Home >Documents >Módulo I Mov

Módulo I Mov

Date post:08-Nov-2015
Category:
View:25 times
Download:6 times
Share this document with a friend
Description:
Resumen de los más relevante sobre el movimiento, fuerza y trabajo. Con Actividades y ejercicios.
Transcript:
  • Martn Luther King Profesora: Yanssuy Lages Pastn Adult School Ciencias Naturales/ Fsica C.E.I.A La Serena

    Mdulo I: El Movimiento

    Introduccin

    El presente mdulo tiene como principal objetivo el que los y las estudiantes comprendan el movimiento de

    los cuerpos que ocurren en la naturaleza, y los principios y leyes que dan cuenta de dichos fenmenos.

    Entre los conceptos bsicos que permiten una descripcin adecuada de los movimientos estn los de

    trayectoria, desplazamiento, tiempo, rapidez, velocidad y aceleracin, cuya comprensin general se limitar

    a los aspectos cualitativos. Se conocern las frmulas elementales para calcular la velocidad media, la

    aceleracin media y las relaciones entre desplazamiento, velocidad y aceleracin, tanto para el caso del

    movimiento uniforme como del uniforme acelerado.

    En relacin a los principios y leyes que gobiernan los movimientos los y las estudiantes identificarn los

    principios de Newton, la ley de conservacin del momentum lineal, la ley de conservacin del momentum

    angular y la ley de conservacin de la energa mecnica. Para lograr esto ser menester analizar primero los

    conceptos de fuerza, momentum lineal, momentum angular, trabajo mecnico, potencia y el de energa

    mecnica (cintica y potencial gravitatoria).

    De los conceptos sealados anteriormente posiblemente el que ms debe ser profundizado es el de fuerza.

    Hay que destacar las formas en que se mide en situaciones estticas (gracias a la deformacin) y cmo se

    calcula en situaciones dinmicas, haciendo ver las distintas situaciones en que hay fuerzas presentes,

    destacando el caso de la fuerza de gravedad o peso, la fuerza normal y el caso del roce esttico y cintico.

    Finalmente se analizan los conceptos de temperatura y calor.

    Unidades de Aprendizaje:

    Unidad 1: Caracterizacin del Movimiento

    Unidad 2: Fuerza y movimiento

    Unidad 3: Energa mecnica y Calor

    Aprendizajes Esperados:

    Al desarrollar este mdulo se espera que los y las estudiantes:

    Describan movimientos cotidianos y los clasifiquen.

    Comprendan y apliquen los conceptos que describen el movimiento rectilneo a la resolucin de

    problemas simples.

    Comprendan que el movimiento es relativo.

    Empleen informacin grfica para representar movimientos rectilneos.

    Comprendan el modo en que caen los cuerpos en la superficie terrestre.

    Reconozcan las magnitudes que permiten describir el movimiento circunferencial uniforme y las

    empleen en situaciones diversas.

    Comprendan el concepto de fuerza y sus efectos estticos y dinmicos.

    Reconozcan diversas fuerzas en el entorno y apliquen la relacin entre fuerza, masa y aceleracin.

    Analicen situaciones en que sobre un mismo cuerpo actan dos fuerzas.

    Comprendan las caractersticas de los pares de fuerzas del tipo accin y reaccin.

    Reconozcan las fuerzas de roce esttico y cintico y los factores de los que dependen.

  • 2

    Comprendan la ley de conservacin del momentum lineal y la apliquen en situaciones

    unidimensionales.

    Reconozcan situaciones en que se conserva el momentum angular.

    Comprendan la importancia de la energa en la vida moderna y los principales problemas que se

    derivan de su utilizacin.

    Reconozcan y apliquen los conceptos de trabajo mecnico, potencia y energa mecnica.

    Comprendan y apliquen la ley de conservacin de la energa mecnica.

    Comprendan como los termmetros de dilatacin miden temperatura.

    Reconozcan el calor como energa en trnsito y sus formas habituales de transferencia.

    Comprendan el significado del equivalente mecnico del calor y generalicen la ley de conservacin de

    la energa.

    Unidad 1: Caracterizacin del Movimiento

    Un movimiento es el cambio de posicin de un cuerpo en el tiempo. Para

    describir el movimiento de un cuerpo, se debe establecer un sistema de

    referencia.

    Un sistema o marco de referencia corresponde a un punto fsico de

    observacin desde el cual se puede describir la posicin y movimiento de

    un cuerpo. Los sistemas de referencia usados cotidianamente, se les

    pueden asignar las siguientes caractersticas: son independientes del

    movimiento del cuerpo, el tiempo para todos los sistemas de referencia es absoluto (para todos los

    observadores de un fenmeno, el tiempo es el mismo).

    Por otro lado, un sistema de coordenadas es una eleccin arbitraria de variables matemticas para describir

    la ubicacin de un punto o de un cuerpo geomtrico; por ejemplo, el sistema de coordenadas cartesiano. Un

    mismo sistema de referencia puede describir un movimiento utilizando varios conjuntos de coordenadas

    diferentes.

    Un sistema de referencia temporal indica, de manera precisa, en qu intervalo o instante de tiempo est

    sucediendo un evento, por ejemplo, indica el momento en el que un cuerpo se encuentra en alguna posicin

    determinada. La eleccin ms til es hacer coincidir el instante t = 0 con el momento en el que empezamos a

    estudiar un movimiento. Los dos sistemas de referencia espacial y temporal constituyen lo que se entiende

    por un sistema de referencia espacio - temporal.

    Desplazamiento, trayectoria y distancia

    El desplazamiento es el cambio de posicin que realiza un

    cuerpo respecto a un sistema de

    referencia previamente elegido.

    Es la diferencia entre la posicin

    final e inicial.

    La trayectoria que describe un cuerpo corresponde a todos los

    puntos por los cuales pasa. La distancia (d) recorrida se refiere

    fsicamente al camino recorrido (La distancia entre dos puntos

    se mide en unidades de longitud. La unidad de longitud en el Sistema Internacional

    de unidades es el metro). La distancia o camino recorrido es una magnitud escalar,

  • 3

    tal como lo es el tiempo (el cual se mide en segundos), mientras que el desplazamiento es una magnitud

    vectorial, pues tiene direccin, sentido y mdulo.

    Para calcular la distancia recorrida, debes sumar cada unidad de distancia que recorri el objeto, siendo esta

    una magnitud positiva en todo momento.

    Rapidez media (Vm):

    Corresponda a la distancia o camino recorrido y el tiempo empleado (m/s).

    Velocidad media (Vm)

    Magnitud que considera la direccin y el sentido del movimiento.

    Corresponde al cociente entre el desplazamiento y el intervalo de tiempo

    (m/s).

    Para transformar kilmetros en metros y minutos en segundos tener en consideracin que: Un kilmetro

    equivale a 1000 metros. Por otra parte, una hora equivale a 60 minutos. Adems, cada minuto equivale a 60

    segundos, por lo tanto una hora tiene 3 600 segundos.

    Tiempo empleado (t)

    Tiempo total empleado en un desplazamiento.

    Aceleracin (a)

    En la mayor parte de las ocasiones, los mviles no se mueven con velocidad

    constante, sino que esta va cambiando a lo largo del recorrido. Para estudiar

    estos movimientos definimos una nueva magnitud llamada aceleracin, la cual

    representa el cambio que experimenta la velocidad instantnea durante un

    intervalo de tiempo. En el sistema internacional de unidades (SI), la aceleracin se mide en m/s2.

    La aceleracin tiene signo, si la magnitud de la velocidad aumenta (+) a medida que avanza el tiempo, el

    movimiento se llama acelerado y, en este caso la aceleracin y la velocidad tienen el mismo sentido. Por otra

    parte, si la magnitud de la velocidad disminuye (-) en el tiempo, el mvil va frenando y se dice que el

    movimiento es retardado. En este caso, la aceleracin y la velocidad apuntan en sentidos contrarios.

    Velocidad final (V2)

    Velocidad adquirida luego de acelerar.

    Movimiento con aceleracin constante (D)

    Es aquel que vara permanentemente, no es un movimiento en el cual la

    velocidad permanezca constante. Consecuentemente con esto, el cuerpo

    no realiza siempre el mismo desplazamiento.

    Tipos de movimientos

    Movimiento rectilneo uniforme (MRU): un movimiento es

    rectilneo uniforme si su velocidad permanece constante o

    invariable en todo el intervalo de tiempo. La nica trayectoria que

    acepta esta condicin es una trayectoria en lnea recta, por lo que

    el cuerpo recorre distancias iguales en tiempos iguales. Esto

    significa que el cuerpo recorre distancias iguales en intervalos de

  • 4

    tiempo iguales (rapidez constante) y sigue una trayectoria recta (sin variar su sentido ni direccin).

    Movimiento rectilneo uniformemente acelerado (MRUA): un movimiento rectilneo tiene una aceleracin

    constante si la magnitud de la velocidad aumenta o disminuye proporcionalmente en el tiempo. Su principal

    caracterstica es que la aceleracin va a favor del movimiento, por lo que el cuerpo va aumentando su

    velocidad a medida que transcurre el tiempo.

    Movimiento vertical: se habla de movimiento vertical cuando se deja caer un cuerpo, cada libre, o cuando

    este se lanza verticalmente hacia arriba o hacia abajo. Se estudian bajo dos condiciones: ausencia de roce y

    aceleracin de gravedad constante.

    Movimiento circunferencial uniforme (MCU): corresponde al movimiento de los cuerpos que describen una

    circunferencia con rapidez constante y velocidad variable.

    Movimiento armnico simple (MAS): un objeto oscila indefinidamente entre dos posiciones mximas sin

    perder energa.

    Movimiento de traslacin y rotacin

    Nuestro planeta Tierra est en constante movimiento en el espacio, al igual que los dems astros que

    integran el Sistema Solar. Los principales movimientos de la Tierra, que adems son simultneos, son la

    rotacin, por el que gira sobre su mismo eje, y la traslacin, rbita elptica que realiza nuestro planeta

    alrededor del sol.

    Debido a que la Tierra tiene forma esfrica y a que su eje imaginario esta desviado (23, 27 minutos, 30

    segundos), la intensidad de los rayos solares vara de acuerdo a la latitud, lo que determina las llamadas

    zonas astronmicas.

    Rotacin: la Tierra gira sobre su propio eje completando una vuelta

    en casi un da (23 horas, 56 minutos, 4, 09 segundos). Este

    movimiento es el responsable de la sucesin del da y la noche, el

    achatamiento de los polos, la desviacin de los vientos y las

    corrientes marinas, las diferencias horarias. Adems, la rotacin nos

    permite determinar los puntos cardinales. El norte y el sur estn en

    los extremos del eje terrestre; el movimiento de la tierra es de oeste

    a este.

    Traslacin: es el movimiento de la Tierra en su rbita alrededor del Sol, el cual demora 365 das, 5 horas, 48

    minutos. La traslacin, sumada a la inclinacin del

    eje terrestre, da como resultado la sucesin de las

    distintas estaciones (verano, otoo, invierno y

    primavera) y la duracin desigual de los das y las

    noches durante el ao. Los cambios de estaciones

    se producen durante los Solsticios (invierno y

    verano) y los Equinoccios (otoo y primavera).

    Equinoccio: Momento del ao en que los das son

    iguales a las noches. El equinoccio ocurre dos

    veces por ao, entre el 20 al 22 de marzo y entre el 21 al 23 de septiembre, fechas en que los dos polos de la

    Tierra se encuentran a igual distancia del Sol, cayendo la luz solar por igual sobre ambos hemisferios.

  • 5

    Solsticios: los das y las noches son de duracin extrema. El da ms largo del ao ocurre en el solsticio de

    verano, mientras que en el solsticio de invierno tiene lugar la noche ms larga. El nombre de solsticio viene

    de que durante los das previos y posteriores el Sol parece levantarse y acostarse en los mismos puntos del

    horizonte.

    Zonas astronmicas: debido a que la superficie del planeta no

    es plana sino curva, la intensidad de los rayos solares es distinta

    dependiendo de la zona del planeta de la que se trate. Esto

    genera cambios en el clima y en el paisaje geogrfico.

    Los rayos ms directos o verticales caen en la zona de bajas

    latitudes o tropical; los rayos inclinados u oblicuos llegan la

    zona de latitudes medias o templadas; y los rayos paralelos o

    tangentes a la superficie en la zona altas o polares.

    Sistema de referencia y relatividad de Galileo

    Es necesario especificar en qu sistemas de referencia son vlidas las leyes de Newton. Dichos sistemas se

    denominan inerciales y son aquellos que no estn acelerados con respecto al conjunto global del universo.

    Su definicin precisa resulta complicada, pero no as su determinacin prctica.

    Todo sistema de referencia que permanezca fijo, o con movimiento uniforme, con respecto a la Tierra, es

    muy aproximadamente inercial. No llega a serlo debido a los movimientos de rotacin de la Tierra con

    respecto a su eje y alrededor del Sol, y al de ste con respecto al centro de la galaxia. No obstante, de los tres

    movimientos anteriores slo el de la Tierra alrededor de su eje posee una aceleracin apreciable. Y aun as,

    en un gran nmero de situaciones podemos despreciar tambin dicha aceleracin.

    Todo sistema de referencia que se mueva con velocidad

    uniforme con respecto a un sistema de referencia inercial es

    tambin inercial. Las aceleraciones medidas en ambos

    sistemas coinciden y, por lo tanto, si las leyes de Newton son

    vlidas en uno, habrn de serlo en el otro. Por el contrario, si

    un sistema de referencia est acelerado con respecto a uno

    inercial, dicho sistema no puede ser inercial.

    Cuando Galileo formul la ley de la inercia, no slo pens en un principio vlido para la mecnica, sino para

    toda la fsica, en general. A dicho principio se le conoce como invarianza galileana o principio de relatividad

    de Galileo, y dice lo siguiente: Las leyes de la fsica son idnticas en todos los sistemas de referencia que se

    mueven con movimiento uniforme uno con respecto a otros.

    Si vamos en el interior de un barco, por ejemplo, cualquier actividad o experimento que realicemos es

    independiente de la velocidad del barco. Una partida de ping-pong se desarrollara igual fuera cual fuera

    dicha velocidad. No hay forma posible de poder deducir la velocidad del barco, excepto mirando por la

    ventanilla. Al cambio de coordenadas de un sistema de referencia a otro con los ejes paralelos al primero y

    velocidad relativa constante se le denomina transformacin de Galileo.

    Las leyes de Newton verifican la invarianza galileana, pues involucran nicamente a las aceleraciones y stas

    son las mismas en sistemas de referencia con movimiento relativo uniforme.

  • 6

    Representacin grfica del movimiento

    Una representacin grfica, al igual que una tabla o una ecuacin, indica la relacin que existe entre dos o

    ms variables. Una grfica tambin permite estimar valores si se tienen los puntos suficientes. Esto se puede

    realizar a travs de la interpolacin, donde se toman valores entre puntos, o a travs de la extrapolacin,

    que se obtiene al continuar los puntos.

    Por ejemplo, al entregar energa trmica (calor) a un recipiente con agua, esta aumenta su temperatura.

    Entonces, existe una relacin entre la energa entregada y la temperatura del agua. Con este ejemplo es fcil

    deducir que a mayor cantidad de energa entregada, mayor es la temperatura del agua. Sin embargo, lo

    importante es poder predecir lo ms exactamente posible cunto aumenta la temperatura cuando se le

    entrega una cantidad de energa determinada. A esto se pretende llegar cuando se busca la relacin

    matemtica que liga ambas variables.

    Grfica de relacin directamente proporcional: si al representar los valores de dos variables fsicas en un

    grfico se obtiene una recta que pasa por el origen, se dice que la relacin entre ellas es directamente

    proporcional.

    Datos Grfico

    Grfico trayectoria

    Datos Grfico

    Tiempo (t) Temperatura (T)

    0 10

    5 20

    10 30

    15 40

    20 50

    25 60

    30 80

    35 90

    40 100

    Tiempo (t) Posicin (m)

    0 2

    1 4

    2 7

    3 9

    4 13

    4 13

    5 9

    6 7

    7 0

  • 7

    Grfico MRU: velocidad constante de 6 m/s.

    Datos Grfico

    Cada libre

    Si dejas caer al suelo tu goma de borrar, notars que evidentemente el objeto

    cae, pero alcanzas a percibir de qu manera lo hace? Este tipo de

    movimiento es el que describen los cuerpos atrados por la fuerza gravitatoria

    de la Tierra, cuya caracterstica es que el aumento de la velocidad es siempre

    el mismo en las cercanas de la superficie terrestre: la velocidad de los

    cuerpos aumenta en 9,8 m/s cada segundo.

    Si todos los cuerpos que caen lo hacen con la misma aceleracin, podemos

    llegar a la conclusin de que todos tardan el mismo tiempo en caer desde una

    cierta altura y, por tanto, sus movimientos son idnticos. Esto se debe a que el MRUA solo depende de la

    aceleracin y de la velocidad inicial, cuyo valor es 0 en la cada libre.

    Tomar en cuenta el rozamiento con el aire complicara el problema, por lo que lo despreciaremos. Las

    ecuaciones que rigen el movimiento de cada libre son las mismas que las de cualquier movimiento rectilneo

    uniformemente acelerado, considerando, segn lo dicho en el prrafo anterior, que: aceleracin = gravedad

    = 9,8 m/s2; v0 = 0, pues comienzan desde el reposo al empezar a caer

    Actividades

    Ejercicios

    1. Cul es la velocidad media, en m/s, de un coche que en 2 horas recorre 180 km?:

    2. Cul es el valor de una velocidad de 72 km/h expresado en el Sistema Internacional?:

    3. Una persona camina a velocidad constante de 5 km/h. Cunto tiempo tardar en recorrer una distancia

    de 6000 m?

    Tiempo (t) Posicin (m)

    0 2

    1 4

    2 6

    3 8

    4 10

    5 12

    6 14

    7 16

    8 18

  • 8

    4. Un avin se desplaza a una velocidad de 1080 km/h, cul es su velocidad en m/s?:

    5. Un tren de carga se mueve a 20 m/s; en cierto instante adquiere una aceleracin constante de 10 m/s2.

    a. Cul es el desplazamiento que realiza este vehculo en los primeros 10 segundos desde que comienza a

    acelerar? b. Cul sera su desplazamiento en los primeros 50 segundos? c. Suponiendo que el tren parte

    desde el reposo Cul sera su velocidad final a los 50 segundos?

    6. Un Cndor (Vultur gryphus) vuela durante 10 minutos a una rapidez de 50 m/s. a. Calcula la distancia que

    recorrer.

    7. Tanto el sonido como la luz recorren distancias de manera recta y uniforme. La luz recorre trescientos mil

    kilmetros por segundo. Cul es su rapidez en m/s? El sonido recorre aproximadamente 340 metros por

    segundo en el aire. Cul es su rapidez en km/h?

    8. Un automvil en un instante dado adquiri un movimiento rectilneo uniforme acelerado (MRUA) con una

    aceleracin de 5 m/s2. Si al cabo de 4 segundos alcanz una velocidad de 30 m/s. Calcula su velocidad inicial

    en ese instante dado. Qu significa el resultado?

    9. Un corredor en una carrera de 100 metros, parti del reposo con una aceleracin de 5 m/s2 y la mantuvo

    durante 2 segundos. Calcula la velocidad que alcanz y la distancia que recorri al cabo de esos 2 segundos.

    10. Un vehculo parti del reposo con una aceleracin constante y al cabo de 4 segundos alcanz una

    velocidad de 20 m/s. Suponiendo que el vehculo adquiri un MRUA, calcula su aceleracin y la distancia que

    recorri durante esos 4 segundos.

    11. Un cuerpo que se encontraba inicialmente reposo comienza a moverse en lnea recta y con aceleracin

    constante, y al cabo de 5 s adquiere una velocidad de 8 m/s. A partir de esta situacin, calcula lo indicado.

    a. La aceleracin del cuerpo. b. La posicin del cuerpo al cabo de 5 segundos. c. La velocidad del cuerpo

    luego de 8 s.

    12. Un mvil describe un movimiento en lnea recta. Su itinerario se representa en el grfico que se muestra

    a continuacin. Aplica lo aprendido para resolver las siguientes actividades:

    a. Calcula la velocidad en los distintos intervalos de tiempo y

    regstralos en una tabla que te ayudar a confeccionar tu grfico

    v-t. Recuerda que la velocidad media tiene signo y est

    determinada por:

    b. Utilizando los datos que puedas extraer del grfico, construye

    un grfico v-t.

    (Dfinal- Dinicial)

    (tfinal- tinicial)

  • 9

    Experimentacin: Plano inclinado

    Materiales: Una pelota de tenis. Cronmetro. Una tabla larga. Huincha de medir

    Antecedentes Un plano inclinado es como una rampa por la cual se pueden deslizar algunos objetos. Si te tiras por un resbaln, puedes considerarte como un objeto que se desliza por un plano inclinado. Ya has estudiado que la gravedad atrae a los objetos hacia el centro de la Tierra y eso hace que un cuerpo acelere cuando cae libremente, pero cmo cambia la rapidez al descender por una superficie inclinada? Problema de investigacin Cmo es el movimiento que describe un cuerpo que cae por un plano inclinado? Planteamiento de hiptesis Cmo crees que se comporta un mvil que baja por un plano inclinado, soltndolo desde el reposo? Cambia la rapidez conforme el objeto avanza? Redacta una hiptesis con lo que piensas que sucede, que se relacione con el problema de investigacin. Procedimiento o metodologa 1. Marca las siguientes posiciones en el plano inclinado; L2, L3, L4, L5 y L6 (L corresponde al largo del plano) 2. Eleva ligeramente un extremo del carril (no ms de 10 grados) para inclinarlo. 3. Coloca la pelota en la posicin inicial y djala caer, midiendo con el cronmetro el tiempo que tarda en llegar a la primera posicin marcada. Puedes poner un tope en la marca para facilitar esta medicin. Repite la accin cinco veces y luego calcula el promedio de estas. 4. Repite el procedimiento 3 para cada una de las marcas. Anlisis de resultados (Discusin) a. Construye un grfico de posicin vs tiempo. Considera como x0 el punto desde donde sueltas la pelota (extremo superior del plano). Analiza y compara a qu movimiento se asemeja dicha grfica. b. Si consideramos la velocidad inicial como 0 m/s y una aceleracin constante de 5 m/s2. Calcula el desplazamiento de la pelota a los 40 segundos. c. Calcula el valor de la aceleracin para cada tramo y grafcala con respecto al tiempo. Luego dibuja una lnea que pase por todos (o la mayora) de los puntos. A qu corresponde el valor donde dicha recta corta el eje de las ordenadas? Conclusiones y comunicacin de resultados d. A qu corresponde el valor donde la recta, en el grfico de a-t, corta el eje de las ordenadas? e. Comenta de qu forma vara la velocidad de un cuerpo que se deja caer por un plano inclinado. f. Por qu es importante modelar el movimiento de los cuerpos en planos inclinados? Busca un ejemplo de la vida cotidiana en que sea til estudiar el movimiento de los cuerpos en los planos inclinados, como por ejemplo, en la construccin de rampas para las personas con discapacidad.

  • 10

    Unidad 2: Fuerza y Movimiento

    La Fuerza es el producto de la interaccin entre dos cuerpos. Es un vector

    que tiene magnitud (intensidad), direccin (orientacin o posicin hacia

    donde se ejerce la fuerza) y sentido (indica hacia qu lado de la direccin se

    aplica la fuerza), cuando esta se aplica en direcciones diferentes provocar

    distintos efectos.

    Las fuerzas pueden ser de dos tipos:

    Fuerza de Contacto: resulta del contacto fsico entre el cuerpo y sus

    alrededores.

    Fuerza de Campo: resulta de una accin a distancia entre el cuerpo y sus

    alrededores.

    Unidad de Fuerza: En el SI es el newton (N), se define como la fuerza que, al actuar sobre un cuerpo de

    masa 1Kg, produce una aceleracin de 1m/s2.

    Las interacciones entre cuerpos pueden tener dos tipos de efectos. El ms comn es el cambio en el estado

    de movimiento del cuerpo, que significa que este se pone en movimiento, o que ocurre una variacin en su

    movimiento. El segundo efecto es la deformacin. Piensa en lo que ocurre con la plastilina o con un elstico

    cuando se les aplica una fuerza. En estos casos el objeto se deforma, lo que puede ser permanente, como en

    el caso de la plastilina, o momentneo, como el caso de bandas elsticas y resortes.

    En fsica, la dinmica consiste en el anlisis de la relacin entre las fuerzas y los cambios que ellas producen

    en los movimientos.

    Caractersticas de las fuerzas: 1. Las fuerzas no corresponden a propiedades de los cuerpos, sino a efectos de

    la interaccin entre ellos. Adems, solo existen mientras se estn aplicando o ejerciendo, por lo cual no se

    pueden guardar o acumular. 2. Es incorrecto decir que un objeto, un ser vivo o una mquina posee fuerza.

    En todos los casos, pueden poseer energa o capacidad para ejercer una fuerza. 3. Las fuerzas, al ser una

    interaccin entre cuerpos, son recprocas, pero producen efectos distintos en cada caso, dependiendo de la

    situacin o de factores que intervienen. Por ejemplo: al dar un leve empujn a otra persona, probablemente

    la movers, mientras t sigues en tu lugar. Sin embargo, al intentar dar aquel empujn a una pared de

    concreto, sin duda sers t quien se mover. 4. Las fuerzas corresponden a magnitudes vectoriales, tienen

    asociada una magnitud escalar, una direccin y un sentido, donde sus efectos van a depender de estas tres

    caractersticas, junto con el lugar de aplicacin de una fuerza sobre otro cuerpo.

    Fuerza Neta: Cuando varias fuerzas estn aplicadas al mismo tiempo sobre un

    objeto. Estas se combinan dando origen a una sola fuerza llamada fuerza neta. La

    Fuerza neta (FN) corresponde a la suma vectorial de todas las fuerzas que actan

    sobre un cuerpo.

    Ejemplos:

  • 11

    Leyes de Newton

    Primera Ley de inercia: todo objeto en reposo contina en reposo, y

    todo objeto en movimiento contina en movimiento con velocidad

    constante (rapidez uniforme en lnea recta) sino acta sobre l alguna

    fuerza o si la fuerza neta es cero, al igual que su aceleracin (condicin

    de equilibrio traslacional).

    Masa inercial: la masa (Kg) es una cualidad propia de un cuerpo, la cual

    especifica cunta resistencia presenta el cuerpo a cambios en su

    velocidad. Mientras mayor es la masa de un objeto, mayor ser la

    fuerza que se requerir para darle una aceleracin determinada.

    Segunda Ley de la aceleracin: la aceleracin (a) de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta

    que acta sobre l, y es inversamente proporcional a su masa (m). La direccin de la aceleracin ser en la

    direccin de la fuerza neta que acta sobre el objeto

    Tercera Ley de accin y reaccin: si dos objetos (A y B) interactan, la fuerza

    (FBA) ejercida por el objeto A sobre el objeto B es igual en magnitud y

    opuestas en direccin a la fuerza FAB ejercida por el objeto B sobre el A. La

    fuerza de accin tiene la misma magnitud que la fuerza de reaccin, pero en

    direcciones opuestas. Las fuerzas siempre se presentan en pares, no puede

    existir una fuerza aislada.

    Tipos de Fuerzas

    Peso (P): es la magnitud de la fuerza gravitatoria, la cual se define

    como la fuerza de atraccin ejercida por la tierra sobre un cuerpo. Si se

    aplica la segunda ley de Newton a un cuerpo (m) que cae a causa de la

    gravedad, y por lo cual adquiere la aceleracin de gravedad (g= 9,8

    m/s2), FG.

    Fuerza normal (N): siempre es perpendicular a la superficie en que se apoya el objeto, y es una reaccin a la

    fuerza que el objeto aplica sobre la superficie de apoyo. La mesa ejerce sobre el libro una fuerza hacia arriba

    (N), la cual impide que el libro caiga.

    Fuerza de roce: si un objeto est en movimiento interactuar con su

    entorno, esta interaccin se traduce en una resistencia al movimiento

    del objeto conocida como fuerza de roce o fuerza de friccin. La fuerza

    de roce se genera a partir de la naturaleza de las superficies en

    contacto, debido a la rugosidad de ambas. La fuerza de roce sobre un

    objeto es opuesta a su movimiento, respecto a la superficie.

  • 12

    Cada vez que se quiere sacar un cuerpo del reposo, existe una fuerza de roce esttico. La fuerza de roce

    dinmico o cintico acta solo cuando el cuerpo se encuentra en movimiento.

    Qu sera del mundo sin friccin?: La friccin es un fenmeno de mucha importancia en la vida del ser humano por su intervencin en toda clase de movimientos. Produce calor: Cuando frotamos las manos, ocurre una friccin por deslizamiento que provoca calor; esta es

    una caracterstica de la friccin. Como ejemplo tenemos los fsforos.

    Disminuye la velocidad: Los paracadas nos sirven de frenos; nos ayudan a frenar nuestro movimiento

    descendente. De igual manera, debido a la fuerza de roce los vehculos y bicicletas pueden detenerse.

    Permite pulir superficies: Cuando dos superficies se encuentran en contacto una sobre otra, se produce un

    desgaste, ventaja que se utiliza para pulir o lijar.

    Nos ayuda a movilizarnos: La friccin es la resistencia al deslizamiento que se produce entre dos cuerpos en

    contacto. Gracias a esa particularidad, podemos andar o detenernos. Andamos debido a que la friccin nos

    permite apoyarnos sobre el suelo. Sin ella sera como querer caminar sobre el aire si estuvisemos colgados

    de una cuerda. Sin friccin cualquier movimiento sera eterno.

    Nos ayuda a recoger objetos: El roce que hay entre nuestra piel y la superficie de los objetos permite que

    podamos tomarlos, sin que resbalen.

    Energa Potencial: Es la energa asociada con las fuerzas que dependen de la

    posicin o configuracin de un objeto en relacin con su entorno.

    Energa potencial gravitatoria: es la energa que tiene un objeto en virtud de su

    posicin en relacin a la Tierra. Es el producto del peso del objeto (mg) y su

    altura.

    Energa potencial elstica: es la energa asociada con los materiales elsticos.

    Actividades

    Ejercicios

    1. Una fuerza le proporciona a la masa de 2,5 Kg. una aceleracin de 1,2 m/s2. Calcular la magnitud de dicha

    fuerza en Newton.

    2. Qu aceleracin adquirir un cuerpo de 5 Kg. cuando sobre l acta una fuerza de 200N?

    3. Halla la aceleracin que experimenta un bloque de 0,5 g de masa apoyado en una superficie horizontal

    que lo frena con una fuerza de 3 N al aplicarle una fuerza de 9N.

    4. Un cuerpo cae porque la Tierra ejerce una fuerza de atraccin sobre l. Segn el principio de la accin-

    reaccin, el cuerpo ejerce una fuerza igual y de sentido contrario sobre la Tierra. Por qu no observamos

    entonces la Tierra movindose hacia el cuerpo?

    5. En los extremos de una barra de 15 m de longitud se aplican dos fuerzas paralelas de 40 y 60 N. calcula su

    magnitud (fuerza neta) si a) tienen el mismo sentido y b) tienen sentidos contrarios.

  • 13

    6. Una persona empuja un mueble de 30 kg sobre una superficie. Calcule el valor de la fuerza que aplica la

    persona en cada uno de los siguientes casos: a) La superficie es horizontal, el roce es despreciable y la

    direccin de la fuerza aplicada es horizontal de tal forma que el mueble acelera a 0,5 m/s2. b) La aceleracin

    es de 2 m/s2. c) La aceleracin es de 3 m/s2, pero se ve afectada por la fuerza de roce que equivale a 30N

    Cul ser su fuerza final? d) Interpreta cada uno de los resultados.

    7. Calcula la energa potencial que posee un libro de 0,5 kg de masa que est colocado sobre una mesa de 80

    centmetros de altura.

    8. Calcula la energa potencial gravitatoria de un cuerpo de 30 kg de masa que se encuentra a una altura de

    20 m.

    9. Una pesa de 20 kg se levanta hasta una altura de 12m y despus se suelta en una cada libre. Cul es su

    energa potencial?

    10. Representa los siguientes vectores (magnitud y direccin): 3N sur, 4N norte, 10 N sureste, el resultado de

    5N este y 6N oeste, 1N noreste, el resultado de 20N oeste y 10N oeste, 6N suroeste.

    11. Escribe en la siguiente tabla los enunciados y las principales caractersticas de los principios de Newton.

    Adems describe algn ejemplo o situacin donde puede apreciarse cada uno de ellos.

    Ley de Inercia Ley de Aceleracin Ley de Accin y Reaccin

    12. De qu manera se relaciona el movimiento rectilneo uniforme con el principio de inercia?

    13. Qu diferencia existe entre rozamiento cintico y rozamiento esttico?

    14. Por qu podemos caminar con ms facilidad sobre una calle de asfalto que sobre una pista de hielo?

    15. En toda interaccin est presente el par de fuerzas accin y reaccin. Siendo ambas fuerzas de igual

    magnitud y de sentido contrario, se anularn ambas fuerzas?, por qu?

    16. Qu caractersticas deben presentar las fuerzas que actan sobre un cuerpo que viaja con un MRU?

  • 14

    W F x D

    Unidad 3: Energa Mecnica y Calor

    El concepto de energa ha sido fundamental para explicar diversas situaciones en la naturaleza, por ejemplo:

    la formacin de las olas, las consecuencias de un sismo. Tambin se usa frecuentemente la idea de energa

    asociada a la actividad humana, piensa en la energa que tienes en la maana y la que tienes antes de

    acostarte, pareciera que te has agotado y requieres descansar para recomponer esa energa utilizada en tus

    actividades diarias. Tambin en el campo de la tecnologa, los aparatos requieren energa para su

    funcionamiento; piensa en el consumo de energa que se ve reflejado en la cuenta de luz de tu casa, o el de

    una ciudad. La energa es una propiedad que se relaciona con los cambios o procesos de transformacin en la

    naturaleza. Sin energa ningn proceso fsico, qumico o biolgico sera posible. La forma de energa asociada

    a las transformaciones de tipo mecnico se denomina energa mecnica y su transferencia de un cuerpo a

    otro recibe el nombre de trabajo.

    El concepto cientfico de energa fue propuesto por el fsico Thomas Young (1773-

    1829) en 1807, quien lo defini como la propiedad que tienen los cuerpos para

    transformarse o ser transformados. A pesar de que no es fcil establecer con precisin

    lo que significa el trmino energa, actualmente se define como: la capacidad de un

    cuerpo o un sistema para realizar un trabajo que le permite producir cambios en l

    mismo o en otros cuerpos.

    Mientras que el trmino trabajo en ciencias se asocia con el desplazamiento de un

    objeto cuando acta sobre l una fuerza en la direccin de dicho desplazamiento. Por

    tanto, cuando un cuerpo realiza trabajo sobre otro tambin le transfiere energa. De

    esta manera, la energa se relaciona estrechamente con el trabajo, ya que todo cuerpo

    que est en capacidad de realizar trabajo usa energa de acuerdo con sus condiciones,

    funcionamiento o utilidad. Dado que la energa se puede transformar en el trabajo realizado por un objeto,

    esta se mide en las mismas unidades, es decir, en joules (J).

    Trabajo mecnico (W)

    El esfuerzo para mover un cuerpo no depende solo de la fuerza, sino que tambin

    depende de la distancia a la que deseamos mover un cuerpo. A la relacin entre la

    fuerza aplicada y el desplazamiento y, en particular, a su producto, lo llamaremos trabajo mecnico.

    Mientras mayor sea la fuerza aplicada y/o el desplazamiento logrado, mayor ser tambin el trabajo

    realizado. El trabajo es una magnitud escalar y su unidad en SI es el joule (J). Es importante tener presente

    que el trabajo se realiza siempre sobre algn cuerpo.

    Potencia y rapidez

    El concepto de potencia se puede interpretar como la rapidez con que se realiza un trabajo. Esto lo podemos

    deducir a partir de las expresiones de trabajo y potencia: Vemos que el trabajo tambin se puede calcular

    como el producto de la fuerza neta que acta sobre un cuerpo y la rapidez con que se realiza el trabajo.

    Algunos ejemplos de trabajo mecnico y potencia: Baile. Cuando un bailarn levanta a su compaera realiza

    trabajo. Sin embargo, cuando la sostiene con sus brazos a cierta altura, no realiza trabajo, ya que no hay

    desplazamiento en la direccin vertical.

    Potencia de un motor de un ascensor. La fuerza ejercida por el motor es igual al peso total, ya que el

    ascensor sube con velocidad constante. Entonces, su potencia se calcula considerando el trabajo que realiza

    con dicha fuerza y el tiempo que emplea.

  • 15

    Autos de carrera. La potencia mecnica en los autos de carrera se manifiesta cuando estos alcanzan una gran

    velocidad en un corto tiempo; estos pueden realizar un gran trabajo mecnico en un

    tiempo muy pequeo.

    Satlites. La fuerza de gravedad es la que mantiene a los satlites orbitando alrededor de

    la Tierra, esta fuerza al apuntar al centro del cuerpo celeste, no coincide con la direccin

    del desplazamiento, sino que en cada momento son perpendiculares. Por lo tanto, los

    satlites al moverse, lo hacen con rapidez constante y sin realizar trabajo.

    Energa

    La energa es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual stos pueden

    transformarse modificando su situacin o estado, as como actuar sobre otros originando en ellos procesos

    de transformacin. Sin energa, ningn proceso fsico, qumico o biolgico sera posible. Dicho en otros

    trminos, todos los cambios materiales estn asociados con una cierta cantidad de energa que se pone en

    juego, se cede o se recibe.

    Las sociedades industrializadas que se caracterizan precisamente por su intensa actividad transformadora de

    los productos naturales, de las materias primas y de sus derivados, requieren para ello grandes cantidades de

    energa, por lo que su costo y su disponibilidad constituyen cuestiones esenciales.

    Transformacin y conservacin de la energa

    La energa se puede presentar en formas diferentes; es decir, puede estar asociada a cambios materiales de

    diferente naturaleza. As, se habla de energa qumica cuando la transformacin afecta a la composicin de

    las sustancias, de energa trmica cuando la

    transformacin est asociada a fenmenos

    calorficos, de energa nuclear cuando los cambios

    afectan a la composicin de los ncleos atmicos,

    de energa luminosa cuando se trata de procesos

    en los que interviene la luz, etc.

    Los cambios que sufren los sistemas materiales

    llevan asociados, precisamente, transformaciones

    de una forma de energa en otra. Pero en todas

    ellas la energa se conserva; es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformacin. Esta

    segunda caracterstica de la energa constituye un principio fsico muy general fundado en los resultados de

    la observacin y la experimentacin cientfica, que se conoce como principio de conservacin de la energa.

    La degradacin de la energa

    La experiencia demuestra que conforme la energa va siendo utilizada para

    promover cambios en la materia va perdiendo capacidad para ser empleada

    nuevamente. El principio de la conservacin de la energa hace referencia a la

    cantidad, pero no a la calidad de la energa, la cual est relacionada con la

    posibilidad de ser utilizada. As, una cantidad de energa concentrada en un

    sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se

    halle dispersa.

    Todas las transformaciones energticas asociadas a cambios materiales,

    acaban antes o despus en energa trmica; sta es una forma de energa muy repartida entre los distintos

  • 16

    componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es peor. Este proceso de prdida

    progresiva de calidad se conoce como degradacin de la energa y constituye otra de las caractersticas de

    esta magnitud o atributo que han identificado los fsicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y

    de sus transformaciones.

    La energa mecnica

    De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que interesan a la mecnica son los

    asociados a la posicin y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinmica de

    Newton, el estado mecnico de un cuerpo, de modo que ste puede cambiar porque cambie su posicin o

    porque cambie su velocidad. La forma de energa asociada a los cambios en el estado mecnico de un cuerpo

    o de una partcula material recibe el nombre de energa mecnica.

    La energa mecnica involucra dos tipos de energa, segn el estado o condicin en que se encuentre el

    cuerpo.

    Energa potencial: es la energa que tienen los cuerpos que estn en

    reposo y depende de la posicin del cuerpo en el espacio: a mayor

    altura, mayor ser su energa potencial. Por ejemplo, una roca que

    est en la punta de un cerro posee energa potencial.

    Tambin poseen esta forma de energa un macetero que est en el

    balcn de un edificio, un cuadro colgado en la pared, etctera.

    Energa cintica: es la que posee todo cuerpo en movimiento. Por

    ejemplo, cuando se lanza una pelota, esta adquiere energa cintica.

    Tambin poseen esta forma de energa una persona cuando corre, una cascada, un automvil en marcha,

    etctera.

    Relacin: Existe relacin entre la energa cintica y potencial, ya que cuando un cuerpo est en reposo, su

    energa cintica es cero y la potencial es mxima. Esto significa que la energa potencial se puede transformar

    en cintica. Por ejemplo, la roca que est en la cima de un cerro posee energa potencial, pero si esta se

    desliza por la ladera del cerro, se transforma en energa cintica.

    Calor

    El calor es una cantidad de energa y es una expresin del movimiento de las

    molculas que componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un cuerpo se

    produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos ms

    fros poseen algo de calor porque sus tomos se estn moviendo.

    Temperatura: La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no

    la cantidad de calor que este contiene o puede rendir). La temperatura est

    dada por el sentido del tacto. Probablemente si tocas un trozo de metal y de

    madera, sentirs el metal ms fro que la madera, aunque ambos se

    encuentren en el mismo ambiente y a la misma temperatura. Al igual que en

    este ejemplo, en la vida cotidiana es usual asociar la temperatura de un cuerpo con la sensacin trmica; es

    decir, la sensacin de fro o caliente. Estas dos expresiones son conceptos relativos, que pueden inducir a

    equivocaciones, ya que cada persona, de acuerdo a su percepcin, puede interpretar la temperatura de

    forma diferente. El concepto de temperatura es una propiedad que est asociada al grado de agitacin de

    las molculas que componen un cuerpo.

  • 17

    Diferencias entre calor y temperatura

    Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor

    y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es as. El calor y la temperatura estn relacionadas entre

    s, pero son conceptos diferentes. Como ya dijimos, el calor es la energa total del movimiento molecular en

    un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energa. El calor depende de la velocidad de

    las partculas, de su nmero, de su tamao y de su tipo. La temperatura no depende del tamao, ni del

    nmero ni del tipo. Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamao, la

    temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100 C, pero el que tiene ms agua posee mayor cantidad

    de calor. El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si aadimos calor, la temperatura

    aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. La temperatura no es energa sino una medida de

    ella; sin embargo, el calor s es energa.

    Escalas termomtricas

    Si bien los termmetros nos permiten registrar la temperatura, para que su valor tenga un sentido fsico se

    debe utilizar una escala de medida. Para nosotros, la escala ms comn es la escala Celsius, con la cual se

    mide, por ejemplo, tu temperatura para ver si tienes fiebre, o la temperatura ambiental para los informes del

    tiempo. Pero a esta tambin se le suman otras escalas de medicin, las que vers a continuacin.

    Escala Celsius: la escala Celsius es la que comnmente utilizamos para medir la temperatura

    corporal y del ambiente. Esta escala fue creada en 1742 por el fsico y astrnomo sueco Anders

    Celsius (1701-1744). Los puntos de referencia empleados para crear esta escala fueron los de

    fusin del hielo y de ebullicin del agua. El punto de fusin (o congelacin del agua, ya que

    ocurren a igual temperatura) corresponde al 0 y el de ebullicin, al valor 100.

    Escala Kelvin: la escala termomtrica que utiliza el Sistema Internacional de Unidades es la

    escala Kelvin. Esta escala fue creada por el fsico y matemtico britnico lord Kelvin en 1848. Al

    crear esta escala, Kelvin fij un solo punto, que es el cero, y el tamao de una divisin lo toma

    de la escala Celsius; entonces, cuando la temperatura del ambiente aumenta en un grado

    Celsius, se incrementar tambin en Kelvin. La relacin entre ambas escalas est dada

    aproximadamente por: T(K) = T(C) + 273,15.

    Escala Fahrenheit: en algunos pases, como Estados Unidos, utilizan preferentemente la escala

    Fahrenheit, creada por el fsico alemn Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Los puntos de

    referencia que utiliz dicho fsico para crear esta escala son diferentes a los empleados por

    Celsius. Fahrenheit, buscando una sustancia que se congelara a la temperatura ms baja

    posible, us una solucin de agua con cloruro de amonio, asignando el 0 al punto de

    congelacin de dicha solucin. As, finalmente, la temperatura de congelacin del agua (0 C) es

    de 32 F y la temperatura de ebullicin del agua (100 C) es de 212 F.

    Equilibrio trmico entre los cuerpos

    Diremos que existe contacto trmico cuando dos o ms cuerpos, con distinta temperatura, transfieren entre

    s parte de su energa, sin importar si estn o no en contacto directo. Si luego de un tiempo estos cuerpos

    dejan de absorber y ceder energa trmica entre s, diremos que ambos se encuentran en equilibrio trmico

    y, por lo tanto, alcanzaron la misma temperatura.

    La direccin de transferencia de energa trmica entre los cuerpos es siempre desde el ms caliente al ms

    fro. Esta transferencia de energa ocurre siempre que exista una diferencia de temperatura entre los

  • 18

    cuerpos. A este concepto es lo que llamaremos calor y lo definiremos de la siguiente forma: El calor es la

    energa total transferida entre los cuerpos debido a una diferencia de temperatura.

    Formas en que se transfiere el calor entre los cuerpos y al entorno

    Conveccin: la conveccin es un mecanismo de transferencia de energa que se da principalmente en fluidos

    (lquidos y gases), adems de algunos slidos en situaciones especiales de altas temperaturas y presin,

    como son las rocas en el manto al interior de la Tierra. Por ejemplo la masa de agua dentro de la tetera.

    Cuando esta aumenta su temperatura, las partculas comienzan a ocupar ms espacio, disminuyendo su

    densidad. Al ocurrir esto, las masas de agua ms fras y con mayor densidad descienden y las ms calientes

    suben. A este movimiento rotatorio de masas del fluido se le llama corriente convectiva.

    Conduccin: la conductividad trmica es una propiedad de

    los materiales que depende de la libertad que tienen los

    electrones para moverse dentro del material. Los buenos

    conductores trmicos, como los metales, poseen en sus

    tomos electrones que se liberan con facilidad para

    conducir la energa. Los malos conductores, como la lana,

    la madera, la paja, el papel, el corcho, etc., tienen sus

    electrones ms fijos, en los extremos de los tomos. A

    estos materiales se les conoce como aislantes trmicos.

    Radiacin: todos los cuerpos con temperaturas sobre el

    cero absoluto emiten calor hacia el entorno en forma de radiacin infrarroja. La frecuencia de esta radiacin

    depende esencialmente de la temperatura del cuerpo; por ejemplo, las personas poseen cierta temperatura

    corporal y emiten ondas en el infrarrojo. La emisin de calor por radiacin es la nica forma de transferencia

    que existe en la cual los cuerpos no necesariamente necesitan estar en contacto. El calor emitido en forma

    de ondas electromagnticas puede viajar por el vaco y llegar a nuestra piel como ocurre cada da con la luz

    del Sol, que debe viajar 150 millones de kilmetros por el espacio casi vaco.

    Cambios de estado de la materia

    La materia en la naturaleza se presenta en diferentes estados dependiendo de las condiciones de presin y

    temperatura en que se encuentre. Los estados ms conocidos son el slido, el lquido y el gaseoso; sin

    embargo, existen otros que no son usualmente observables debido a las condiciones extremas de presin y

    temperatura que se requieren para su manifestacin. Por ejemplo, en el estado de plasma, la alta

    temperatura y presin permiten que los tomos formen iones, como en el interior de estrellas a altas

    temperaturas. Por otra parte, bajas temperaturas y condiciones especiales de presin permiten la formacin

    de un estado de condensacin, llamado condensado de Bose-Einstein, donde los tomos disminuyen su

    energa interna, forman iones y se agrupan. En esta seccin nos dedicaremos al estudio de los cambios de los

    estados slido, lquido y gaseoso.

    Todo cambio de estado se rige por dos leyes fundamentales:

    1 Ley: Toda sustancia que cambia de estado lo hace a temperatura constante (punto de transformacin)

    durante el cambio de estado.

    2 Ley: Toda sustancia en su punto de transformacin absorbe o cede calor por cada unidad de masa de la

    sustancia; este calor se llama calor de transformacin.

  • 19

    Vaporizacin: corresponde a la transformacin desde

    el estado lquido al estado gaseoso. En este proceso

    es necesario que el lquido absorba calor para realizar

    el cambio de estado. La cantidad de calor que se

    requiere para esta transformacin se conoce como

    calor de vaporizacin. Esta puede ocurrir por

    evaporacin o ebullicin; en la primera, el cambio de

    estado se manifiesta en la superficie de los lquidos, y

    en la segunda, se desarrolla en toda la masa de lquido.

    Condensacin: corresponde a la transformacin desde

    el estado gaseoso al estado lquido; es el proceso

    inverso de la vaporizacin. En el caso de la

    condensacin, la masa de vapor cede calor al ambiente para realizar la transformacin de estado.

    Fusin: es el paso del estado slido al estado lquido. No todas las sustancias se funden del mismo modo o a

    la misma temperatura. Algunas presentan un punto de fusin fijo; por ejemplo, el hielo. En cambio, existen

    otras cuya estructura molecular irregular impide la distincin de un punto exacto de transicin entre el

    estado slido y el lquido; por ejemplo, el vidrio o la cera. Los slidos a la temperatura o punto de fusin

    absorben una cantidad de calor llamada calor de fusin, que representa la energa necesaria para fundir un

    gramo de sustancia.

    Solidificacin: es la transformacin inversa a la fusin, es decir, desde el estado lquido al slido. El calor de

    solidificacin es el calor cedido por la sustancia en estado lquido para pasar a slido. En el proceso de

    solidificacin, el lquido permanece a una temperatura constante (punto de solidificacin) y todo el calor

    cedido permite el cambio de lquido a slido. El calor de fusin coincide con el de solidificacin; sin embargo,

    el calor de fusin es calor absorbido por la sustancia y el de solidificacin es calor cedido por ella.

    Actividades

    Ejercicios

    1. Qu es la energa? Por qu es importante en la vida cotidiana?

    2. Cules son los tipos de energa que existen? Define cada uno.

    3. Qu es la energa mecnica?

    4. Cmo se relaciona la energa cintica con la energa potencial?

    5. Diferencia entre temperatura y calor. Por qu no es lo mismo?

    6. Qu importancia tiene reconocer la potencia con la que una fuerza realiza un trabajo mecnico?

    7. Por qu te resultara ms fcil recibir una pelota de ftbol que una de bsquetbol, si ambas se mueven

    con la misma rapidez?

    8. Supn que una fuerza de 10 N acta sobre un cajn y lo desplaza 5 m. Podra una fuerza de 2 N

    (suponiendo que lo mueve) realizar el mismo trabajo que la de 10 N?, cul sera el desplazamiento?

  • 20

    9. Cul es el trabajo realizado por el peso de un gimnasta al trepar por una cuerda de 6 m de largo, si su

    masa es de 65 kg?

    10. Sobre un satlite que se encuentra a cierta altura acta la fuerza de gravedad, dicha fuerza permite que

    el satlite se mantenga en rbita alrededor de la Tierra. Con respecto a esta situacin, responde:

    a. Realiza algn trabajo la fuerza de gravedad en este caso? Explica. b. Qu tipo de energa posee el

    satlite que orbita la Tierra?

    11 La ropa cumple la funcin de aislarnos trmicamente del entorno. Explica qu procesos de transferencia

    del calor se dan entre tu cuerpo y el entorno.

    12. Nombra al menos tres situaciones cotidianas en las que el calor se transmita por conveccin.

    13. Frota fuertemente tus manos y acrcalas a las manos de otra persona sin tocarlas. Luego, intercambien

    roles. a. Percibes un cambio en tus manos despus de frotarlas? b. Qu cambios percibes cuando la otra

    persona acerca sus manos a las tuyas? c. Hay transferencia de calor en esta situacin?, qu mecanismos

    estn involucrados?

    14. En este momento, hay a tu alrededor muchas situaciones donde existe transferencia de calor. Identifica

    cuerpos u objetos que estn recibiendo calor por: a. conduccin. b. conveccin. c. radiacin.

    15. Si la temperatura promedio durante el mes de junio en la Base OHiggins, en la Antrtica, es -12 C, qu

    temperatura le corresponde en Kelvin)

    16. Por qu tomamos t en vasos trmicos y no en vidrio?

    17. Da dos ejemplos de transferencia del calor por conduccin, conveccin y radiacin.

    18. Dibuja un esquema del intercambio de energa en un vaso, a temperatura ambiente, que se llena con

    agua recin sacada del refrigerador.

    19. Durante un caluroso da de enero, en la ciudad de San Felipe se registraron 14,8 C de temperatura

    mnima y 33,4 C de temperatura mxima. Expresa el rango de variacin de temperatura en la escala Kelvin.

    20. Se desea publicitar las condiciones climticas de Isla de Pascua. Segn la Direccin Meteorolgica de

    Chile, la temperatura en los meses de verano sobrepasa los 23 C y en invierno alcanza los 18 C. Transforma

    a Kelvin las temperaturas de la isla.

    21. Cuando se condensa el vapor de agua, aumenta o disminuye la temperatura del aire a su alrededor?

    Explica.

    22. Por qu razn cuando sales de una piscina en un da caluroso sientes fro? Explica.

Popular Tags:
of 20/20
Martín Luther King Profesora: Yanssuy Lagües Pastén Adult School Ciencias Naturales/ Física C.E.I.A La Serena Módulo I: El Movimiento Introducción El presente módulo tiene como principal objetivo el que los y las estudiantes comprendan el movimiento de los cuerpos que ocurren en la naturaleza, y los principios y leyes que dan cuenta de dichos fenómenos. Entre los conceptos básicos que permiten una descripción adecuada de los movimientos están los de trayectoria, desplazamiento, tiempo, rapidez, velocidad y aceleración, cuya comprensión general se limitará a los aspectos cualitativos. Se conocerán las fórmulas elementales para calcular la velocidad media, la aceleración media y las relaciones entre desplazamiento, velocidad y aceleración, tanto para el caso del movimiento uniforme como del uniforme acelerado. En relación a los principios y leyes que gobiernan los movimientos los y las estudiantes identificarán los principios de Newton, la ley de conservación del momentum lineal, la ley de conservación del momentum angular y la ley de conservación de la energía mecánica. Para lograr esto será menester analizar primero los conceptos de fuerza, momentum lineal, momentum angular, trabajo mecánico, potencia y el de energía mecánica (cinética y potencial gravitatoria). De los conceptos señalados anteriormente posiblemente el que más debe ser profundizado es el de fuerza. Hay que destacar las formas en que se mide en situaciones estáticas (gracias a la deformación) y cómo se calcula en situaciones dinámicas, haciendo ver las distintas situaciones en que hay fuerzas presentes, destacando el caso de la fuerza de gravedad o peso, la fuerza normal y el caso del roce estático y cinético. Finalmente se analizan los conceptos de temperatura y calor. Unidades de Aprendizaje: Unidad 1: Caracterización del Movimiento Unidad 2: Fuerza y movimiento Unidad 3: Energía mecánica y Calor Aprendizajes Esperados: Al desarrollar este módulo se espera que los y las estudiantes: Describan movimientos cotidianos y los clasifiquen. Comprendan y apliquen los conceptos que describen el movimiento rectilíneo a la resolución de problemas simples. Comprendan que el movimiento es relativo. Empleen información gráfica para representar movimientos rectilíneos. Comprendan el modo en que caen los cuerpos en la superficie terrestre. Reconozcan las magnitudes que permiten describir el movimiento circunferencial uniforme y las empleen en situaciones diversas. Comprendan el concepto de fuerza y sus efectos estáticos y dinámicos. Reconozcan diversas fuerzas en el entorno y apliquen la relación entre fuerza, masa y aceleración. Analicen situaciones en que sobre un mismo cuerpo actúan dos fuerzas. Comprendan las características de los pares de fuerzas del tipo acción y reacción. Reconozcan las fuerzas de roce estático y cinético y los factores de los que dependen.
Embed Size (px)
Recommended