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Parte 1

1. Ten listo en en tu computadora o Tablet el el siguiente software instalado: Java, Adobe Flash Player y El hombre móvil . Visita la sección recursos de tu curso donde podrás encontrar las páginas de Internet para descargar estos programas. 2. Realiza el acceso al sim simulador ulador El Hombre Móvil, para realizar actividades de movimiento horizontal (eje X) y obtener mediante el simulador las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Para hacer funcionar la simulación hay dos opciones: la primera es dar clic en el botón verde ( Iniciar ahora) y comenzar a funcionar la simulación; la segunda opción es dar clic en el botón azul ( Descargar ). ). Esto hará que descargues descargu es el simulador El Hombre Móvil en tu computadora o Tablet y y puedas hacer funcionar esta simulación sin estar conectado a Internet, lo cual es más recomendable, pues no dependes de una conexión a Internet. Haz esto último y descarga la simulación en el escritorio de tu computadora o Tablet , y ejecuta la simulación. 3. Haz clic en la pestaña de Gráficas, y luego asigna los valores de posición X = = 8 m 2 (donde está la casita), velocidad V = = -11 m/s, m /s, y aceleración a = 4 m/s . También, debajo de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las flechitas para que puedas observar estos vectores de velocidad y aceleración. 4. Haz clic en el botón Play para para ejecutar la simulación, empezando a moverse el monito, además de que se estarán dibujando al mismo tiempo las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del monito (con el botón de Pausa); cuando regrese nuevamente a la casita, aproximadamente en la posición X = = 8 m, y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del monito. Observa también los vectores de velocidad (en color rojo) y de aceleración (en color azul). 5. La sim simulación ulación del movimi movimiento ento se graba de manera automática; para reproducir la grabación, selecciona la opción de Playback , luego haz clic en el botón de Play y y se estará corriendo la grabación. Nota que se tiene la opción de reproducir la grabación de manera más lenta para observar con más detalle el movimiento del monito, como son la forma de las gráficas y las flechas indicando los vectores de velocidad y de aceleración. 6. Si deseas repetir la simulación asignando los mismos u otros valores, haz clic en el botón Reiniciar todo y tendrás la oportunidad de asignar nuevamente los valores que desees. Por ejemplo, los valores de posición X =-8 m (donde está el arbolito verde), velocidad V = = 11 m/s, y aceleración a = -4 m/s 2. También activa las flechitas para que puedas observar la manera que cambian o no, en magnitud y dirección, estos vectores de velocidad y aceleración. 7. Analiza la forma de las gráficas, especialmente las de posici posición ón y de velocidad, que corresponden tanto a parábolas cóncavas hacia arriba y hacia abajo, así como líneas rectas inclinadas con pendientes positivas y negativas. 8. Realiza un reporte con los resultados del análisis análisis..

Parte 2




Considera el siguiente caso de movimiento horizontal uniforme a lo largo del eje X(+): 9. Un automóvil parte del reposo y alcanza 16 m/s en 6 s, luego mantiene constante su velocidad durante 8 s, y después frena uniformemente hasta detenerse en un tiempo de 4 s. A partir de esta información, sin hacer uso del simulador, realiza lo siguiente: a. Calcula la aceleración en cada interval intervalo o de tiempo. b. Determina la distancia total recorri recorrida. da. c. Dibuja las gráficas de posición, de velocidad y de aceleraci aceleración ón en función del tiempo. d. Obtén las pendientes y áreas áreas en las gráficas anteriores, y compara los resultados con los obtenidos en los incisos a y b que fueron determinados empleando las ecuaciones de cinemática del movimiento horizontal uniforme. Ejercicio 1

1. Resuelve el siguiente problema: Una persona de 70 kg de masa coloca una báscula dentro de un elevador y se sube en ella. Ya en movimiento, observa distintos valores en la lectura de la báscula. a. Determina la aceleración aceleración del elevador y si éste se mueve para arriba o para abajo, acelerando o frenando, cuando los valores de la báscula son: i. 66 kg ii. 74 kg iii. 70 kg b. Determina el valor que indica la báscula si el elevador se encuentra encuentra en Saturno (gSATURNO = 11.2 m/s 2). c. Deter Determina mina el el valor que indica la báscula báscula si: i. El elevador sufre una falla y comienza a caer en caída libr libre e (g = 9.81 m/s2) ii. Imagina que el elevador está en la Luna y comi comienza enza a caer en caída 2 libre (gLUNA = 1.62 m/s ) iii. El elevador se encuentra en marte y comie comienza nza a caer en caída libr libre e 2 (gMARTE = 3.8 m/s )

Ejercicio 2

1. Para comenzar, deberás tener lista tu computadora o Tablet , para que puedan funcionar correctamente los simuladores computacionales que se van a emplear, por lo que debes asegurarte de tener instalados los programas Java y Adobe Flash Player. En caso de que no sea así, revisa la sección de recursos y podrás encontrarlos para descargar. 2. Como evidencia, en el Módulo 1, se te pide que obtengas gráficas de posición, velocidad y aceleración, para los siguientes cuatro casos de movimiento: Para el primer caso de movimiento con velocidad constante positiva, haz funcionar la simulación El Hombre Móvil y realiza lo siguiente siguiente:: a. Haz clic en la pestaña de Gráficas y luego asigna los valores de posición X = = -8 m (donde está el arbolito verde) y velocidad V = = 4 m/s. Que la aceleración se mantenga en cero para que la velocidad sea constante. También, debajo de los valores




asignados de velocidad y aceleración, activa l as “flechitas” para que observes estos

b.

c.

d. e.

vectores de velocidad y aceleración correspondiendo al movimiento del monito. Haz clic en botón de Play para para ejecutar la simulación. Se dibujarán las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del monito (con el botón de Pausa) cuando llegue a la casita, aproximadamente en la posición X = = 8 m y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del monito. A continuación realiza lo siguiente en un documento: documento: construye la gráfica de posici posición ón en función del tiempo, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición X , en función del tiempo: X = X 0 +V 0t 0t + velocidad + ½ at 2 , pero si la velocidad es constante, entonces a = 0 , resultando: X=X 0 0 +v posición +v 0 t , en donde X 0 0 es la posición inicial y V 0 0 es la velocidad constante. constante. Empleando la ecuación anterior determina determina la posición final, sustituyendo los valores de posición inicial, velocidad inicial (que se mantiene constante) y el tiempo exacto registrado en el movimiento del monito (que es alrededor de los 4 s). Con la misma ecuación llena la siguiente tabla de valores determi determinando nando las diferentes posiciones del monito durante los primeros 4 segundos y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior.

Tiempo t (seg)

Posición X (m)

0 1 2 3 4

f.

Con la tabla anterior de valores construye la gráfi gráfica ca con la posición X como eje vertical y el tiempo t como como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. g. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. h. Ahora construye la gráfic gráfica a de de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad v , en función del tiempo: v = v 0 0 + v elocidad es es + at , pero si la velocidad constante, entonces a = 0 , resultando: v = v 0 0 , en donde es la velocidad constante. constante. i. Empleando la ecuación anterior, llena la siguiente tabla de de valores y en el últim último o renglón escribe el tiempo final y su correspondiente velocidad.

Tiempo t (seg)

Velocidad v (m/s)

0 1




2 3 4

j.

Con la tabla anterior anterior de valores construye construye la gráfica con la velocidad v , como eje vertical, y el tiempo t , como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. k. Compara la gráfica gráfica que construiste, con la obtenida a través del simulador, y escrib escribe e si hay diferencias. l. Para la gráfi gráfica ca de aceleración en función del tiempo, debido a que la velocidad es es constante, la aceleración es cero. Entonces, en la siguiente tabla de valores, sólo escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final antes de chocar con el muro:

Tiempo t (seg)

Aceleración a (m/s2)

0

0

1

0

2

0

3

0

4

0 0

m. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la aceleración a como eje vertical y el tiempo t como como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. n. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. o. Comprueba el valor de la velocidad obteniendo la pendiente m de la línea recta en la gráfica de posición en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene por la relación:

Entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta; si asciende es positiva y si desciende es negativa.




p. Comprueba la posici posición ón final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en función del tiempo, a través de la relación: X = X 0 0 + + Área. q. Indica y explic explica a la dirección del vector veloci velocidad dad que se observa en la simulación, y también explica por qué no aparece la flecha del vector aceleración. El segundo caso corresponde a un movimiento con velocidad constante negativa. Para esto, haz funcionar el simulador El Hombre Móvil, y realiza lo siguiente: a. Haz clic en la pestaña de Gráficas y luego asigna los valores de posición X = = 8 m (donde está la casita) y velocidad V = = -4 m/s. Que la aceleración se mantenga en cero para que la velocidad sea constante. También, debajo de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las flechitas para que observes estos vectores de velocidad y aceleración. b. Haz clic en botón de Play para para ejecutar la simulación y se estarán dibujando las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del monito (con el botón de Pausa) cuando llegue al arbolito, aproximadamente en la posición X = -8 m, y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del monito. c. En un documento construye la gráfi gráfica ca de posici posición ón en función del tiempo, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición X , en función del tiempo para el caso en que la velocidad es constante, y por lo tanto a = 0, X = X 0 0 + + constante. v 0t 0t , en donde X 0 es la posición inicial y v 0 0 es la velocidad constante. 0 d. Empleando la ecuación anterior, determina la posición final, sustituyendo los valores de posición inicial, velocidad inicial, que se mantiene constante, y el tiempo exacto registrado en el movimiento del monito (que es alrededor de los 4 s). e. Con la misma ecuación llena la siguiente tabla de valores determi determinando nando las diferentes posiciones del monito durante los primeros 4 segundos y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior.

Tiempo t (seg)

Posición X (m)

0 1 2 3 4

f.

Con la tabla anterior de valores construye la gráfi gráfica ca con la posición X como como eje vertical y el tiempo t como como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. g. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias.




h. Ahora construye la gráfic gráfica a de de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad v , en función del tiempo: v = v 0 0 + + at , pero si la velocidad es constante, entonces a = 0, resultando: v = v 0 0 , en donde v 0 0 es la velocidad constante. i. Empleando la ecuación anterior, llena la siguiente tabla de de valores y en el últim último o renglón escribe el tiempo final y su correspondiente velocidad.

Tiempo t (seg)

Velocidad v (m/s)

0 1 2 3 4

j.

Con la tabla anterior anterior de valores construye construye la gráfica con la velocidad v , como eje vertical, y el tiempo t , como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. k. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. l. Para la gráfi gráfica ca de aceleración en función del tiempo, debido a que la velocidad es es constante, la aceleración es cero. Entonces, en la siguiente tabla de valores, sólo escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final:

Tiempo t (seg)


0 1 2 3 4

m. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la aceleración a como eje vertical y el tiempo t como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. n. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. o. Comprueba el valor de la velocidad obteniendo la pendiente m de la línea recta en la gráfica de posición en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene




por la relación:

Entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta. p. Comprueba la posici posición ón final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en funci función ón del tiempo, a través de la relación: X = X 0 0 + + Área. q. Indica y explic explica a la dirección del vector veloci velocidad, dad, y también explica por qué no no aparece la flecha del vector aceleración. aceleración. r. Compara este caso de mov movimiento imiento en línea recta de veloci velocidad dad constante negativa, con el caso anterior de velocidad constante positiva, anotando las diferencias y similitudes en las gráficas de posición, velocidad y aceleración, así como los signos de las pendientes en la gráfica de posición. El tercer caso corresponde a un movimiento con aceleración constante positiva. Para esto, haz funcionar funcionar la simulación El Hombre Móvil, y realiza lo siguiente: a. Haz clic en la pestaña de Gráficas y asigna los valores de posición X = = 8 m (donde 2 está la casita), velocidad V = = -11 m/s m /s y aceleración a = 4 m/s . También, debajo de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las flechitas para que observes estos vectores de velocidad y aceleración. b. Haz clic en botón de Play para para ejecutar la simulación. Se dibujarán las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del monito (con el botón de Pausa) cuando regrese nuevamente a la casita, aproximadamente en la posición X = = 8 m y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del monito. m onito. c. Escrib Escribe e lo que observas con el tamaño (longitud) y la dirección de los vectores de velocidad y aceleración que aparecen en el monito. d. En tu documento construye la gráfi gráfica ca de posición en función del tiemp tiempo, o, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición X , en función 2 del tiempo: X = X 0 0 + + v 0t 0t + ½ at , en donde X 0 es la posición inicial, v 0 es la velocidad inicial, a es la aceleración y t es es el tiempo transcurrido. transcurrido. e. Empleando la ecuación anterior, determina la posición final, sustituyendo los valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del monito (que es alrededor de los 5 s). f. Con la misma ecuación, llena la siguiente tabla de valores determinando las diferentes diferentes posiciones del monito durante los primeros 5 segundos y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior.

Tiempo t (seg)

Posición X (m)

0 1 2 3




4 5

g. Con la tabla anterior de valores construye la gráfi gráfica ca con la posición X como como eje vertical y el tiempo t como como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. h. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. i. Ahora construye la gráfic gráfica a de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad, en función del tiempo: v = v 0 0 + + at , en donde v 0 0 es la velocidad inicial y a es la aceleració aceleración. n. j. Empleand Empleando o la ecuación ecuación anterior, anterior, determina determina la velocidad velocidad final final sustituyendo sustituyendo los valores valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del monito (que es alrededor de los los 5 s). k. Con la misma ecuación, llena la siguiente tabla de valores determinando los diferentes valores de velocidad del monito durante los primeros 5 segundos, y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior.

Tiempo t (seg)

Velocidad v (m/s)

0 1 2 3 4 5

l.

Con la tabla tabla anterior anterior de valores construye construye la gráfica con la velocidad velocidad v , como eje vertical, y el tiempo t , como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. m. Compara la gráfica que construiste, con la obtenida a través del simulador, y escribe si hay diferencias. n. Para la gráfi gráfica ca de aceleración en función del tiempo, debido a que es constante, la aceleración tendrá el mismo valor en cualquier tiempo. Entonces, en la siguiente tabla de valores, sólo escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final:

Tiempo t (seg)





0

4

1

4

2

4

3

4

4

4

5

4

o. Con la tabla anterior de valores construye la gráfi gráfica ca con la aceleración a, como eje vertical, y el tiempo t , como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. p. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. q. Comprueba el valor de la aceleración obteniendo la pendiente m de la línea recta en en la gráfica de velocidad en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene por la relación

Entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta, si asciende es positiva y si desciende es negativa. r. Comprueba la veloci velocidad dad final obteniendo el área área en la gráfica de aceleración en función del tiempo, a través de la relación: v = v 0 0 + + Área. s. Comprueba la posici posición ón final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en función del tiempo, a través de la relación: X = X 0 0 + Es importante tomar en cuent cuenta a las + Área. Es áreas negativas, por lo que es necesario que obtengas el tiempo en donde la velocidad es cero, ya que en este punto la gráfica se divide en dos triángulos rectángulos, uno con área positiva y otro con área negativa. t. Indica y explic explica a las direcci direcciones ones de los vectores de veloci velocidad dad y de acel aceleración, eración, que se observan en la simulación. El cuarto caso corresponde a un movimiento con aceleración constante negativa: a. Haz clic en la pestaña de Gráficas y luego asigna los valores de posición X = -8 = 11 m/s, y aceleración a = -4 m/s 2. m (donde está el arbolito verde), velocidad V = También, debajo de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las flechitas para que observes estos vectores de velocidad y aceleración. b. Haz clic en botón de Play para ejecutar la simulac simulación. ión. Se dibujarán las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del monito (con el botón de Pausa) cuando regrese nuevamente al arbolito, aproximadamente en la posición X




= -8 m,y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la

posición final del monito. m onito. c. En tu documento construye la gráfic gráfica a de de posición en en función del tiempo, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición, en función del tiempo: X = X 0 0 + v elocidad inicial, inicial, + v 0t + ½ at 2 , en donde X 0 0 es la posición inicial, v 0 0 es la velocidad 0t + a es la aceleración y t es el tiempo transcurrido. d. Empleando la ecuación anterior, determina la posición final, sustituyendo los valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del monito (que es alrededor de los 15 s). e. Con la misma ecuación, llena la siguiente tabla de valores determi determinando nando las diferentes posiciones del monito durante los primeros 4 segundos, y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior.

Tiempo t (seg)

Posición X (m)

0 1 2 3 4

f.

Con la tabla anterior anterior de valores construye la gráfi gráfica ca con la posición X, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. g. Compara la gráfica gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. h. Ahora construye la gráfic gráfica a de de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad , en función del tiempo: v = v 0 0 + es la velocidad + at , en donde v 0 0 es inicial y a es la acelera aceleración. ción. i. Empleando la ecuación anterior, determi determina na la velocidad final sustituyendo los valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del monito (que es alrededor de los 5 s). j. Con la misma ecuación, ecuación, llena llena la siguiente siguiente tabla de valores determinand determinando o los diferentes diferentes valores de velocidad del monito durante los primeros 4 segundos, y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior.

Tiempo t (seg)

Velocidad v (m/s)

0 1 2




3 4

k. Con la tabla anterior de valores construye la gráfi gráfica ca con la velocidad v , como eje vertical, y el tiempo t , como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. l. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escrib escribe e si hay diferencias. m. Para la gráfica de aceleración en función del tiempo, debido a que es constante, la aceleración tendrá el mismo valor en cualquier tiempo, entonces, en la siguiente tabla de valores solo escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final:

Tiempo t (seg)


1

-4

2

-4

3

-4

4

-4

n. Con la tabla anterior de valores construye la gráfi gráfica ca con la aceleración a, como eje vertical, y el tiempo t , como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. o. Compara la gráfica gráfica que construiste, con la obtenida a través del simulador, y escrib escribe e si hay diferencias. p. Comprueba el valor de la aceleración obteniendo la pendiente m de la línea recta en en la gráfica de velocidad en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene por la relación

Entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta, si asciende es positiva y si desciende es negativa. q. Comprueba la veloci velocidad dad final obteniendo el área en la gráfica de aceleración en función del tiempo, a través de la relación: v = v 0 0 + + Área. r. Comprueba la posici posición ón final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en función del tiempo, a través de la relación: X = X 0 0 + Área. No olvides que se deben tomar en




cuenta las áreas negativas, por lo que es necesario que obtengas el tiempo en donde la velocidad es cero, ya que en este punto la gráfica se divide en dos triángulos rectángulos, uno con área positiva y otro con área negativa. s. Indica y explic explica a las direcciones de los vectores de veloci velocidad dad y de aceleración, que se observan en la simulación. Realiza los siguientes problemas: Problema 1: Etapa 1. Preparación para la actividad (individual). Elaborar el diseño de la pista de patinaje, incluyendo un rizo de forma circular 1. Ten lista una computadora o tableta con los programas instalados de Java y Adobe Flash Player. Haz funcionar la simulación "Pista de patinar: Energía" (se te recomienda visitar la sección de recursos, en donde podrás encontrar dicho simulador). Para hacer funcionar la simulación hay dos opciones: la primera es dar clic en el botón verde ( Iniciar ahora) para que comience funcionar la simulación; la segunda opción es dar clic en el botón azul ( Descargar ); ); esto hará Pista de patinar: Energía en tu computadora o tableta que descargues el simulador Pista (podrás hacer funcionar esta simulación sin estar conectado a Internet, lo cual es más recomendable, pues no dependes de una conexión de red). 2. Diseña en el simulador una pista de patinaje que tenga forma de una parábola, pero con un rizo circular en la parte baja de la parábola, como se muestra en la siguiente figura:

3. Para lograr la pista de patinaje con el rizo circular, en la pestaña de T r a c k s del simulador elige la opción de L o o p , también pon pausa al movimiento del




patinador; además, en la pestaña de Elegir patinador , selecciona la patinadora de 60 kg. cuadrícula la, colocando la cinta 4. Escoge las opciones de Cinta métrica y Mostrar la cuadrícu métrica al pie de la imagen de las montañas, al lado del número “0”, y dirigiendo la cinta métrica verticalmente hacia arriba. 5. Con el m o u s e arrastra los extremos de la pista (círculo morado) hasta la altura de 10 metros, para que el extremo izquierdo esté en la coordenada (0,10) metros, y el otro extremo esté en la coordenada (14,10) metros. 6. Para que la pista quede terminada forma un rizo circular, mueve adecuadamente los pequeños círculos morados y coloca la parte alta del círculo a una altura de 6 metros; también coloca las secciones laterales bajas de la parábola tocando la línea de altura igual a cero (ver figura del punto 3).

Etapa 2. Calcula velocidades en la parte superior del rizo circular para diferentes alturas 7. Para iniciar el movimiento coloca a la patinadora en la posición (0,10) metros, y pon la velocidad del simulador en el punto medio de lento y rápido; luego ejecuta el botón de play y y observa el movimiento hasta que regrese la patinadora al punto donde inició su recorrido, ahí haz clic en el botón de pausa. 8. Escribe cómo se realiza el intercambio de energía potencial a energía cinética, demostrando que se cumple la ley de conservación de la energía e indicando también cómo se presentan estas energías en la sección del rizo circular. Este caso de movimiento es libre de fricción, por lo que sólo están presentes las energías cinética y potencial. 9. Realiza el análisis de conservación de la energía empleando la ecuación: m g h 0 = m g h + ½m v 2 . En donde h 0 y y h F son son las alturas inicial y final, F F respectivamente. Determina la velocidad ( v ) de la patinadora cuando se encuentra pasando en la parte alta del rizo circular, esto es en h F =6 =6 m, considerando que h 0 =10 m. 10. Empleando la ecuación anterior, determina las diferentes velocidades que se obtienen cambiando la altura inicial h 0 . Escribe los resultados en la siguiente tabla, para los valores de altura indicados: h 0 (m)

v (m/s)

Problema 2: El sistema físico mostrado en la figura consiste en una polea en forma de disco de masa M3 =5 kg y de 60 cm de diámetro. Por la polea pasa una cuerda y los extremos están conectados a masas de M 1 = 7 kg, M2 = 3 kg. El sistema parte del reposo y el movimiento dura 8s. Empleando los conceptos y ecuaciones de cinemática y dinámica




rotacional, determina la información que se pide en la siguiente tabla (toma en cuenta que g = 9.81 m/s2):

Cantidad a determinar

Valor

Aceleración lineal de las masas Aceleración angular de las masas Tensión del lado de la M 1 de la cuerda Tensión del lado de la M 2 de la cuerda Número de vueltas que gira la polea en 8 s Distancia que recorren las masas en 8 s Ejercicio 1

1. En la siguiente figura se muestra un sistem sistema a en en equili equilibrio, brio, que consiste en un anuncio en forma de bloque de M 1=8 kg de masa, que cuelga del extremo de una barra metálica horizontal de M 2=12 kg de masa y 4 m de longitud. El otro extremo de la barra está empotrado y fijo a una pared vertical, también se emplea una cuerda a un ángulo de 53° con la horizontal, para ayudar a sostener tanto a la barra como al anuncio, empleando los conceptos y las condiciones de equilibrio, calcula y llena la información que se pide en la tabla de resultados. Se sugiere que dibujes un diagrama de momentos de fuerzas, y con base en este




diagrama apliques la segunda condición para el equilibrio rotacional de este sistema físico, otro diagrama que debes hacer es el del cuerpo libre del sistema de fuerzas, para que apliques la primera condición para el equilibrio traslacional del sistema físico.

Cantidad a determinar

Valor

Tensión en cuerda 1 Tensión en cuerda 2 Fuerza horizontal de reacción en la pared Fuerza vertical de reacción en la pared

2. Además de lo anterior determina el valor límite de masa del anuncio que se puede colgar, suponiendo que el punto de ruptura de la cuerda es cuando la tensión alcanza un valor de 300 N.

Actividad previa al ejercicio 2

Consigue los siguiente materiales: a. b. c. d. e. f. g. h.

Resorte. Objeto de 200 g. Base fija (puede ser de madera). Canal de lanzam lanzamiento iento (puede ser tubo tubo de PVC). Pelota de pingpong. Recipiente para pelota (puede ser vaso desechable). Cronómetro. Regla.




3. Construye un lanzador considerando que debe tener 45 o de incl inclinación inación y se debe ver como el que se muestra a continuación:

4. Documenta la construcción de tu lanzador por medio de fotografías o videos.

Ejercicio 2

5. Una vez que tengas tengas el lanzador listo, como primer paso debes medir experimentalmente la constante del resorte que vas a emplear en el sistema físico lanzador. Para ello debes colocar el resorte verticalmente, sujetado de una viga horizontal por un extremo del resorte, y colocarle en el otro extremo una masa de 200 g. Debes medir con una regla la distancia que se estira el resorte. De esta manera determinarás la constante del resorte, como se explica en al aprendizaje conceptual. 6. A continuación debes medir el coeficiente de fric fricción ción cinética de la rampa, que es la superficie por donde se va a deslizar el objeto. Para ello coloca la rampa en forma horizontal, para que con el bloque comprimas el resorte una distancia de 3 cm. Luego lo sueltas para que midas la distancia que recorre el bloque hasta que se detiene. Con los datos obtenidos y los que ya se saben, calcula el valor del coeficiente de fricción cinética (µ) mediante la ecuación de conservación de energía. También dibuja el diagrama de fuerzas, el momento en que el bloque está comprimiendo al resorte en el plano horizontal. 7. El siguiente paso es colocar el lanzador como se muestra en la siguiente figura:




En donde el ángulo que forma el plano inclinado con la horizontal debe ser de 45° para optimizar el alcance, y por otro lado el recipiente (azul) debe ser colocado en el punto donde caerá la pelota. 8. Mide experimentalmente la distancia horizontal que recorre el bloque (así como el el tiempo), desde donde sale de la rampa hasta cuando cae el bloque en el recipiente. Realiza el lanzamiento 5 veces, cuidando que siempre sea la misma distancia de compresión (3 cm) del resorte. Escribe los resultad r esultados os en la siguiente tabla:

Lanzamiento

Alcance horizontal

Tiempo

1 2 3 4 5

9. De la tabla tabla anterior anterior obtén el alcance horizontal experimental promedio. 10. Realiza el análisis teórico del sistema físico lanzador de resorte, desde que el bloque parte del reposo en la rampa, recorre el plano inclinado de la rampa, luego sale en un lanzamiento de tiro parabólico, para luego caer dentro de un recipiente. Este análisis teórico involucra conservación de energía cuando está en la rampa, a fin de determinar la velocidad del objeto cuando sale de la rampa, y con este resultado realizar el análisis del tiro parabólico para determinar el alcance horizontal teórico. 11. Compara el alcance horizontal experimental promedio con el alcance horizontal teórico y escribe 3 razones posibles que expliquen por qué estos resultados no son exactamente iguales pero deben ser parecidos. 12. Obtén también en qué porcentaje es mayor o menor el alcance teórico con respecto al alcance experimental. 1. Haz funcionar la simulación “Onda en una cuerda” ( al igual que los l os otros simuladores este se encuentra en la sección de Recursos) y realiza lo siguiente: a. Haz clic en las ventanitas de “reglas” y “contador”, reduce a cero en el botón de “amortiguación”, también activa las opciones de “sin final”, “oscilación”, para tener la propagación constante de ondas en una cuerda, lue go haz clic en “pausa” y tamb ién en el botón de “play” en el cronómetro.

b. A continuación mide con las reglas horizontal y vertic vertical, al, tanto la longitud de onda, como la amplitud de la onda en la cuerda. c. Haz funcionar la simulación paso por paso haciendo clic “paso” para que registres el periodo de la onda y con ello calcula la velocidad de la onda y la frecuencia angular. d. Reduce el botón de “frecuencia” a 40 y hagan clic en el botón de “play” por unos 3 segundos para que se ajuste a la nueva onda y luego haz clic en “pausa” para repetir




los incisos b) y c). Por último reduce el botón de “frecuencia” a 30, y repetir todo lo anterior. e. Escrib Escribe e los resultados obtenidos en la siguiente tabla de los parámetros de la onda:

Botón de frecuencia

A

λ

T

V

K

ω

50 40 30

f.

Con el botón de “frecuencia” en 30, aplica la función de “imprimir pantalla” para que

obtengan las cuatro figuras de la onda propagándose en la cuerda para los casos en que la constante de fase toma los valores de 0 rad, π/4 rad, π/2 rad, y 3π/4 rad. Como

sugerencia, guíate con el punto rojo del disco del oscilador que genera la onda, el cual gira con velocidad angular negativa (a favor de las manecillas del reloj), que corresponde a una propagación de la onda en la dirección positiva del eje (x). g. Al disco del oscilador y la ubicación del punto rojo se le llama círculo de fase, en donde el parámetro de la onda ω “frecuencia angular” corresponde a la velocidad

angular del punto rojo en el círculo de fase. Para la propagación de las ondas, con el botón de frecuencia en 30, 40 y 50, registra el tiempo de una vuelta (periodo) del punto rojo en el círculo de fase, determinando la velocidad angular. h. Escrib Escribe e los resultados en la siguiente tabla y compara estos valores con los de la frecuencia angular de la tabla del inciso e).


Tiempo en una vuelta (periodo)

Velocidad angular (rad/s)

Frecuencia angular en (rad/s)

50 40 30

2. El aprendizaje obtenido en esta activi actividad dad te será de utilidad para comprender el el fenómeno de propagación de las ondas en medios mecánicos, como cuando se toca las cuerdas en una guitarra, o bien las ondas sonoras propagándose en instrumentos musicales. 3. Escrib Escribe e a manera de resumen las conclusiones sobre el aprendizaje obtenido en esta actividad, incluye las tablas y las capturas de pantalla para su demostración.




Parte 1:

1. Para comenzar, deberás deberás tener lista tu computadora o Tablet para que puedan funcionar correctamente los simuladores computacionales que se van a emplear como laboratorio de física virtual, por lo que debes asegurarte de tener instalado los programas Java y Adobe Flash Player; Player; en caso caso de que que no sea así revisa la sección de Recursos y podrás encontrarlos para descargar. 2. Para el prim primer er criterio de evaluación, en donde donde el el propósito es determinar los diferentes parámetros que caracterizan al M.A.S. en un sistema masa-resorte, haz funcionar la simulación “Laboratorio de resortes y masa” (recuerda que se encuentra en la sección de Recursos) y realiza lo siguiente siguiente:: a. Haz clic para activar el reloj y también aumenta la fricción a “m ucho” para evitar que el sistema oscile intermitentemente, ya que primero debes determinar la constante de fuerza del resorte. b. Cuelga la masa de 50 g en el resorte 1 y con la regla mide la distancia que se estiró el resorte. Haz lo mismo con las masas de 100 g y de 250 g en los resortes 2 y 3. c. Llena la siguiente tabla para determinar la constante del resorte, mediante la ley de Hooke:

Resorte

Masa

1

50g

2

100g

3

250g

Estiramiento

Constante del resorte

d. Quita las masas graduadas en gram gramos os y ahora cuelga las masas de colores verde, dorada y roja en los resortes 1, 2 y 3 respectivamente, y calcula las masas (en g) de estos objetos, llenando la siguiente tabla:

Resorte


Estiramiento

1 2 3


Masa



e. Quita las masas de colores y ahora m ueve el botón de “suavidad del resorte 3” a la condición de “suave” y cuelga la m asa de 50 g para que midas el estiramiento del resorte y determines la constante del resorte “suave”, luego aum enta la condición del

resorte a “duro” y cambia la masa por la de 250 g, para que nuevamente determines la constante del resorte “duro” y escribe los r esultados en la siguiente tabla:

f.

Resorte

Masa

Normal

50g

Suave

50g

Duro

250g

Estiramiento


Con la masa de 250 g en el resorte 3, en la condición de “duro”, sostén la masa en la

línea que corresponde al resorte sin estirar, y suéltala para que se produzca un movimiento armónico simple (M.A.S). Para una mejor observación y precisión en las mediciones, haz clic en el tiem po “1/16” para tener un movimiento en cámara lenta. Activa también también el reloj reloj y toma el el tiempo de 5 oscilaciones oscilaciones para para que calcules calcules el periodo periodo y lo compares con el periodo teórico. Cuelga también las masas de 50 g y 100 g en los resortes 1 y 2, para producir un M.A.S. similar al del resorte 3 y escribe los resultados en la siguiente tabla:

Resorte Masa 1

50g

2

100g

3

250g

Tiempo en 5 oscilaciones

Periodoexperimental

Periodoteórico

g. Con el periodo experimental determina las constantes A, ω, Vmax, amax, y llena la siguiente tabla:

Resorte masa

A

ω

Vmax

1-50g 2-100g


amax



3-250g

h. Determina el valor de la constante de f ase Φ considerando que el m ovimiento inicia cuando se suelta desde arriba y escribe las ecuaciones de posición, velocidad y aceleración para el movimiento de las masas unidas a cada uno de los resortes 1, 2 y 3. 3. Para los otros dos criterios de evaluación, haz f uncionar la simulación “Presión del fluido y el flujo” (recuerda que se encuentra en la sección de Recursos) y realiza l o siguiente:

a. Maximiza Maximiz a la pantalla y haz clic en la pestaña de de flujo, también activa la regla y el medidor de flujo. b. Reduce el diámetro de la sección central a un valor de 1 m, tomando con el “mouse” la agarradera de cilindro amarillo conectado al tubo, haz lo mismo con las agarraderas que están a los lados. Utiliza la regla para medir y también el medidor de flujo para que registres el área de esa sección angosta. c. Aumenta el diámetro diámetro de los extremos del tubo al al valor de 3 m, mueve el medidor de flujo para registrar el área de esa sección ancha, haz lo mismo con las agarraderas que están a los lados para de esta manera tener construido virtualmente el medidor de Venturi como se muestra en la siguiente figura:

d. Llena la siguiente tabla sobre las medici mediciones ones anteriores:



Sección

Diámetro


Área calculada

Área del medidor de flujo

Ancha en entrada Angosta Ancha en salida

e. Aplica las ecuaciones de gasto de flujo, de continuidad y de Bernoulli, para que determines las velocidades y presiones en las secciones anchas y angostas; con el mouse arrastra los medidores de velocidad y de presión en las secciones anchas y angostas. Con esto puedes revisar los resultados que calculaste con los valores que indican estos medidores. Para terminar anótalos en la siguiente tabla.

Sección

Gasto del flujo

Velocidad

Velocidad medidor

Presión

Presión medidor

Ancha en entrada Angosta Ancha en salida Parte 2:

El efecto Doppler consiste en que un observador escucha una frecuencia f´, diferente a la frecuencia f que emite una fuente de sonido en movimiento. 4. A través de de una una sustitución directa en en la ecuación de Doppler, determina esta frecuencia f´, considerando que el observador está en reposo y que la fuente se acerca a una velocidad de 20 m/s, emitiendo un sonido a una frecuencia de 600 Hz. 5. ¿De qué manera cambia la frecuencia escuchada por el observador si la fuente estuvier estuviera a alejándose con la misma velocidad? ¿Por qué? 6. Elabora tus conclusiones sobre el aprendizaje aprendizaje obtenido en esta activ actividad. idad. Parte 1:

Para esta parte de la actividad activi dad se desea conocer el flujo de calor de una habitación para determinar el equipo de aire acondicionado más adecuado para su instalación. 1. Selecciona una habitación de tu casa u oficina y toma en cuenta lo siguiente: a. Se va a determinar determinar qué tanto calor transfiere del exterior a la habitación en una hora.




b. Se sugiere que una o dos de sus paredes estén en contacto con el exterior. 2. Identifica los materiales con el que está construida la habitación y obtén las dimensiones geométricas. Escribe los resultados en la siguiente tabla:

Sección del la habitación

Materiales

Espesores estimado

Dimensiones geométricas

puerta ventana paredes techo piso

3. Reflexiona sobre el tipo de material con el que están construidos las paredes y el techo. De acuerdo al sentido común ¿qué materiales serían mejor aislantes térmicos?

Parte 2:

4. Realiza un documento que incluya la solución de cada problem problema: a: a. Selecciona los valores de conductivi conductividad dad térmi térmica ca para cada uno uno de de los materiales. b. Calcula el área de cada sección de la habitación y escríb escríbanlos anlos en en la siguiente tabla:

Sección del la habitación

Materiales

Conductividad térmica



Área



c. Mide la temperatura interior y exterior de la habitación colocando el el termómetro pegado a la placa de cada sección. En el caso del piso, como temperatura exterior debe estimarse la temperatura del subsuelo. d. Calcula el cambio de temperatura como la diferenc diferencia ia entre la temperatura exterior con la del interior. Escribe los resultad resultados os en la siguiente si guiente tabla:

Sección de la habitación

Temperatura exterior

Temperatura interior

Cambio de temperatura


5. Reflexiona sobre los valores de las conductividades térmicas de los materiales con los que está construida la habitación y en cómo se verían afectadas afectadas dichas conductividades si se cambian las paredes y el techo por materiales que sean mejores aislantes térmicos. a. Emplea la ecuación ecuación de flujo o transferencia de calor para cada placa y determinen el flujo de calor, escribiendo los resultados resultados en la siguiente tabla:

Sección de la habitación

Materiales

Flujo de calor


b. Obtengan el total del flujo de calor y determinen el calor transferido en una hora en unidades de BTU:

Flujo total de calor




Calor transferido en una hora en Joules Calor transferido en una hora en BTU

6. Elabora sugerencias que ayuden a reducir la transferencia de calor para que sea menor la cantidad transferida en una hora. 7. Reflexiona sobre al valor obtenido del flujo de calor y el calor transferido en una hora, convirtiendo este calor en BTU y propón los cambios que podrías realizar, ya sea en el diseño o bien, en parámetros geométricos, a fin de reducir este flujo de calor y lograr un mayor ahorro de energía. Parte 1:    

Obtener la eficiencia del sistema termodinámico Obtener las distancias focales en lentes convergentes Obtener los diagramas de rayos principales para formar las imágenes Determinar los parámetros de las imágenes formadas

1. Para el el primer criterio de evaluación de la actividad considera la siguiente gráfi gráfica, ca, que indica cómo está variando la presión en función del volumen dentro de un cilindro que contiene cinco moles de gas monoatómico:

a. Determina las temperaturas en cada punto empleando la Ley de los Gases Ideales y escribe los resultados en la siguiente tabla:

Punto

Volumen

Presión

Temperatura

a b c




b. Determina los valores de calor, trabajo y cambi cambio o en en la energía interna del gas, empleando la Primera Ley de la Termodinámica y las ecuaciones de calor y trabajo. Escribe los resultados en la siguiente tabla:

Calor (Q)

Proceso

Trabajo (W)

Cambio energía interna (ΔU)

a b c

c. Determina la efici eficiencia encia del sistem sistema a termodinámic termodinámico: o: 2. Haz funcionar la simulac simulación ión Geometric optics y realiza lo siguiente: a. Haz clic en las ventanas de “rayos principales” para activar la regla. b. Fija el índice de refracción de la lente en en 1.5 y su diámetro en 1 m. 3. Para el segundo criterio de evaluación emplea la fórmula del fabricante de lentes y realiz realiza a lo siguiente: a. Considerando una una lente biconvexa, en donde R2=-R1, calcula analíticam analíticamente ente las distancias focales de tres lentes con radios de curvatura de 70 cm, 80 cm y 90 cm. Escribe los resultados en la siguiente tabla y compáralos con la medición directa con la regla de la distancia focal, que es la distancia desde el centro de la lente hasta el punto focal que está marcado con una X.

Radio de curvatura (R )

Distancia focal calculada (f )

Distancia focal medida con regla (f )

70 cm 80 cm 90 cm

b. Empleando la fórmula del fabricante de lentes, calcula los nuevos índices de refracción de las lentes para mantener una distancia focal de 80 cm con radios de curvatura de 70 cm y 90 cm.




Escribe los resultados en la siguiente tabla midiendo con la regla la distancia focal, pero cambiando en el simulador el valor del nuevo índice de refracción.

Radio de curvatura (R )

Nuevo índice de refracción (n )

Distancia focal medida con regla (f )

70 cm 90 cm

4. Para el el tercer criterio de evaluación realiza lo siguiente: a. Fija en el el simulador el índice de de refracción de la lente en 1.5, el diámetro en 1 m y la distancia focal en 0.8 m y cerciórate que l a opción de “rayos “r ayos principales” se encuentre

activada. b. Como la regla sólo mide distancias horizontales, marca con un pedazo de papel la longitud (vertical) del lápiz desde la goma hasta la punta y escribe este valor que corresponde a la altura del objeto ho. c. Dibuja el diagrama de los tres rayos principales, tanto los incidentes como los refractados, para que formes las imágenes en diferentes distancias (en cm) del objeto a la lente. Las distancias son do = 200, 180, 120, 80 y 40 cm. d. Después de realizar los dibujos de los diagramas de rayos para cada distancia, comprueba tus resultados empleando el simulador computacional en donde debes colocar al lápiz-objeto a cada una de las distancias indicadas en el punto anterior. Por otro lado, asegúrate de colocar al objeto haciendo coincidir la goma del lápiz en el eje focal. Para cada una de estas distancias y con la ayuda de la regla, ve llenando la siguiente tabla de resultados resultados sobre las distancias (en cm) a la imagen ( di ) y las alturas (en cm) de la imagen ( hi ), así como el tipo de imagen, si es real o virtual, y su orientación, si es derecha o invertida, etc. Esto te servirá de apoyo para el tercer criterio de evaluación.

Distancia objeto ( do )

Distancia imagen ( di )

Altura imagen ( hi )

Tipo de imagen y orientación

200 180 120 80 40




e. Empleando la función de la tecla de tu computadora “imprimir pantalla”, graba cada una de las pantallas que muestran los diagramas de rayos para cada distancia del objeto a la lente y posteriormente imprime las imágenes grabadas y anéxalas a tu reporte de resultados, correspondientes al segundo criterio de evaluación. 5. Para el cuarto criteri criterio o de evaluación realiza lo siguiente: a. Empleando la ecuación de la lente (fórm (fórmula ula de Gauss), así como la ecuación de amplificación y altura de la imagen, realiza analíticamente los cálculos para obtener las distancias a la imagen, altura de la imagen y factor de amplificación. Escribe tus resultados en la siguiente tabla:

Distancia objeto ( do )


Altura imagen ( hi )

Factor de amplificación


200 180 120 80 40 Parte 2:

6. Realiza la siguiente actividad usando el simulador Torciendo la luz. a. Maximiz Maximiza a la pantalla y haz clic en el botón rojo para hacer funcionar el láser. b. Selecciona el transportador de la caja de herrami herramientas entas y mide los ángulos incidente, reflejado y refractado. c. Emplea la Ley de Snell para determinar el ángulo teórico refractado. d. Escrib Escribe e los resultados en la siguiente tabla:

Ángulo incidente

Ángulo reflejado

Ángulo refractado del simulador

Ángulo refractado por lay de Snell




e. Con el simulador revisa si se presenta el fenómeno de de reflexión interna total. En caso de que no, haz una reflexión al respecto, además de realizar el cálculo correspondiente. f. Selecciona el medio “agua”, en donde se encuentra el láser, y “aire” en el medio de refracción, y mueve el láser desde un ángulo de 30° hasta encontrar experimentalmente el ángulo crítico en donde se presenta el fenómeno de reflexión interna total. Escribe tus resultados en la siguiente tabla:

Ángulo de incidencia

Ángulo de refracción

30° 40° 50° 60° θc

g. Emplea la Ley Ley de Snell para obtener analíticam analíticamente ente los ángulos refractados y escrib escribe e los resultad resultados. os. h. Encuentra el valor de ángulo crítico y revi revisa sa si hay difer diferencias encias entre la tabla anterior y esta:



30° 40° 50° 60° θc

i.

Emplea la ley de Snell Snell y verif verifiquen iquen con el simulador el ángulo ángulo crítico para el caso de los medios incidente=vidrio y medio refractado=agua.

Escriban sus resultados en la siguiente tabla:




Índice de refracción medio incidente

Índice de refracción medio refractado

agua n1=1.33

aire n2=1

vidrio n1=1.5

aire n2=1

Ángulo crítico

Realiza la entrega de tu evidencia con base en los criterios de evaluación que se muestran en la siguiente rúbrica: q ue los otros simuladores 1. Haz funcionar la simulación “Onda en una cuerda” (al igual que este se encuentra en la sección de Recursos) y realiza lo siguiente: v entanitas de “reglas” y “contador”, reduce a cero en el b otón a. Haz clic en las ventanitas de “amortiguación”, también activa las opciones de “si n final” y de “oscilación”,

para tener la propagación constante de ondas en una cuerda, luego haz clic en “pausa” y también en el botón de “play” en el cronómetro.

b. A continuación mide con las reglas horizontal y verti vertical, cal, tanto la longitud de onda, como la amplitud de la onda en la cuerda. c. Haz funcionar la simulación paso por paso haciendo clic “paso” para que registres el periodo de la onda y con ello calcula la velocidad de la onda y la frecuencia angular. d. Reduce el botón de “frecuencia” a 40 y haz clic en el botón de “play” por unos 3 segundos para que se ajuste a la nueva onda y luego haz clic en “pausa” para repetir los incisos b) y c), por último reduce el botón de “frecuencia” a 30,

y repetir todo lo anterior escribiendo los resultados obtenidos en la siguiente tabla de los parámetros de la onda:


A

λ

T

V

K

50 40 30


ω



e. Con el botón de “frecuencia” en 30, aplica la función de “imprimir pantalla” para que obtengas las cuatro figuras de la onda propagándose en la cuerda para los casos en que la constante de fase tom a los valores de 0 rad, π/4 rad, π/2 r ad, y 3π/4 rad. Como sugerencia, guíate con el punto rojo del disco del oscilador

f.

que genera la onda, el cual gira con velocidad angular negativa (a favor de las manecillas del reloj), que corresponde a una propagación de la onda en la dirección positiva del eje (x). Al disco del oscilador y la ubicación del punto rojo se le llama círculo de fase, en donde el parámetro de l a onda ω “frecuencia angular”, corresponde a la

velocidad angular del punto rojo en el círculo de fase. Para la propagación de las ondas, con el botón de frecuencia en 30, 40 y 50, registra el tiempo de una vuelta (periodo) del punto rojo en el círculo de fase, determinando la velocidad angular. Escribe los resultados en la siguiente tabla y compara estos valores con los de la frecuencia angular de la tabla del inciso d).


Tiempo en una vuelta (periodo)

Velocidad angular (rad/s)

Frecuencia angular en (rad/s)

50 40 30

2. El aprendizaje obtenido en esta activi actividad dad te será de utilidad para comprender el fenómeno de propagación de las ondas en medios mecánicos, como cuando se toca las cuerdas en una guitarra, o bien las ondas sonoras propagándose en instrumentos musicales. Como preparación para el tema, contesta de manera individual el siguiente ejercicio. El efecto Doppler consiste de en qué un observador escucha una frecuencia f´, diferente a la frecuencia f que emite una fuente de sonido en movimiento. 1. A través de de una una sustitución directa en la ecuación de Doppler, determina determina esta frecuencia f´, considerando que el observador está en reposo, y que la fuente se acerca a una velocidad de 20 m/s, emitiendo un sonido a una frecuencia de 600 Hz. 2. ¿De qué manera cambia la frecuencia escuchada por el el observador si la fuente estuviera alejándose alejándose con la misma m isma velocidad?




1. Reúnanse en en equipos, cada quien debe tener una computadora o tablet conectada a bocinas portátiles. conectada 2. Utiliza algunos de los programas de instalación sugeridos en la sección sección de Recursos, para instalar en tu computadora un programa de computadora generador de tonos o sonidos de frecuencia variable, de preferencia “Audacity”, que es un programa que se puede descargar gratuitamente para “Windows” o “Mac”, y que te permite producir más de un sonido a la vez en la misma computadora, lo cual será útil para analizar interferencia de sonidos y algunos de sus efectos. http://audacity.sourceforge.net/?lang=es 3. Haz funcionar el el programa generador de tonos, en el caso caso del programa “Audacity”, ir a la pestaña de “generate” y seleccionar la opción de “tone” escogiendo los valores de frecuencia que se indican en la siguiente tabla y escriban tanto la claridad de la percepción del sonido, así como las características del tono, si es muy bajo, bajo, medio, alto o muy alto. Ten conectadas y encendidas las bocinas portátiles a tu computadora con un nivel de volumen adecuado. Para que se reproduzca el tono o frecuencia del sonido seleccionado deben hacer clic en el botón de “play”, y con el botón de “stop” detener el sonido, para luego cambiar de frecuencia nuevamente en la pestaña de “generar”.




4. Escribe tus observaciones en en relación a frecuencias de los sonidos escuchados y de los que no se alcanzan a percibir, o tu percepción es muy baja, y también qué sonidos resultan molestos al oído. 5. Ahora en la pestaña de “edit” selecciona la opción de “duplicate” para observar el fenómeno del sonido llamado “pulsaciones” o “batimientos” que resulta de la interferencia de dos sonidos de frecuencias cuya diferencia entre ellas debe ser menor a 20 para percibir claramente este fenómeno, por lo tanto, fija el primer sonido en la frecuencia de 300 Hz, y el segundo sonido ve cambiándolo a los valores mostrados en la siguiente tabla. Escribe los resultados de los batimientos percibidos, así como la frecuencia promedio del sonido resultante. Frecuencia fija del primer sonido=300 Hz




6. Escribe tus observaciones en en relación a que tan fácil o difícil resulta distinguir las pulsaciones o batimientos y qué aplicaciones puede tener este fenómeno. 7. Graba las pulsaciones percibidas para los casos de número de batimientos en donde las frecuencias en Hertz del segundo sonido son: 300, 301, 302, 306 y 310, empleando el mismo programa “Audacity” , pero una vez que ya se tengan generado los dos sonidos, no dar clic en el botón de “play”, en lugar de esto, ve a la pestaña “transport” para seleccionar “record” y empezará a grabar, observa que en la parte de debajo de la pantalla se encuentra la ventana de “Audio position” que es un cronómetro que inicia cuando se empieza a grabar, debes de parar la grabación alrededor de los 3 segundos, lo cual es exacto si en la ventana de al lado: “End“End -Length” fijas el tiempo de 3 segundos y se detendrá la grabación automáticamente. Por otro lado, en la imagen que se generó, aparecerá la interferencia de las dos ondas de sonido, observándose los máximos que corresponde a los batimientos que se van produciendo, de esta manera se puede contar dichas pulsaciones en los tres segundos para determinar los batimientos por segundo. No olvides dar clic en “salvar la grabación” dentro de la pestaña de “file”. Ya que realicen todo esto, escribe los resultados en la siguiente tabla: Frecuencia fija del primer sonido=300 Hz




8. Dibujen cualitativamente las gráficas de la superposición de los dos sonidos con la diferencias de frecuencias de la tabla anterior. Estas gráficas son similares a la mostrada en la siguiente figura:

http://www.amadeux.net/sublimen/articoli/battimenti_stimoli_e_induzioni_cerebrali.html solo para fines educativos.

9. El aprendizaje aprendizaje obtenido en esta actividad te será de utilidad para comprender comprender el fenómeno pulsaciones o batimientos, el cual es útil para afinar instrumentos musicales, como una guitarra, un piano, etc. Los compositores de música también emplean este fenómeno como técnica para determinar los tonos correctos en la música.




1. Para comenzar, deberás deberás tener listo tu computadora o Tablet para que puedan funcionar correctamente los simuladores computacionales que se van a emplear como laboratorio de física virtual, por lo que debes asegurarte de tener instalado los programas: Java y Adobe Flash Player, en caso de que no sea así revisa la sección de Recursos y podrás encontrarlos para descargar. 2. Para el el primer criterio de evaluación, en donde el propósito es determin determinar ar los diferentes parámetros que caracterizan al M.A.S. en un sistema masa-resorte, haz funcionar la simulación “Laboratorio de resortes y masa” (recuerda que se encuentra

en la sección de Recursos) y realiza lo siguiente: a. Haz clic para para activar el reloj y también aumenta la fricción a “mucho” para evitar por lo pronto que el sistema oscile intermitentemente ya que primero debes determinar la constante de fuerza del resorte. b. Cuelga la masa de de 50 g en el resorte 1 y con la regla mide la distancia que se estiró el resorte, haz lo mismo con las masas de 100 g y de 250 g en los resortes 2 y 3. c. Llena la siguiente tabla para determinar la constante constante del resorte, mediante la ley de Hooke:

Resorte

Masa

1

50g

2

100g

3

250g

Estiramiento


d. Quita las masas graduadas en gramos y ahora ahora cuelga las masas de colores verde, dorada y roja en los resortes 1, 2 y 3, respectivamente y calcula las masas (en g) de estos objetos, llenando la siguiente tabla:

Resorte


Estiramiento

Masa

1




2 3

e. Quita las masas de colores y ahora m ueve el botón de “suavidad del resorte 3” a la condición de “suave” y cuelga la masa de 50 g para que midas el estiramiento del resorte y determines la constante del resorte “suave”, luego

aumenta la condición del resort e a “duro” y cambia la masa por la de 250 g, para que nuevamente determines la constante del resorte “duro” y escrib e los

resultados en la siguiente tabla:

Resorte

Masa

Normal

50g

Suave

50g

Duro

250g

f.

Estiramiento


Con la masa de 250 g en el resorte 3, en la condición de “duro”, sostén la

masa en la línea que corresponde al resorte sin estirar, y suelta la masa para que se produzca un movimiento armónico simple (M.A.S), para una mejor observación y precisión en las m ediciones, haz clic en el tiempo “1/16” pera tener un movimiento en cámara lenta. Activa también el reloj y toma el tiempo 5 oscilaciones para que calcules el periodo y lo compares con el periodo teórico. Cuelga también las masas de 50 g y 100 g en los resortes 1 y 2, para producir un M.A.S. similar al del resorte 3 y escribe los resultados en la siguiente tabla:

Resorte

Masa

1

50g

Tiempo en 5 oscilaciones

Periodo experimental

Periodo teórico



2

100g

3

250g


g. Con el periodo experimental determina las constantes A, ω, Vmax, amax, y llena la siguiente tabla:

Resorte masa

A

ω

Vmax

amax

1-50g 2-100g 3-250g

h. Determina el valor de la constante de f ase Φ considerando que el m ovimiento inicia cuando se suelta desde arriba y escribe las ecuaciones de posición, velocidad y aceleración para el movimiento de las masas unidas a cada uno de los resortes 1, 2 y 3. 3. Para los otros dos criterios de evaluación, haz f uncionar la simulación “Presión del fluido y el flujo” (recuerda (r ecuerda que se encuentra en la sección de Recursos) y realiza lo

siguiente: i. Maximiza la pantalla y haz clic en la pestaña de flujo, también activa la regla y el medidor de flujo. j. Redu Reduce ce el diámetro diámetro de la sección central a un valor de 1 m, tomando tomando con el “mouse” la agarradera de cilindro amari llo conectado al tubo, haz lo mismo con

las agarraderas agarraderas que están a los lados. Utiliza la regla para m edir y también el medidor de flujo para que registres el área de esa sección angosta. k. Aumenta el diámetro de los extremos del tubo al valor de 3 m, mueve el medidor de flujo para registrar el área de esa sección ancha, haz lo mismo con las agarraderas que están a los lados para de esta manera tener construido virtualmente el medidor de Venturi como se muestra en la siguiente figura:



l.


Llena la siguiente tabla sobre las medici mediciones ones anteriores:

Sección

Diámetro

Área calculada

Área del medidor de flujo

Ancha en entrada Angosta Ancha en salida

m. Aplica las ecuaciones de gasto de flujo, de continuidad y de Bernoulli Bernoulli,, para que determines las velocidades y presiones en las secciones anchas y angostas, con el “mouse” arrastra los medidores de v elocidad y de presión en las




secciones anchas y angosta, y con esto puedes checar tus resultados que calculaste con los valores que indican estos medidores, escribe tus resultados en la siguiente tabla.

Sección

Gasto del flujo

Velocidad

Velocidad medidor

Presión

Presión medidor

Ancha en entrada Angosta Ancha en salida Selecciona el cuarto de una casa tomando en cuenta lo siguiente: 1. Se va a determinar qué tanto calor se transfiere en una hora del exterior exterior de la casa al cuarto. También se sugiere que una o dos de sus paredes estén en contacto con el exterior 2. Identifica los materiales con el que está construido el cuarto y obtén las dimensiones dim ensiones geométricas del cuarto. Escribe los resultados en la siguiente tabla:

Sección del cuarto

Materiales

Espesores estimado



Dimensiones geométri



3. Reflexiona Reflexi ona sobre el tipo de material con el que están construidos las paredes y el techo. De acuerdo al sentido común ¿qué materiales serían mejor aislantes térmicos? 4. Selecciona los valores de conductiv conductividad idad térmi térmica ca para cada uno uno de los materiales 5. Calcula el área área de cada sección del cuarto y escríbelos en la siguiente tabla:

Sección del cuarto

Materiales

Conductividad térmica

Área

puerta ventana paredes techo piso 6. Mide la temperatura interior y exterior del cuarto, colocando el termóm termómetro etro pegado a la placa de cada sección, en el caso del piso, como temperatura exterior debe estimarse la temperatura del subsuelo 7. Calcula el cambio de temperatura como la diferencia entre la temperatur temperatura a exterior con la del interior. Escribe los resultad resultados os en la siguiente tabla:

Sección del cuarto

Temperatura exterior

Temperatura interior



Cambio de temperatu



8. Reflexiona Reflexi ona sobre los valores de las conductividades térmicas de los materiales con los que está construido el cuarto y en cómo se verían afectadas dichas conductividades si se cambian las paredes y el techo por materiales que sean mejores aislantes térmicos 9. Emplea la ecuación ecuación de flujo o transferenci transferencia a de calor para cada placa y determina el flujo de calor, escribiendo los resultados en la siguiente tabla:

Sección del cuarto

Materiales

Flujo de calor

puerta ventana paredes techo piso 10. Obtén el total del flujo de calor y determina el calor transferido en una hora en unidades de BTU:

Flujo total de calor Calor transferido en una hora en Joules Calor transferido en una hora en BTU 11. Haz sugerencias que ayuden a reducir la transferencia de calor para que sea menor la cantidad transferida en una hora 12. Reflexiona sobre al valor obtenido del flujo de calor y el calor transferido en una hora, convirtiendo este calor en BTU y propón qué cambios se podrían realizar ya sea en el diseño, o bien, en parámetros geométricos, a fin de reducir este flujo de calor y lograr un mayor ahorro de energía 13. Comparte con tus compañeros los resultados encontrados a través de algún medio electrónico Como preparación para el tema, contesta de manera individual el siguiente ejercicio.




1. Considera el caso de un proceso termodinámi termodinámico co de tipo isobárico, en donde la presión de gas dentro de un pistón es constante y tiene un valor de 2000 pascales. Si el volumen varía de 0.6 m 3 a un valor de 0.2 0.2 m, y por otro lado el gas absorbe absorbe 8000 J de calor, determina lo siguiente: a. El trabajo que se llev lleva a a cabo en en este proceso b. ¿Es trabajo realizado por el gas o sobre el gas? c. Una gráfica de presión en función del volumen para este proceso a presión constante d. ¿Cómo se relaciona el área formada con la gráf gráfica ica del inciso anterior y con el resultado del trabajo en el inciso a)? e. El cambio de energía interna empleando directamente la ecuación ecuación de la Primera Ley de la Termodinámica En esta actividad se aplicarán las siguientes ecuaciones y principios de la termodinámica: a. b. c. d. e.

Ecuación general de los gases ideales Definición de trabajo en termodinámi termodinámica ca Ecuaciones de de calor en procesos termodinámi termodinámicos cos isobárico e isovol isovolumétrico umétrico Ecuación de la Prim Primera era Ley de la Termodinámi Termodinámica ca Ecuación de la eficienci eficiencia a térmi térmica ca para el cicl ciclo o termodinámi termodinámico co

El aprendizaje obtenido en esta actividad te ayudará a comprender el principio de funcionamiento de las máquinas térmicas, en particular los procesos termodinámicos que se llevan a cabo dentro de los cilindros de un automóvil de gasolina 1. Considera la siguiente gráfica que indica cómo está variando la presión en función del volumen dentro de un cilindro que contiene dos moles de gas monoatómico:

2. Determina las temperaturas en cada punto, empleando empleando la Ley de los Gases Ideales y escribe los resultados en la siguiente tabla:

Punto

Volumen

Presión


Temperatura



a b c 3. Determina los valores de calor, trabajo y cambi cambio o en en la energía interna del gas, empleando la Primera Ley de la Termodinámica y las ecuaciones de calor y de trabajo. Escribe los resultad resultados os en la siguiente tabla:

Proceso

Calor (Q)

Trabajo (W)

Cambio energía interna (Δ

a b c

4. Determina la eficienci eficiencia a del sistem sistema a termodinámico 5. Como preparación para el tema, contesta de manera indivi individual dual el siguiente ejercic ejercicio. io. 6. La Ley de Snell es una ecuación matem matemática ática que se aplica para determinar al ángulo de refracción θ2 de un rayo de luz que viene de un medio, por ejemplo aire, y luego incide el rayo a un cierto ángulo θ1 (con respecto a la vertical), en otro medio con diferente densidad, por ejemplo agua. Si esta ecuación es: 7.

8. 9.

Imagen obtenida de: http://telsystemti.wordpress.com/ley- de-snell/ Solo para fines educativos




10. En donde n 1 y n2 son los índices de refracción de cada medio (asociado a su densidad), y en este caso, los valores de estos índices de refracción son para el aire 1 y para el agua 1.33, determina el ángulo refractado o desviado al entrar al agua, considerando que el rayo incidente va a un ángulo de 37° Realiza lo mismo pero ahora considerando que el rayo proviene del agua y se va a refractar en el aireEl aprendizaje obtenido en esta actividad te ayudará a comprender el fenómeno de refracción de la luz, el cual se te presentará en tu vida diaria y de forma eventual en tus actividades como profesionista y te será necesario recordar los principios de su funcionamiento. Realiza la siguiente actividad usando el simulador Torciendo la luz. 1. Maximiza Maximiz a la pantalla y haz clic en el botón rojo para hacer hacer funcionar el láser 2. Selecciona el transportador de la caja de herrami herramientas entas y mide los ángulos incidente, reflejado y refractado 3. Emplea la Ley de Snell para determinar el ángulo teórico refractado 4. Escrib Escribe e los resultados en la siguient siguiente e tabla:

Ángulo incidente

Ángulo reflejado

Ángulo refractado del simulador

Ángulo refractado por de Snell

5. Con el el simulador revisa si se presenta el el fenómeno de reflexi reflexión ón interna total. En caso de que no, reflexiona al respecto, además de realizar el cálculo correspondiente 6. Selecciona el medio “agua” en donde se encuentra el láser y “aire” en el medio de refracción, muevan el láser desde un ángulo de 30° hasta encontrar experimentalmente el ángulo crítico en donde se presenta el fenómeno de reflexión interna total Escribe tus resultad r esultados os en la siguiente tabla:



30°




40° 50° 60° θc

7. Emplea la Ley Ley de Snell para obtener analíticam analíticamente ente los ángulos refractados y escrib escriban an los resultad r esultados os 8. Encuentra el valor de ángulo crítico y checa si hay hay diferencias entre la tabla anterior y esta:



30° 40° 50° 60° θc

9. Emplea la ley de Snell y verifi verifica ca con el simulador el ángulo crítico para el caso de los medios incidente=vidrio y medio refractado=agua Escribe tus resultados en la siguiente tabla:




Índice de refracción medio incidente


agua n1=1.33

aire n2=1

vidrio n1=1.5

aire n2=1

Ángulo crítico

m edio desconocido: “Misterio A” y comienza a mover el l áser 10. Selecciona el caso del medio desde un ángulo de 10° hasta encontrar experimentalmente el ángulo crítico en donde se presenta el fenómeno de reflexión interna total

Escribe tus resultados en la siguiente tabla:



10° 15° 20° 25°

11. Una vez que descubras experimentalmente el ángulo crítico, determina analíticamente el valor del índice de refracción del medio incidente desconocido 12. Selecciona ahora el caso del m edio desconocido: “Misterio B” y repite el procedimiento de los puntos. Escribe tus resultados en la siguiente tabla:


Ángulo crítico

agua n1

aire n2=1


Índice de refracción re fracción medio refractado


agua n1


aire n2=1

Como evidencia del Módulo 2 realizarás un reporte de las siguientes operaciones:    

Obtener la eficiencia del sistema termodinámico Obtener Obtener las distancias focales en lentes convergentes Obtener los diagramas de rayos principales para formar las imágenes Determinar de parámetros de las imágenes formadas

1. Para el prim primer er criterio de evaluación de la actividad considera la siguiente gráfica que indica cómo está variando la presión en función del volumen dentro de un cilindro que contiene cinco moles de gas monoatómico:

a. Determina las temperaturas en cada punto empleando la Ley de los Gases Ideales y escribe los resultados en la siguiente tabla: Punto

Volumen

Presión

Temperatura

a

b

c

b. Determina los valores de de calor, trabajo y cambi cambio o en la energía interna del gas, empleando la Primera Ley de la Termodinámica y las ecuaciones de calor y trabajo. Escribe los resultados en la siguiente tabla:



Proceso

Calor (Q)


Trabajo (W)

Cambio energía interna (ΔU)

a

b

c

c. Deter Determina mina la eficiencia del sistema termodiná termodinámico: mico: 2. Haz funcionar la simulaci simulación ón Geometric optics y realiza lo siguiente sig uiente:: a. Haz clic en las ventanas de “rayos principales” para activar la regla b. Fija el índice de refracción de la lente en en 1.5 y su diámetro en 1 m 3. Para el segundo criterio de evaluación emplea la fórmula del fabricante de lentes y realiza lo siguiente: a. Considerando una lente biconvexa, en donde R 2=-R1, calcula analíticamente las distancias focales de tres lentes con radios de curvatura de 70 cm, 80 cm y 90 cm. Escribe los resultados en la siguiente tabla y compara los resultados con la medición directa con la regla de la distancia focal, que es la distancia desde el centro de la lente hasta el punto focal que está marcado con una X:

Radio de curvatura ( R)

Distancia focal calculada (f )

70 cm

80 cm

90 cm


Distancia focal medida con regla ( f )



b. Empleando la fórmula del fabricante de lentes, calcula los nuevos índices de refracción de las lentes para mantener una distancia focal de 80 cm con radios de curvatura de 70 cm y 90 cm. Escribe los resultados en la siguiente tabla midiendo con la regla la distancia focal pero cambiando en el simulador el valor del nuevo índice de refracción:

Radio de curvatura ( R)

Nuevo índice de refracci refracción ón ( n)

Distancia focal medida con regla ( f )

70 cm

90 cm

4. Para el el tercer criterio de evaluación realiza lo siguiente: a. Fija en el simulador el índice de de refracción de la lente en 1.5, el diámetro en 1 m y la distancia focal en 0.8 m y cerciórate que la opción de “rayos principales”

se encuentre activada. b. Como la regla solo mide distancias horizontales, marca con un pedazo de papel la longitud (vertical) del lápiz desde la goma hasta la punta y escribe este valor que corresponde a la altura del objeto ho c. Dibuja el diagrama de los tres rayos princi principales, pales, tanto los incidentes como los refractados para que formes las imágenes en los diferentes casos de distancia (en cm) del objeto a la lente de: do = 200, 180, 120, 80 y 40 cm d. Después de realizar los dibujos de los diagramas de rayos para cada distancia, comprueba tus resultados empleando el simulador computacional en donde debes colocar al lápiz-objeto a cada una de las distancias indicadas en el punto anterior. Por otro lado, asegúrate de colocar al objeto haciendo coincidir la goma del lápiz en el eje focal. Para cada una de estas distancias y con la ayuda de la regla, ve llenando la siguiente tabla de resultados sobre las distanciass (en cm) a la imagen ( di ) y las alturas (en cm) de la imagen ( hi ), así distancia como el tipo de imagen, si es real o virtual, y su orientación, si es derecha o invertida, etc.. Esto te servirá de apoyo para el tercer criterio de evaluación: Distancia objeto ( do )


Altura imagen imagen ( hi )





200

180

120

80

40

e. Empleando la función de la tecla de t u computadora “imprimir pantalla”, graba cada una de las pantallas que muestran los diagramas de rayos para cada distancia del objeto a la lente y posteriormente imprime las imágenes grabadas y anéxalas a tu reporte de resultados, correspondientes al segundo criterio de evaluación 5. Para el cuarto criteri criterio o de evaluación realiza lo siguiente: a. Empleando la ecuación de la lente (fórm (fórmula ula de Gauss), así como la ecuación de amplificación y altura de la imagen, realiza analíticamente los cálculos para obtener las distancias a la imagen, altura de la imagen y factor de amplificación. Escribe tus resultados en la siguiente tabla: Distancia objeto ( do )


Altura imagen imagen ( hi )

Factor de amplificación

200

180

120


Tipo de imagen orientación



80

40


Física y Ciencias Integradas

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