Estudio del movimiento rectilíneo uniforme

Instituto de Educación Secundaria
“Ramiro de Maeztu”
C/ Serrano, 127
Madrid 28006
Práctica de Física 4º E.S.O.
Estudio del movimiento rectilíneo uniforme
Fundamento teórico
El movimiento rectilíneo uniforme es el que recorre distancias iguales en
el mismo intervalo de tiempo. El movimiento de una bola en el seno de
un fluido es uniforme debido a las fuerzas de frición
Objetivo
•
•
Medida de las magnitudes cinemáticas de movimientos rectilíneos
Comprobación de las ecuaciones de cada movimiento
Material
Soporte, barra, nuez, tubo de plástico, bola de acero, cronómetro, imán,
bandeja de plástico
Método
Coloca el tubo relleno de agua sobre la bandeja de plástico para evitar
pérdidas. Suelta el rodamiento de acero, midiendo los tiempos
necesarios para alcanzar cada una de las marcas
s = so + vo .t
⇒
s = vo .t
Repite cada medida tres veces para reducir el error
Resultados
•
Ordena las medidas del movimiento uniforme en una tabla donde se
indique la distancia recorrida, los tiempos medidos, el tiempo medio y
la velocidad
•
Representa gráficamente la distancia cubierta con respecto al tiempo
•
Determina la velocidad media del movimiento y realiza una
estimación del error relativo cometido al estimar el tiempo
Cuestiones
•
¿Cambiaría el resultado con bolas de diferente tamaño o masa?
© Patricio Gómez Lesarri
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“Ramiro de Maeztu”
C/ Serrano, 127
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Práctica de Química 4º E.S.O.
Estudio del movimiento rectilíneo
uniformemente acelerado
Fundamento teórico
El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado es aquel que tiene
aceleración constante. Las distancias recorridas dependen del cuadrado
del tiempo, ya que se desplaza progresivamente a mayor velocidad
Objetivo
•
•
Medida de las magnitudes cinemáticas del movimiento acelerado
Comprobación de la ecuación del movimiento
Material
Riel de plástico, bola de acero, cronómetro, tacos de madera
Método
Apoya el riel sobre un taco de madera y deja rodar la bola de acero,
anotando los tiempos que tarda en alcanzar las marcas del riel. Puesto
que el movimiento es uniformemente acelerado, la ecuación que cumple
s = so + vo .t + ½ .a.t2
⇒
s = ½. a.t2
Repite cada medida tres veces para reducir el error
Resultados
•
Ordena las medidas en una tabla donde se indique la distancia
recorrida, los tiempos medidos, el tiempo medio, su cuadrado y la
aceleración experimental del movimiento de caída
•
Representa gráficamente la distancia recorrida con respecto al
tiempo y a su cuadrado
Cuestiones
•
¿Cómo puedes caracterizar el movimiento rectilíneo uniformemente
acelerado?
•
¿Cambiaría el resultado con bolas de diferente tamaño o masa?
•
¿Qué ocurrirá cuando se cambie la pendiente de caída?
© Patricio Gómez Lesarri
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MEDIDA DE LA CONSTANTE DE UN RESORTE
Fundamento teórico
La ley de Hooke regula el comportamiento de los cuerpos elásticos. De
acuerdo con ella, el alargamiento es proporcional a la fuerza aplicada
sobre el muelle
F = k.Δx
Objetivo
•
•
Comprobación de la ley de Hooke
Determinación de la constante de un resorte
Material
Resorte, pesas, soporte, varillas, nuez, balanza, cinta métrica
Método
En primer lugar mediremos el alargamiento producido en un resorte
colgado verticalmente al colocar en su extremo una serie de pesas de
masa creciente. La deformación producida en el muelle es proporcional
a la fuerza aplicada, resultado que conocemos como ley de Hooke. La
constante k del resorte es la relación entre fuerza y alargamiento. Se
puede determinar dividiendo ambas magnitudes
Resultados
•
•
•
Ordena en una tabla los valores de masa, peso, alargamiento y la
constante del resorte
Representa gráficamente el peso con respecto al alargamiento
Calcula el valor medio de la constante del resorte
Cuestiones
•
•
¿Qué diferencias existen entre la masa y el peso?
¿Qué ocurre cuando el muelle pierde su comportamiento elástico?
© Patricio Gómez Lesarri
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Medida de la fuerza y coeficiente de rozamiento
Fundamento teórico
Si la velocidad de un cuerpo no es muy elevada podemos aceptar que la
fuerza de rozamiento no depende de la superficie de contacto ni de la
velocidad, sino del tipo de superficie y de la reacción normal del plano
F = µ.N
Objetivo
•
•
Comprobación de la independencia de la fuerza de rozamiento con
respecto a la superficie de contacto
Determinación del coeficiente de rozamiento
Material
Cuerpo con diferentes superficies, pesas, balanza, dinamómetros
Método
Para medir la fuerza de rozamiento realizamos la medida de la fuerza
necesaria para deslizar el objeto sobre la superficie de la poyata del
laboratorio con un dinamómetro.
En primer lugar deslizamos el cuerpo sobre sus diferentes caras para
comprobar la independencia del rozamiento con respecto a la superficie
de contacto. Después probamos diferentes materiales para constatar su
dependencia con respecto al tipo de superficie.
El coeficiente de rozamiento se determina midiendo la fuerza de
rozamiento después de agregar pesas sucesivas al soporte.
Resultados
•
•
•
Ordena en una tabla los valores de masa, peso, fuerza de rozamiento
y coeficiente de rozamiento
Representa gráficamente el rozamiento con respecto al peso
Calcula el valor medio del coeficiente de rozamiento
Cuestiones
•
•
¿Qué relación existe entre el peso y la normal?
¿Qué diferencias hay entre los coeficientes de rozamiento estático y
dinámico?
© Patricio Gómez Lesarri
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Momento de una fuerza
Fundamento teórico
El momento de una fuerza con respecto a un punto es una magnitud
física que mide el efecto que causa una fuerza en la rotación alrededor
de dicho punto, es decir, el efecto descrito por la regla de la palanca.
Matemáticamente
M = r.F
(N.m = Julio)
Objetivo
•
•
Medida del momento de una fuerza
Comprobación de la regla de la palanca
Material
Soporte, barra, nuez, barra perforada, portapesas, pesas
Método
Para medir el momento de una fuerza debemos equilibrar el peso de un
cuerpo sujeto al extremo de una barra perforada mediante la colocación
de las pesas correspondientes a distintas distancias del eje de giro.
De esta forma comprobaremos que se deben colocar más pesas a
medida que se reduce el brazo de la palanca. El momento de la fuerza
se determina mediante del producto de la distancia al centro por el peso
correspondiente.
Resultados
•
•
•
•
Ordena en una tabla los valores de distancia al centro, masa, peso y
momento de la fuerza
Representa gráficamente el peso con respecto a la distancia
Calcula el momento de la fuerza medio
Determina la masa de la pesa
Cuestiones
•
•
•
¿Qué tipos de palanca existen?. Aporta algunos ejemplos
¿Qué palancas existen en nuestro organismo?
Comenta la siguiente frase atribuida a Arquímedes:
“Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”
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Medida de la intensidad de campo gravitatorio
Objetivo
•
•
•
Medir con precisión el periodo de un péndulo
Comprobar empíricamente la dependencia entre magnitudes físicas
Determinar el valor de la intensidad de campo gravitatorio terrestre
Material
Bolas de acero, hilo, barra, soporte, pinza, cronómetro y cinta métrica
Método
La determinación de la intensidad del campo gravitatorio terrestre se puede
realizar mediante la medida de la caída de un cuerpo, bien verticalmente, o
bien a lo largo de un plano inclinado. Sin embargo, la medida del periodo de un
péndulo permite una mayor precisión en la determinación de g.
Un péndulo ideal está formado por una masa puntual unida a un hilo
inextensible y de masa despreciable. Se puede demostrar que cuando un
péndulo ideal oscila idealmente su periodo depende únicamente de la longitud
del hilo a través de la expresión:
T = 2π.
l
g
⇒
g = 4π2.
l
T2
En primer lugar, se mide el tiempo de diez oscilaciones de la misma masa
colgada con cinco diferentes longitudes. La medida se repetirá tres veces y se
calculará el tiempo medio y el periodo correspondiente. Los resultados se
expresarán en una tabla y se representarán gráficamente, disponiendo l en
ordenadas y T2 en abscisas.
Resultados
•
•
•
Ordena en una tabla los valores de longitud, tiempos, tiempo medio,
periodo y gravedad
Representa gráficamente la longitud con respecto al cuadrado del periodo
Calcula el valor medio de la gravedad
Cuestiones
•
•
¿Cómo influye la masa en el periodo del péndulo?. ¿Por qué? ¿De qué
forma lo demostrarías?
¿Cambiaría el resultado si se determinara en el Ecuador o en los Polos?.
¿De qué forma?
© Patricio Gómez Lesarri
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Comprobación del principio de Arquímedes
Fundamento teórico
El principio de Arquímedes establece que el empuje ejercido sobre un
cuerpo sumergido es equivalente al peso del fluido desalojado, es decir,
depende de la densidad del fluido y del volumen del cuerpo
E = ρ.V.g
Objetivo
•
•
Comprobación del principio de Arquímedes
Determinación de la densidad de un líquido
Material
Cuerpos metálicos de distintas masas
dinamómetro, balanza, etanol, glicerina
y
volúmenes,
probeta,
Método
En primer lugar comprobaremos la dependencia del empuje con el
volumen. Se mide el volumen de cada sólido por inmersión y se pesa
con un dinamómetro, primero en el aire y luego sumergido. La diferencia
entre ambos pesos es el empuje. La densidad del líquido se mide de
forma directa: se pesa en la balanza y se mide el volumen con la probeta
A continuación comprobaremos la dependencia entre el empuje y la
densidad de un fluido. Se miden las densidades de diversos líquidos y se
sumerge la misma pesa en cada uno de ellos para comparar los
empujes respectivos
Resultados
•
Ordena en una tabla los valores de volumen de cada cuerpo, peso,
peso sumergido, empuje y densidad del líquido
•
Representa gráficamente el empuje con respecto al volumen
•
Ordena en una tabla las densidades de cada líquido y los empujes
respectivos
•
Representa gráficamente el empuje con respecto a la densidad
© Patricio Gómez Lesarri
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Comprobación del principio fundamental de la Hidrostática
Fundamento teórico
El principio fundamental de la Hidrostática establece que la presión
dentro de un fluido es proporcional a la profundidad y a la densidad del
fluido
P = ρ.g.h
Objetivo
•
•
Comprobación del principio fundamental de la Hidrostática
Determinación de la presión en el seno de un fluido
Material
Tubo en forma de U, probeta y cinta métrica
Método
En primer lugar comprobaremos la diferencia de presión entre los dos
extremos del tubo en forma de U se puede medir mediante el desnivel
registrado a ambos lados del tubo.
A continuación comprobaremos la dependencia entre la presión y la
profundidad de un fluido. Se mide la presión a diferentes profundidades,
tomando el valor de la densidad del agua, 1000 kg/m3.
Resultados
•
Ordena en una tabla los valores de la profundidad, el desnivel del
tubo y la presión
•
Representa gráficamente la presión con respecto a la profundidad
Cuestiones
•
¿Cómo varía la presión atmosférica con respecto a la altitud?
•
Razona si el agua hierve a 100º C en Madrid, cuya altitud es
aproximadamente igual a 700 m
© Patricio Gómez Lesarri
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Práctica de Física
Propagación de la luz
Fundamento teórico
La Óptica Geométrica es una aproximación al estudio de la luz que se basa en
las siguientes leyes:
• Ley de propagación rectilínea de la luz: la luz está formada por rayos que se
propagan en línea recta desde el foco
• Ley de independencia de los rayos luminosos: la acción de cada rayo es
independiente de la de los demás
• Ley de reciprocidad: la trayectoria de un rayo desde el foco F hasta el punto P es
la misma que seguiría si se emitiera desde el punto P hacia F
Las leyes de la reflexión son conocidas desde la Antigüedad, siendo
expuestas por Euclides. Se podrían enunciar de la siguiente forma:
• el rayo incidente, el reflejado y la normal al plano de reflexión se
encuentran en el mismo plano (plano de incidencia)
• los ángulos de incidencia y reflexión son iguales
La ley de la refracción fue enunciada en 1621 por Snell y, posteriormente, por
Descartes en 1637. Se podría enunciar del siguiente modo:
•
los rayos incidente , reflejado y refractado se encuentran en el mismo
plano (plano de incidencia)
•
los senos de
proporcionales:
los
ángulos
de
incidencia
y
refracción
son
n1. sen α1 = n2 . sen α2
Los índices de refracción son inversamente proporcionales a la velocidad de
propagación de la luz en el medio correspondiente: v = c / n
Cuando la luz se propaga desde un medio más denso a otro menos denso, el
ángulo de refracción es mayor que el de incidencia. Existe un ángulo (crítico) en el
que la luz no se propaga, sino que únicamente se refleja. Se produce entonces el
fenómeno de reflexión total.
α2 = 90º ⇒ sen α2 = 1 ⇒ sen α1 =
n2
n1
Llamamos dispersión al fenómeno de separación de los colores que
componen la luz blanca. Se debe a la dependencia del índice de refracción con
respecto a la frecuencia: se dispersa más el azul que el color rojo. Fue explicado por
Newton en su Óptica
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Objetivos
• Comprobación de la propagación rectilínea e independencia de los rayos
• Comprobación de la ley de la reflexión de la luz
• Comprobación de la ley de la refracción de la luz
• Comprobación del fenómeno de reflexión total y medida del ángulo límite
Material
Banco óptico, foco luminoso, transformador de 12 v, soportes, diafragma de 1 o 3
ranuras, pantalla opaca y traslúcida, lente (f´= 50 mm), disco de Hartl, cubeta
semicircular con agua
Método
Se observa la imagen del foco sobre la pantalla y después se interponen los
diafragmas de una y tres ranuras, comprobando la propagación rectilínea de la luz.
Se coloca el foco con la lente (100 mm) enfocada sobre el diafragma de tres
ranuras. Una lente convergente sobre el disco de Hartl enfocará los tres rayos. Se
observa que la intercepción de cualquiera de los rayos no afecta a la propagación de
los restantes. Se repite con un filtro de tres colores
Se selecciona un rayo de luz con el diafragma y se observa la dispersión
producida al pasar por el prisma. Los colores se combinan de nuevo con ayuda de una
lente
Se selecciona un rayo de luz con el diafragma y se hace incidir sobre la cubeta
rellena de agua, midiéndose los correspondientes ángulos de incidencia y refracción.
Girando el disco de Hartl, se anotan los correspondientes ángulos desde 0º hasta 80º.
Cuando se gira la cubeta para que el rayo pase desde el agua al aire,
observamos la refracción hasta alcanzar el ángulo crítico. A partir de entonces se
produce la reflexión total
Resultados
• Ordena en una tabla los valores de ángulo de incidencia, reflexión, refracción y los
senos correspondientes
• Representa gráficamente los ángulos de incidencia y reflexión, comprobando su
comportamiento lineal
• Representa gráficamente los senos correspondientes a los ángulos de incidencia y
refracción
• Calcula el índice de refracción del agua y el ángulo límite teórico
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Ácidos y bases
Fundamento teórico
Los ácidos son sustancias que se disocian en disolución acuosa
liberando protones, (H+). Las bases son sustancias de comportamiento
opuesto ya que reaccionan con los ácidos captando protones.
El grado de acidez de un medio mide la cantidad de protones en el
mismo. Puesto que las concentraciones suelen ser pequeñas utilizamos el pH
para medir la acidez o basicidad del medio.
pH = - log [H+] = - log [ácido]
El pH de una disolución neutra es igual a 7, siendo menor que 7 para
una disolución ácida y mayor para otra básica. Un cambio en una unidad de pH
equivale a una concentración de ácido diez veces mayor.
La medida del pH se realiza de forma electrónica con un pH-metro o bien
de forma aproximada con papel indicador, impregnado con sustancias
indicadoras que cambian de color frente a distintos grados de acidez.
La conductividad es una medida de la facilidad con la que una
disolución conduce la corriente eléctrica. Al depender de la cantidad de
sales disueltas, la medida de la conductividad proporciona una idea acerca de
la concentración de sales disueltas en un medio
Objetivo
•
•
•
Preparación de disoluciones de ácidos de distinta concentración
Comprobación de la dependencia del pH y concentración
Medida de la conductividad
Material
Vasos de precipitados, pipetas de 10 ml, portapipetas, matraces
aforados de 100 ml, papel indicador, acido clorhídrico
Método
Se realizan los cálculos para preparar 100 ml de disolución 0,1 M de
ácido clorhídrico. Después se realizan diluciones sucesivas con volúmenes diez
veces mayores hasta alcanzar concentración 10-7 M.
Mide los correspondientes pH y compáralos con la conductividad.
Ordena los valores en una tabla. A continuación repite la medida para dos
muestras de agua, una mineral y otra de un curso fluvial
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Estudio de la velocidad de una reacción química
Fundamento teórico
La velocidad de una reacción química es la medida de la cantidad de sustancia que se
forma en un proceso por unidad de tiempo. Mide la rapidez con la que transcurre dicho
proceso.
La velocidad de una reacción depende de varios factores:
•
•
•
Temperatura: las reacciones se producen más rápidamente al calentar
Concentración: la velocidad aumenta al hacerlo la concentración
Superficie de contacto: la disgregación de un material aumenta su exposición al
reactivo
Objetivo
•
•
Estimar la velocidad de un proceso mediante la medida del tiempo
Comprobar la dependencia de la velocidad con la concentración
Material
Erlenmeyer de 250 ml, pipetas, portapipetas, cronómetro, disoluciones de HCl
(0,2 M) y Na2S2O3 (0,25 M)
Método
El tiosulfato de sodio reacciona con ácido clorhídrico, produciendo dióxido de azufre y
azufre coloidal
Na2S2O3 (aq) + HCl (aq) → S (s) + SO2 (g) + H2O + NaCl (aq)
Esta reacción permite la medida relativamente sencilla del tiempo de realización de la
reacción, ya que la disolución transparente se vuelve opaca por la aparición de azufre.
Mezcla 10 ml de disolución de tiosulfato de sodio con 2 ml de HCl 2 M y mide el tiempo
transcurrido entre el inicio de la reacción y el momento en que se deje de distinguir
una marca en el fondo del erlenmeyer. Repite el proceso con cantidades menores de
tiosulfato y el resto, hasta 10 ml, de agua. Anota los tiempos de reacción
Resultados
•
Indica en una tabla la cantidad de moles de tiosulfato de sodio, su
concentración, el tiempo de reacción y el inverso del tiempo
•
Representa el inverso del tiempo con respecto a las concentraciones
© Patricio Gómez Lesarri