TEMARIO
- Unidades y medidas
- Cinemática
- Dinámica de la partícula
- Trabajo y energía
- Sistemas de partículas. Choques
- Sólido rígido
- Fluidos
- Termodinámica
- Movimiento oscilatorio
- Movimiento ondulatorio
- Campo eléctrico
- Campo magnético
- Inducción electromagnética
- Ecuaciones de Maxwell
Unidades y medidas
- Realizar una medida y escribir su error con algunos instrumentos habituales: metro doméstico, cartabón, calibre, micrómetro, balanza de baño, balanza de laboratorio, pipeta, vaso graduado, etc.
- Dada una medida y su error escribirla correctamente.
-
Se ha efectuado las siguientes medidas con el calibre de 20 divisiones que aprecia 0.05 mm.
3.20, 3.25, 2.90, 3.35 y 3.20.Calcular el valor medio <x> y el error Δx
Expresar correctamente la medida y el error y la unidad
x= ±
- Determinar el error de una magnitud conocidas las medidas y los errores de las magnitudes de las que depende:
- Área de una pieza rectangular, cuando se mide sus lados con una regla o con un calibre.
- Medida de la densidad de un sólido con una balanza.
Cinemática
Problemas resueltos de
Hacer los problemas propuestos como actividades en las páginas:
Movimiento de caída de los cuerpos
Movimiento bajo la aceleración constante de la gravedad
Apuntar un cañón para dar en el blanco.
Bombardear un blanco móvil desde un avión.
Relación entre las magnitudes angulares y lineales
Movimiento relativo de traslación uniforme
Prácticas simuladas
Conocer el procedimiento de ajuste de los datos experimentales a una línea recta denominado regresión lineal, que se usa en el laboratorio en varias situaciones:
- Para calcular la velocidad en una experiencia de movimiento rectilíneo y uniforme
- Para calcular la aceleración en una experiencia de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado
- Para calcular la constante elástica de un muelle, colocando pesas en un platillo que cuelga de su extremo libre y midiendo la deformación del muelle.
- etc.
Medida de la velocidad en una experiencia de movimiento rectilíneo y uniforme
- Deducir a través de la experiencia las leyes del movimiento rectilíneo uniforme.
- Aplicar el método de los mínimos cuadrados a la obtención de la pendiente de las recta de regresión (la velocidad) y medir el grado de ajuste de los datos experimentales a dicha recta.
Medida de la aceleración en una experiencia de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado
- Deducir a través de la experiencia las leyes del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.
- Aplicar el método de los mínimos cuadrados a la obtención de la pendiente de las recta de regresión (la aceleración) y medir el grado de ajuste de los datos experimentales a dicha recta.
Dinámica de la partícula
Medida del coeficiente de rozamiento por deslizamiento
Fuerza de rozamiento en un plano inclinado
El mejor ángulo para arrastrar un bloque
Medida del coeficiente de rozamiento estático.
Prácticas simuladas
Medida del coeficiente estático y cinético de rozamiento
Medida del coeficiente cinético de rozamiento
Dinámica del movimiento circular
Trabajo y energía.
Un bloque desliza a lo largo de un plano inclinado y deforma un muelle
Movimiento sobre una cúpula semiesférica
Movimiento sobre una superficie semicircular cóncava
Órbita de transferencia de Hohmann
Prácticas simuladas
Medida de la constante elástica de un muelle.
Medida de la constante de un muelle helicoidal
Sistemas de partículas. Choques
Medida de la velocidad de una bala mediante la deformación de un muelle
Un proyectil disparado por un carro de combate en movimiento
Caída libre y sucesivos rebotes
Prácticas simuladas
Medida del coeficiente de restitución
Sólido rígido
Choque inelástico bala-disco en rotación
Conservación del momento lineal y del momento angular en una colisión
Choque de una pelota con un bate de béisbol
Transferencia de la velocidad en un choque por medio de una varilla interpuesta
Dos discos que se acoplan (I).Conservación del momento angular
Dos discos que se acoplan (II). El momento angular no se conserva
Choque de una partícula con un sólido rígido
Movimiento de rodar en el plano horizontal
Movimiento de rodar en un plano inclinado
Movimiento de rodar en el plano inclinado (II)
Aplicando una fuerza sobre una rueda
Prácticas de laboratorio
Constante de un muelle helicoidal (procedimiento dinámico)
Conservación de la energía en el movimiento de rotación
Demostración de aula
El movimiento giroscópico es difícil de explicar en la pizarra sin una demostración previa. Empleamos para ello, véase la figura, una rueda que tiene un eje cuyo extremo está en punta de modo que puede girar apoyado en dicho extremo sin apenas rozamiento. Una vez que la hacemos girar, situamos su eje haciendo un ángulo con la dirección vertical. El eje lo podemos fijar de modo que el punto de apoyo coincida con el centro de masas, dando lugar a un trompo libre.
La práctica demostrativa tiene los siguientes objetivos:
- Mostrar la existencia de tres movimientos: de rotación, precesión y nutación.
- Relacionar momento angular y velocidad angular. Comprobar que cuando el momento del peso no es nulo (no coincide el punto de apoyo con el centro de masas), el vector momento angular debe de cambiar de dirección si cambia de módulo.
- Obtener la fórmula de la velocidad de precesión a partir de la relación entre el momento del peso, y la razón del cambio del momento angular con el tiempo.
- Explicar la sucesión de las estaciones considerando a la Tierra como un gran trompo.
- Conocer la aplicación del trompo libre como mecanismo de orientación.
- Calcular aproximadamente, el momento de inercia I a partir de la medida de las velocidades angulares de rotación ω y de precesión Ω, mediante la fórmula Ω=Mgb/(Iω)
Figura. Precesión de un giróscopo
Fluidos
Medida de la densidad relativa de un líquido
Aplicaciones de los manómetros. Acelerómetros
Medida de la densidad un líquido
Medida de la densidad de un sólido
Flotación entre dos líquidos no miscibles
Movimiento de un cuerpo en el seno de un fluido
Oscilaciones de una boya en el agua.
Oscilaciones de un líquido contenido en un tubo en forma de U.
Práctica de laboratorio
La balanza. Medida de la densidad de un sólido
Termodinámica
Medida de la presión de vapor del agua a bajas temperaturas
Medida del índice adiabático de un gas (I)
Medida del índice adiabático de un gas (II)
Medida de la presión atmosférica
Medida del índice adiabático del aire por el procedimiento de Clément y Désormes
Transformaciones termodinámicas
Prácticas simuladas
- Determinación del calor específico de un sólido por el método de las mezclas.
La experiencia consta de dos partes:
- La determinación del equivalente en agua del calorímetro
- La determinación del calor específico del sólido.
- Medida del índice adiabático del aire
Movimiento oscilatorio
Medida de la frecuencia y del desfase de dos señales
Una partícula que cae sobre un muelle elástico
Se coloca un bloque sobre un muelle vertical sin deformar.
Dinámica de una partícula unida a una goma elástica
Oscilador amortiguado por una fuerza de módulo constante (I)
Prácticas de laboratorio
Masa unida a un muelle elástico
Oscilaciones libres y amortiguadas del péndulo de Pohl
Oscilaciones forzadas del péndulo de Pohl
Demostración de aula
Una cuerda se dispone horizontalmente sujeta por dos extremos, y se cuelgan de ella dos péndulos iguales, separados una cierta distancia, véase la Figura. Se procede del siguiente modo:
- Se hace oscilar uno de los péndulos, y se observa como evoluciona en el tiempo las oscilaciones de los dos péndulos.
- Se mide con un cronómetro el periodo de la oscilación de un péndulo, y el tiempo de una pulsación, es decir, desde que se para uno de los dos péndulos hasta que vuelve a pararse de nuevo.
- Se cuenta aproximadamente el número de oscilaciones que caben en una pulsación, y se representa un esquema de las oscilaciones de ambos péndulos y de sus envolventes.
- Se estudia el sistema desde el punto de vista energético, observando como se transfiere la energía de un péndulo a otro a través del acoplamiento.
- Se tensa la cuerda horizontal y se vuelve a realizar la experiencia, comprobando el efecto de cambio en el acoplamiento.
- Por último, se pide representar la función Asin(3t)+Asin(5t), o similar.
Figura. Péndulos acoplados
Movimiento ondulatorio
Medida de la velocidad del sonido
Medida de la velocidad de las ondas longitudinales
Efecto Doppler acústico con eco
Medida de la velocidad del sonido con el tubo de Quincke
Interferencia de ondas producidas por dos fuentes (I)
Prácticas de laboratorio
Modos de vibración de una cuerda
Campo eléctrico
Movimiento del electrón en el átomo de Kelvin-Thomson
Medida de la velocidad de una bala
Un oscilador eléctrico (carga constante)
Un oscilador eléctrico (potencial constante)
Demostraciones
El motor electrostático de Franklin
El generador electrostático de Kelvin
El péndulo que descarga a un condensador
Prácticas de laboratorio
Medida de la unidad fundamental de carga (simulación)
Campo magnético
Movimiento de una partícula cargada que desliza a lo largo de un plano inclinado
Prácticas de laboratorio
Medida de la reación carga/masa del electrón
Galvanómetro balístico (medida de la constante K de un galvanómetro)
Inducción electromagnética
Espiras en un campo magnético variable con el tiempo (II)
Movimiento vertical de una varilla en un campo magnético uniforme
Medida de la intensidad del campo magnético
Demostraciones de aula
Demostración de la ley de Faraday
Prácticas de laboratorio
Se examinan diversos fenómenos electromagnéticos con un transformador desmontable.
- Transmisión de la tensión en un transformador sin carga.
Se mantiene fijos la tensión V1 en el primario y el número de espiras n1. Se determina la tensión en el secundario V2 en función del número de espiras n2 de la bobina secundaria, véase la Figura 2. Se comprueba la relación de transformación
Figura 2. Relación de transformación para las tensiones
- El horno de inducción.
En base a una bobina primaria de 500 espiras y una bobina secundaria preparada en forma de ranura se monta un transformador de alta corriente que representa un modelo de horno de inducción, véase la Figura 3. Se puede calcular la intensidad en el secundario midiendo la intensidad en el primario y aplicando la relación de transformación. Se coloca una cinta de estaño sobre la ranura y vemos que se funde.
Figura 3. Modelo de horno de inducción
- El salto de una chispa entre dos electrodos.
En el primario se coloca una bobina de 500 espiras conectada a la corriente alterna (220 V), en el secundario una bobina de 23.000 espiras, véase la Figura 4. Se puede calcular la tensión en el secundario mediante la relación de transformación. La salida del secundario son dos alambres que se pueden aproximar a pocos milímetros de distancia. Se observa un salto de chispa entre los dos alambres.
Figura 4. Salto de chispa
- El anillo de Thomson.
Un anillo de aluminio representa una bobina de una espira. Se coloca como indica la Figura 5 rodeando el núcleo de hierro colocado verticalmente de modo que pueda moverse libremente. Se investiga el comportamiento del anillo al conectar la bobina primaria a una corriente alterna.
Figura 5. Anillo de Thomson
Se utiliza el lanzador de anillos, (Ring launcher) que se fundamenta en un experimento simulado en la página web
- Corrientes de Foucault.
- Oscilaciones amortiguadas en el péndulo de Pohl para comprobar que la fuerza de rozamiento proporcional a la velocidad y como consecuencia la amplitud de la oscilación disminuye exponencialmente con el tiempo
- Tubo de Lenz
Para una demostración práctica de la ley de Lenz se usan imanes cilíndricos que se dejan caer verticalmente en un tubo de cobre o de aluminio. Se puede comprobar experimentalmente que la fuerza que se opone al peso es proporcional a la velocidad del imán. La misma situación que hemos encontrado en el movimiento vertical de una varilla en el seno de un campo magnético uniforme.
Ecuaciones de Maxwell
Las actividades versarán sobre la búsqueda de información acerca de las regiones del espectro electromagnético y la realización de un pequeño trabajo de unas dos caras de extensión.
- Las ondas de radio, las microondas y las comunicaciones
- Infrarrojo, utilidad en astronomía, visión nocturna
- Espectro visible y la visión humana
- Ultravioleta y la capa de ozono
- Rayos X, su descubrimiento, aplicaciones en medicina
- Rayos γ, la energía nuclear de fisión, aplicaciones
En general, para cada región se pedirá:
- Cómo se producen las ondas
- Para qué se emplean
- Intervalo de frecuencias, longitudes de onda y energía en eV
- Subregiones más importantes