prácticas de este fenómeno físico. El transformador que se emplea para conectar una calculadora a la red, el dínamo de una bicicleta o el alternador de una gran central hidroeléctrica son sólo algunos ejemplos. Las experiencias que llevaron a Faraday al descubrimiento de la inducción electromagnética pueden ser agrupadas en dos categorías: experiencias con corrientes y experiencias con imanes. En primer lugar preparó dos solenoides, uno arrollado sobre el otro, pero aislados eléctricamente entre sí. Uno de ellos lo conectó a una pila y el otro a un galvanómetro y observó cómo cuando accionaba el interruptor del primer circuito la aguja del galvanómetro del segundo circuito se desplazaba, volviendo a cero tras unos instantes. Sólo al abrir y al cerrar el interruptor el galvanómetro detectaba el paso de una corriente que desaparecía con el tiempo. Además, la aguja se desplazaba en sentidos opuestos en uno y otro caso. En el segundo grupo de experiencias Faraday utilizó un imán recto y una bobina conectada a un galvanómetro. Al introducir bruscamente el imán en la bobina observó una desviación en la aguja, desviación que desaparecía si el imán permanecía inmóvil en el interior de la bobina. Cuando el imán era retirado la aguja del galvanómetro se desplazaba de nuevo, pero esta vez en sentido contrario. Cuando repetía todo el proceso completo la aguja oscilaba de uno a otro lado y su desplazamiento era tanto mayor cuanto más rápido era el movimiento del imán entrando y saliendo en el interior de la bobina. Lo mismo sucedía cuando mantenía quieto el imán y movía la bobina sobre él. La representación del campo magnético en forma de líneas de fuerza permitió a Faraday encontrar una explicación intuitiva para este tipo de fenómenos. Para que se produjera una corriente inducida en la bobina era necesario que las líneas de fuerza producidas por el imán fueran cortadas por el alambre conductor de la bobina como consecuencia del movimiento

de uno u otro cuerpo. FLUJO MAGNETICO

La representación de la influencia magnética de un imán o de una corriente eléctrica en el espacio que les rodea mediante líneas de fuerza fue ideada por Faraday y aplicada en la interpretación de la mayor parte de sus experimentos sobre electromagnetismo. La noción de flujo magnético recoge esa tradición iniciada por Faraday de representar los campos mediante líneas de fuerza, pero añade, además, un significado matemático. Se establece por convenio una proporcionalidad directa entre la intensidad del campo B y la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan una superficie de referencia unidad. Cuanto más apretadas están las líneas en una región, tanto más intenso es el campo en dicha región. Se define el flujo del campo magnético B a través de una superficie, y se representa por la letra griega Φ, como el número total de líneas de fuerza que atraviesan tal superficie. En términos matemáticos, para un campo magnético constante y una superficie plana de área S, el flujo magnético se expresa en la forma:

Φ = B.S.cos α

siendo α el ángulo que forman las líneas de fuerza con la perpendicular a la superficie. Ley de Faraday-‐Henry

Independientemente de Faraday, Joseph Henry, en los Estados Unidos, había observado que un campo magnético variable produce en un circuito próximo una corriente eléctrica. Los resultados concordantes de las experiencias de ambos físicos pueden resumirse en un enunciado que se conoce como ley de Faraday-‐Henry: La fuerza electromotriz inducida en un circuito es proporcional a la rapidez con la que varía el flujo magnético que lo atraviesa. O en forma matemática:

ε = -‐ Δ Φ /Δt

siendo ε la fuerza electromotriz inducida y Δ Φ la variación de flujo magnético que se produce en el intervalo de tiempo Δ t. De acuerdo con esta ecuación, la magnitud de f.e.m. inducida coincide con lo que varía el flujo magnético por unidad de tiempo. Por su parte, el signo negativo describe lo observado experimentalmente por Faraday y Henry, de que aumentos y disminuciones de flujo magnético producen corrientes inducidas de sentidos opuestos. Si no hay variación con el tiempo del flujo magnético que atraviesa un circuito, el fenómeno de inducción electromagnética no se presenta. Cuando la ley de Faraday-‐Henry se aplica a una bobina formada por N espiras iguales toma la forma

ε = -‐ N. Δ Φ /Δt

siendo Δ Φ /Δt la variación del flujo magnético por unidad de tiempo para una sola espira en la bobina. Aunque la ley de Faraday-‐Henry, a través de su signo negativo, establece una diferencia entre las corrientes inducidas por un aumento del flujo magnético y las que resultan de una disminución de dicha magnitud, no explica este fenómeno. Lenz (1904-‐1965), un físico alemán que investigó el electromagnetismo en Rusia al mismo tiempo que Faraday y Henry,

propuso la siguiente explicación del sentido de circulación de las corrientes inducidas que se conoce como ley de Lenz:

Las corrientes que se inducen en un circuito se producen en un sentido tal que con sus efectos magnéticos tienden a oponerse a la causa que las originó.

Así, cuando el polo norte de un imán se aproxima a una espira, la corriente inducida circulará en un sentido tal que genera un campo magnético de manera que la cara enfrentada al polo norte del imán sea también norte, con lo que ejercerá una acción magnética repulsiva sobre el imán, la cual es preciso vencer para que se siga manteniendo el fenómeno de inducción. Sólo manteniendo el movimiento relativo entre espira e imán persistirán las corrientes inducidas, de modo que si se detiene el proceso de acercamiento o de separación cesarían aquéllas y, por tanto, la fuerza magnética entre el imán y la espira desaparecería. La ley de Lenz, que explica el sentido de las corrientes inducidas, puede ser a su vez explicada por un principio más general, el principio de la conservación de la energía. La producción de una corriente eléctrica requiere un consumo de energía y la acción de una fuerza desplazando su punto de aplicación supone la realización de un trabajo. En los fenómenos de inducción electromagnética es el trabajo realizado en contra de las fuerzas magnéticas que aparecen entre espira e imán el que suministra la energía necesaria para mantener la corriente inducida. Si no hay desplazamiento, el trabajo es nulo, no se transfiere energía al sistema y las corrientes inducidas no pueden aparecer.

Producción de una corriente alterna

La corriente alterna se caracteriza porque su sentido cambia alternativamente con el tiempo. Ello es debido a que el generador que la produce invierte periódicamente sus dos polos eléctricos, convirtiendo el positivo en negativo y viceversa, muchas veces por segundo. En las primeras experiencias de Faraday las corrientes inducidas se conseguían variando el campo magnético B; no obstante, es posible provocar el fenómeno de inducción sin desplazar el imán ni modificar la corriente que pasa por la bobina, haciendo girar ésta en torno a un eje dentro del campo magnético debido a un imán. En tal caso el flujo magnético varía porque varía el ángulo α. Utilizando el tipo de razonamiento de Faraday, podría decirse que la bobina al rotar corta las líneas de fuerza del campo magnético del imán y ello da lugar a la corriente inducida. En una bobina de una sola espira la fuerza electromotriz que se induce durante un cuarto de vuelta al girar la bobina desde la posición paralela (α = 90°) a la posición perpendicular (α = 0°) puede calcularse a partir de la ley de Faraday-‐Henry, en la forma:

ε = -‐ Δ Φ /Δt = -‐B.S/t

Como el flujo Φ inicial es cero puesto quecos 90° = 0 y el final es B S ya que cos 0° = 1, la variación Δ Φ entre ambos es igual al producto B S. Considerando el instante inicial igual a cero, resulta Δ t = t-‐0 = t, siendo t el tiempo correspondiente al instante final después de un cuarto de vuelta. De este modo se obtiene el resultado anterior. Si se hace rotar la espira uniformemente, ese movimiento de rotación periódico da lugar a una variación también periódica del flujo magnético o, en otros términos, la cantidad de líneas de fuerza que es cortada por la espira en cada segundo toma valores iguales a intervalos iguales de tiempo. La f.e.m. inducida en la espira varía entonces periódicamente

con la orientación y con el tiempo, pasando de ser positiva a ser negativa, y viceversa, de una forma alternativa. Se ha generado una f.e.m. alterna cuya representación gráfica, en función del tiempo, tiene la forma sinusoidal. Fuerza electromotriz sinusoidal

La ley de Faraday expresada en la forma de ε = -‐ Δ Φ /Δt representa, en sentido estricto, la f.e.m. media que se induce en el intervalo Δt . Si dicho intervalo se reduce a un instante, la expresión anterior se convierte en:

ε = -‐ d Φ /dt

Si la espira gira con una velocidad angular ω constante el ángulo α variará con t en la forma α = ω t, como en un movimiento circular uniforme, La expresión del flujo en función del tiempo puede escribirse entonces como:

Φ = B.S.cos α = B.S.cos ω t

y el cálculo de la f.e.m. instantánea se reduce a la derivación de la función coseno, pues B S es una cantidad constante:

ε = -‐ d (BScos ω t)/dt = -‐ BS d(cos ω t)/dt

Teniendo en cuenta que d(cos ω t)/dt = -‐ ω sen ω t resulta finalmente:

ε = -‐ BS(-‐ ω sen ω t) = BSω sen ω t = ε 0sen ω t

en donde ε 0 = BSω el valor máximo de la f.e.m. sinusoidal inducida en la espira. Si se tratara de una bobina con N espiras se obtendría para ε0, siguiendo un procedimiento análogo, el valor ε0 = NBSω. La fuerza electromotriz inducida varía con el tiempo, tomando valores positivos y negativos de un modo alternativo, como lo hace la función seno. Su valor máximo depende de la intensidad del campo magnético del imán, de la superficie de las espiras, del número de ellas y de la velocidad con la que rote la bobina dentro del campo magnético. Al aplicarla a un circuito eléctrico daría lugar a una corriente alterna. La fuerza electromotriz inducida en una bobina que rote en un campo magnético uniforme varía con el tiempo de una forma sinusoidal y su valor máximo depende del número de espiras, de la intensidad del campo, de la sección de la bobina y de la velocidad de rotación. Regla de la mano derecha. Para encontrar la dirección de la corriente se emplea la regla de la mano derecha. Coloque su mano derecha de manera que el pulgar apunte hacia la dirección en que se mueve el alambre, y los dedos de su mano en la dirección del campo. La palma de su mano apuntará en la dirección del flujo corriente convencional (positiva).

ORGANIZACIÓN Es una actividad demostrativa realizada por el profesor, para ser analizada en forma grupal.

Es importante señalar que, para lograr los objetivos de aprendizaje, los cuestionamientos deberán realizarse durante la demostración. Las preguntas que se pueden plantear pueden ser tomadas de la sección de evaluación.

Durante el desarrollo del experimento se debe incorporar a la discusión el hecho de que para que haya una corriente eléctrica debe haber una diferencia de potencial, de manera que lo que se induce durante el experimento es precisamente esa diferencia de potencial, llamada Fuerza Electromotriz (FEM).

MATERIALES

Ø Un multímetro de demostración.


Ø Un par de caimanes.

Ø Dos bobinas de inducción, de diferente número de vueltas.

Ø Imanes de diferentes potencias.

DESARROLLO

23. Mover la perilla de encendido del multímetro hasta CD (-‐).

24. Mover la perilla correspondiente a las unidades hasta que indique µA.

25. Mover la perilla que indica las escalas máximas hasta la de 1. Esto permitirá detectar corrientes comprendidas entre 0 y 1 µA .

26. Apagar el multímetro.

27. Conectar el par de cables unidos al multímetro, cerrando el circuito.

28. Colocar sobre la mesa un imán, a un lado del circuito.

29. Prender el multímetro y cuestionar a los alumnos sobre lo observado, mencionando previamente lo descubierto por Oersted.

30. Ahora mover el imán alrededor del circuito y cuestionar nuevamente a los alumnos acerca de lo observado en este caso y cuál es la diferencia respecto a lo anterior.

31. Nuevamente calibrar el mutímetro, de manera que ahora la aguja inicialmente se encuentre en el centro, para que puedan detectar el cambio de sentido en la corriente inducida.

32. Conectar la bobina al multímetro, usando el par de cables y los caimanes.

33. Nuevamente mover el imán, aproximándolo y alejándolo de la bobina, preguntando a los alumnos sobre si hay alguna diferencia respecto al movimiento de la aguja del multímetro al acercar o alejar el imán.

34. Realice nuevamente el inciso anterior, pero ahora cambiando la rapidez de movimiento, preguntando a los alumnos sobre lo observado.

35. Repita el procedimiento, pero ahora con una bobina de mayor número de vueltas y pregunte a los alumnos acerca de la intensidad de la corriente.

36. Repita el procedimiento con imanes de diferente potencia y pregunte a los alumnos acerca de lo observado.

EVALUACIÓN

1. ¿Un campo magnético estático respecto a un circuito, puede inducir una corriente eléctrica en él?

2. ¿Qué se necesita para que a partir de un campo magnético se pueda inducir una corriente eléctrica en un circuito?

3. ¿Se puede generar energía eléctrica a partir de energía mecánica? 4. ¿Hay alguna diferencia respecto al movimiento de la aguja del multímetro al acercar

o alejar el imán del circuito? 5. ¿Qué pasa con la intensidad de corriente al mover el imán aproximándolo y

alejándolo de la bobina del circuito? 6. ¿Depende la intensidad de corriente inducida en el circuito de la rapidez del

movimiento del imán?, ¿si aumenta la rapidez, aumenta la corriente? 7. ¿Depende la intensidad de corriente inducida del número de vueltas de la bobina del

circuito? 8. ¿Cambia la corriente inducida máxima si cambia la potencia del imán usado? 9. ¿De qué factores depende la corriente inducida máxima? 10. ¿Qué descubrió Faraday? 11. ¿Qué es Inducción Electromagnética? 12. ¿Qué es la Fuerza electromotriz? 13. ¿Qué es un generador eléctrico? 14. En la siguiente figura señala la dirección de la corriente inducida cuando el alambre

se mueve a través del campo.

v X X X X X X

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X X

15. ¿Qué sucede cuando el conductor se mueve en dirección paralela al campo magnético?

16. ¿Cuáles son las unidades de la FEM? 17. ¿Cómo se puede generar la corriente alterna? 18. Observando la siguiente figura, describa los fenómenos que se presentan

consecutivamente, en donde se evidencia la ley de Lenz.

19. ¿Cómo es la corriente inducida por la variación de flujo magnético externo a través del circuito, respecto a la corriente inducida por el campo magnético inducido por la primera?

20. ¿Qué es un transformador eléctrico? 21. ¿Cómo debe ser el voltaje en el primario de un transformador, para que haya un

voltaje de salida en el secundario?


Bueche F. J., Fundamentos de Física, McGraw Hill, México, 1991. Hecht, E., Fundamentos de Física, Thomson Learning, México, 2001. Hewitt, P. Física conceptual, Pearson, México, 1999. Tippens P. Física Conceptos y aplicaciones. McGraw Hill, México, 2001. Zitzewitz, P. W., Neft, R. F. y Davis, M. Física 2. Principios y problemas, McGraw Hill, México, 2002. http://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrodinamica/ap03_induccion.php

Anexo 1 de la unidad 2 de física 2

FENÓMENOS ONDULATORIOS

ELABORACIÓN DE UN VIDEO SOBRE ALGUNOS DE LOS FENÓMENOS ONDULATORIOS REFLEXION, REFRACCIÓN, INTERFERENCIA Y /O DIFRACCION

Aprendizajes que apoya

El alumno:

1. Diferenciará las ondas mecánicas de las ondas electromagnéticas. N1 2. Identificará las variables que caracterizan al movimiento ondulatorio. N1 9. Describirá algunos de los fenómenos característicos de las ondas. N2

Tiempo estimado 2 sesiones de 2 horas.

PROPOSITO: Con la orientación del profesor, el alumno aplicará algunos elementos de la metodología científica para mostrar, al menos, uno de los siguientes fenómenos ondulatorios: reflexión, refracción, interferencia y difracción, realizando una actividad experimental que pueda ser video grabada para describirla con los términos que corresponden al movimiento ondulatorio; frecuencia, longitud de onda, frecuencia, velocidad de propagación, etc.

INTRODUCCIÓN: utilizando los elementos de la investigación experimental y con base a una investigación documental previa de los temas, los alumnos elegirán uno de los fenómenos ondulatorios estudiados y lo reproducirán, utilizando materiales que estén en su entorno o en el laboratorio de clases. Siguiendo el trabajo en equipo, comprobarán sus planteamientos, organizando los pasos a seguir para su demostración, video grabarán el fenómeno y organizarán la información obtenida, utilizando esquemas, gráficas y/o tablas de datos. Mostrarán ante el grupo el video grabado; subiéndolo a una la plataforma de You tube o en el laboratorio; y explicaran sus resultados y conclusiones. Es importante que discutan las actividades a realizar entre los integrantes del equipo y las comenten con el profesor, para establecer cuáles serán los materiales a utilizar y como identificaran cuando se produzca el fenómeno. Con la guía del profesor, los alumnos interpretan sus observaciones y/ o mediciones si es que se realizó alguna. Dependiendo del tiempo disponible los alumnos pueden hacer una actividad para una onda mecánica y una onda electromagnética (luz visible).

ACTIVIDADES del alumno y del profesor.

Ø Apertura (1 hora)

1. Por equipo de trabajo, los alumnos deben de comentar las diferencias entre cada uno de los fenómenos investigados, reflexión, refracción, interferencia y difracción de las ondas, mecánicas y electromagnéticas comentaran con el profesor cuál es el fenómenos que prefieren ejemplificar y analizar.

2. Escribirán en su cuaderno de notas, que título le darían a su actividad experimental, cuál sería el propósito de ella, que materiales usarían y cuál sería el método para hacer resaltar el fenómeno que se pretende analizar. Que variables se deben de fijas y cuales se deben se modifican en el fenómeno.

3. Al profesor, organizará a los equipos para que cada uno de ellos presente una actividad diferente y todos los temas se vean ejemplificados. También los debe apoyar para que la grabación de su video sea en las mejores condiciones.

Ø Desarrollo (1 hora)

6. Trabajando en equipo, los alumnos realizaran las actividades necesarias para observa y video grabar el fenómeno elegido.

El profesor orientará el trabajo de los alumnos en cuanto a: los instrumentos que deben de utilizar para medir sus variables y a la forma de describir sus observaciones.

7. Los equipos realizaran las actividades establecidas por ellos y registraran sus resultados. Al finalizar los comentaran con el profesor.

8. Los alumnos en forma individual, escribirán en su cuaderno una conclusión sobre la forma en que la el movimiento ondulatorio se vio modificado, al ocurrir el fenómeno.

El profesor guiará a los equipos para que presenten sus resultados en forma apropiada para que sean acordes con sus conclusiones.

Ø Cierre (2 horas)

9. En la presentación del video y sus conclusiones frente grupo, se hace en power point, indicando que aspectos de la metodología de investigación se utilizaron en su actividad, los resultados, las observaciones y las conclusiones.

Los alumnos, identificarán en que momento desarrollaron la observación, eligieron sus variables dependiente e independiente, elaboraron sus hipótesis, realizaron la contrastación de las hipótesis y establecieron un modelo de comportamiento del fenómeno estudiado.

Ø Productos.

Elaboración de un reporte en su bitácora, anotando las observaciones y las dudas y los comentarios que surgieron en el desarrollo de su actividad, si como los comentarios de sus compañeros durante su exposición.

Elaboración de un video, por equipo, que se puede subir a la plataforma de You tube, o en un blog del grupo.

Lista de comentarios que se pueden escribir en you tube, o en el blog del equipo, si existiera.

Elaboración de una presentación en power point, por equipo

Investigación sobre los fenómenos ondulatorios, reflexión, refracción, interferencia y difracción para ondas mecánicas y ondas electromagnéticas.

EVALUACION.

Ø Conceptual: descripción de los fenómenos ondulatorios estudiados utilizando correctamente los conceptos que es la observación, la elaboración de hipótesis, la contrastación de hipótesis y la elaboración de conclusiones.

Ø Actitudinal. Aportaciones individuales al trabajo de equipo. Participación en la presentación del trabajo.

Ø Procedimentales. Elaboración de una bitácora personal en orden de acuerdo con las indicaciones. Manejo de los instrumentos de medida y el reporte de datos con las unidades correspondientes. Elaboración de tablas de datos gráficas, y cuadros comparativos.

DECAIMIENTO RADIACTIVO Autores: ________________________________ Fecha: ______________

Propósito.- Estudiar la desintegración radiactiva empleando un juego de monedas.

Materiales y equipo necesarios.

Una caja de zapatos

200 o mas monedas

Hojas milimétricas

Notebook y hoja de calculo Excel

INTRODUCCIÓN.- Una forma útil de describir el decaimiento radiactivo consiste en hacerlo en términos del concepto de vida media, la cual es el tiempo que tarda en desintegrase a la mitad los átomos de una sustancia radiactiva.

En el caso de una disminución exponencial (nuestro modelo), la vida media es constante, es decir que el tiempo que tarda en reducirse del 100% al 50 % es el mismo que se requiere para pasar del 50% al 25 % o del 4% al 2%.

Los materiales radiactivos se caracterizan por su tasa de desintegración y se clasifican en términos de su vida media.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

1.- coloca las monedas en la caja de zapatos y tápala. Agita la caja durante varios segundos. Abre la caja y saca las monedas que tenga de lado “cara”, cuéntalas y anótalas en una tabla. No vuelvas a introducir las monedas que sacaste.

2.- repite el paso 1 una y otra ves hasta que quede una sola moneda o ninguna., anota en la tabla 1 el numero de monedas que sacaste en cada ocasión.

3.-suma los números de monedas extraídas para hallar el numero total de monedas. Ahora encuentra el número de monedas que permanecen en la caja en cada intento,

restando el número de monedas extraídas después de cada intento del número de monedas que quedan previamente y anótalas en la tabla1

4.- traza una grafica del número de monedas que quedan en la caja contra el número de intentos correspondiente. Dibuja la curva que mejor se ajuste a los puntos de la grafica.

TABLA DE DATOS

Numero de intento

Numero de monedas extraídas

Numero de monedas

que quedan

Numero de intento

Numero de monedas extraídas

Numero de monedas

que quedan

1 6

2 7

3 8

4 9

5 10

Total de monedas:

ANÁLISIS.

1.- ¿Qué significado tiene la grafica que obtuviste?

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2.- ¿Aproximadamente que porcentaje de las monedas que quedaban en la caja fuero extraídas en cada intento? ¿Por qué?

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3.- Cada intento representa una vida media para las monedas. ¿Qué significa vida media?

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CONCLUSIONES.- Escribe las conclusiones de esta actividad

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REFERENCIA.

P Robinson Manual de laboratorio de Física 1998 ed. Addison-Wesley

Autores:_____________________________ Fecha:_______________

ELECTROLISIS Y ESTIMACION DE LA CARGA DEL ELECTRON

Objetivo: Introducción al fenómeno de la electrolisis y estimación de la carga del electrón.

Materiales a emplear: Un vaso de precipitados de 1 ½ l con dos electrodos uno de cobre o bronce, fuente de poder de cd de 5-12 volts y hasta 2 A de cd, un Amperímetro y un Voltímetro, balanza de precisión hasta de 0.01 gr y solución de sulfato de cobre (SO4Cu).

Introducción.- Robert Millikan ideo un método experimental, método de la gota de aceite con el fin de determinar la carga del electrón. Esta técnica es muy sofisticada aun para cursos avanzados de Física. Existe sin embargo una técnica muy simple que se basa en el fenómeno de la electrolisis en la cual puede determinarse de manera aproximada el valor de la carga del electrón. El fenómeno de electrolisis consiste en aplicar una diferencia de potencia a uno electrodos sumergidos en una mezcla de agua en una solución de sulfato de cobre en la cual la conducción de la electricidad en los líquidos es atreves de iones positivos y negativos.

Una diferencia en la conducción de la electricidad en metales y líquidos, es que en caso de los líquidos no solo hay transporte de carga, también hay transferencia de materia.

Cuando por un liquido se transporta carga Q esto significa que esta asociado al flujo de N iones tales que

Q = N ν e donde e es la carga del electrón (1)

N numero de iones , ν e la carga del ion.

Por otra parte este flujo de iones esta asociado con el transporte de masa a uno de los electrodos

Δm = N µion = N Molion/ NA (2)

Despejando N de la ecuación 1 y sustituyendo en 2 tenemos

∆𝑚 = !!"

!"#!"!!

𝑄 (3)

Esta es una relación entre la masa y la carga la cual será utilizada para determinar la carga del electrón.

Procedimiento Experimental

En la figurara siguiente se muestra el montaje del experimento para efectuar la electrolisis.

Paso 1. Mida la masa de los cátodos de los electrodos en particular la del cátodo (polo negativo) antes de empezar el experimento.

Paso 2.- Sumerja los cátodos en una solución de sulfato de cobre y aplique una diferencia de potencial de 5 a 10 volts manteniéndola constante.

Paso 3.- haga circular una corriente de 0.25 A a 2 A durante un intervalo de tiempo de 30 minutos.

Observe lo que le pasa a los electrodos.

Paso 4.- determine la carga Q= IΔt , al terminar el ensayo retire el cátodo y déjelo secar y mida nuevamente su masa, y registre los datos en una tabla.

Tiempo Corriente eléctrica Carga Q=IΔt Masa del cátodo

Δm

30minutos 0.25 A

30minutos 0.50 A

30minutos 1.0 A

30 minutos 1.5 A

30 minutos 2 A

Paso 5.- Hacer la grafica de Δm vs Q y ajustar los datos y determinar su pendiente.

ANALISIS

1.- ¿Qué paso con la masa del electrodo, aumento o disminuyo?

2.- a partir de la grafica de Δm vs Q determine la pendiente y empleando la relación 3, determine el valor de carga del electrón suponiendo conocido el valor del número de Avogadro.

3.- Compare el resultado encontrado para e con el valor aceptado para la carga del electrón.

¿Qué podemos concluir de este método de medición de e?

CONCLUSIONES.

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REFERENCIA. Salvador Gil, Eduardo Rodríguez Física re-Creativa, Buenos Aires, Prentice-Hall, 2001

FI-II Abril 16 · UNIDAD&1.ACERCADELAFÍSICA& & TIEMPO:10horas& APRENDIZAJES TEMÁTICA ACTIVIDADES...

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