FÍSICA I - cobaeh.edu.mx · movimiento . Pr áctic a 3 ... una guía de observación para valorar...

CIENCIAS

EXPERIMENTALES FÍSICA I TERCER SEMESTRE

DIRECCIÓN ACADÉMICA

FÍSICA I Periodo 2014

CIENCIAS EXPERIMENTALES FÍSICA I TERCER SEMESTRE

INDI CE Pr esentac ión _______________________________ _____ 3

Reglam ento de labor ator io ________________________ 5

Justific ac ión __________ ___________________________ 6

Com petenc ias genér ic as _______ ___________________ 7

Com petenc ias disc iplinar es bás ic as __________ ______ 12

Bloque I . - Reconoce el lenguaje Técnico Básico de la Física .

Pr áctic a 1 “ La m edida perf ecta” _____________________ 13

Pr áctic a 2 “ Vec tor es c olínea les y conc urr entes” ________ 26

Boque II .- Identificas diferencias entre los distintos tipos de movimiento .

Pr áctic a 3 “ Movim iento r ectilíneo unifor m e y Uniform em ente 37

var iado ” __________________________

Pr áctic a 4 “T iem po de reacc ión y tiem po de vuelo” ___ ___ 54

Pr áctic a 5 “ Movim iento parabólic o” _______________ ___ 62

Pr áctic a 6 “ Movim iento c irc ular ” __________________ ___ 72

Boque III. - Comprendes el movimiento de los cuerpos a partir de las leyes de Newton .

Pr áctic a 7 “ Es tudio de la fricc ión” _________________ __ 80

Pr áctic a 8 “ Pr im er a y segunda le y de Newton” _______ __ 90

Bloque IV . - Relacionas el trabajo con la energía .

Pr áctic a 9 “T rabajo y ener gía” ____________________ __ 9

Bibliografía _______ ______________________________ 106

Anex os _______________________________________ _ 107

2


PRESEN T AC IÓ N El Colegio de Bachilleres del Estado de Hidalgo ha producido este manual de actividades experimentales como parte de las acciones para elevar la calidad académica de nuestra institución. Su finalidad es respaldar el aprendizaje de los estudiantes y apoyar el trabajo de los profesores en la asignatura de Física I. El manual el cual nos sirvió de base para la realización de este trabajo, fue elaborado en el semestre 2010-B, como producto de colegiado de las Reuniones de Academia con profesores de Física de los 24 planteles distribuidos en nuestro Estado. En dichas reuniones se han podido conjugar las experiencias de los docentes, cada vez más exitosas en materia de superación académica. El COBAEH reconoce el empeño que ha tenido, para la producción de este manual, la Academia de Física I en la realización de este importante trabajo. Ellos son: Actopan: Edgar Vigueras Moreno. Atotonilco de Tula: Eduardo Hernández Miranda. Cardonal: Mario Martínez Aguilar, Dulce Ma. Chávez Nube y Jerónimo Mendoza Clemente. Chilcuautla: Juan Antonio Hernández Ortiz

Cuautepec: Pedro Granillo Flores y Ezequiel Villar Luqueño. Emiliano Zapata: Abraham Rueda Torres

Francisco I. Madero: Francisco López Juárez y Jorge García Rocha. Nopala: Francisco J. Guerrero Ramírez San Agustín Tlaxiaca: Rosalía Trejo Arteaga, Mirna Gómez Ramos y Pedro Martínez Aguilar. Tasquillo: Alberto Marín Martínez. Tecozautla: Víctor Labra Trejo. Tenango de Doria: Artemio Estrada Lucas. Tepeapulco: Isabel R. Morán Cárdenas. Tlanchinol: Flora Silvia Mateo Montiel. Tolcayuca: José Martín Martínez Benito. Tula de Allende: Roberto Mendoza Gálvez. Zapotlán: Antonio Sosa Hurtado. Zempoala: Sergio Lot Fuentes Gálvez y Evodio Martínez Aguirre. Zimapán: José Paz Ramírez Alvarado. Dirección General: Luis Edmundo Aguilar Aranda.

La última revisión se realiza el día 13 de junio de 2014 en la instalaciones de Dirección General del Colegio de Bachilleres del Estado de Hidalgo (COBAEH), en ésta participan la M.C. Gudelia Munive Monroy del platel Tenango de Doria, Ing. Angélica María Callejas Lara del CEMSaD Xochicoatlán, Ing. Humberto Velasco Solís del plantel Mineral de la Reforma e Ing. Juan Adolfo Álvarez Martínez del plantel Francisco I. Madero. En esta ocasión se retoman las actividades experimentales del manual existente y se agregan a un l formato de práctica de acuerdo con la Reforma Integral de Educación Media Superior (RIEMS).

3


REGLAMENTO DE LABORATORIO

1. Uso obligatorio de la bata de laboratorio.

2. No introducir ni consumir ninguna clase de alimentos.

3. Mantener orden y disciplina.

4. Respetar las instalaciones como el equipo, en caso de no ser así el alumno tendrá que

responsabilizarse de los daños.

5. Antes de iniciar la sesión comunicar al docente si padece alguna enfermedad o alergia.

6. Al finalizar la sesión, las instalaciones como el material utilizado debe permanecer en

perfecto estado.

7. Cumplir las indicaciones del profesor y auxiliar de laboratorio en cada asignatura.

.

4


J U S T I F I C AC I Ó N

Este manual de actividades experimentales de la asignatura de Física I, corresponde al tercer semestre del área de formación básica. Contiene nueve prácticas relacionadas con los temas de: mediciones, vectores, movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente variado, caída libre, tiro vertical, movimiento parabólico, movimiento circular, fuerzas de fricción, leyes de Newton, trabajo y energía. De acuerdo a los requerimientos de la reforma curricular, cada práctica incluye también una guía de observación para valorar el desempeño de los alumnos en el laboratorio y una lista de cotejo para evaluar el reporte de la práctica.

El objetivo de cada actividad es propiciar que el alumno desarrolle sus habilidades y conocimientos que le ayuden a comprender los contenidos que propone el programa de estudios de la asignatura de Física I, además de generar en él, una cultura científica que enriquezca su formación integral y le permita valorar la relación de la Física con el desarrollo científico-tecnológico del mundo que lo rodea.

Es importante mencionar que éste manual se encuentra sujeto a críticas y aportaciones de los lectores, mismas que serán bien recibidas por la Academia de Ciencias Experimentales en la Dirección de correo electrónico [email protected], para su revisión en pro de mejorar, actualizar y enriquecer las actividades experimentales que aquí se proponen

COMPETENCIAS GENERICAS

1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.

Identifica sus emociones, las maneja de manera constructiva y reconoce la necesidad de solicitar apoyo ante una situación que lo rebase.

Elige alternativas y cursos de acción con base en criterios sustentados y en el marco de un proyecto de vida.

Analiza críticamente los factores que influyen en su toma de decisiones.

Asume las consecuencias de sus comportamientos y decisiones.

Administra los recursos disponibles teniendo en cuenta las restricciones para el logro de sus metas.

2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.

Valora el arte como manifestación de la belleza y expresión de ideas, sensaciones y emociones.

Experimenta el arte como un hecho histórico compartido que permite la comunicación entre individuos y culturas en el tiempo y el espacio, a la vez que desarrolla un sentido de identidad.

Participa en prácticas relacionadas con el arte.

3. Elige y practica estilos de vida saludables. Reconoce la actividad física como un medio para su desarrollo físico, mental y social.

5


Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y

conductas de riesgo.

Cultiva relaciones interpersonales que contribuyen a su desarrollo humano y el de quienes lo rodean.

4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas.

Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue.

Identifica las ideas clave en un texto o discurso oral e infiere conclusiones a partir de ellas.

Se comunica en una segunda lengua en situaciones cotidianas.

Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas.

5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus

pasos contribuye al alcance de un objetivo.

Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones.

Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.

Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez.

Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.

Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar

información.

6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros

puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas

de acuerdo a su relevancia y confiabilidad.

Evalúa argumentos y opiniones e identifica prejuicios y falacias.

Reconoce los propios prejuicios, modifica sus puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta.

Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética.

7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimiento.

Identifica las actividades que le resultan de menor y mayor interés y dificultad, reconociendo y controlando sus reacciones frente a retos y obstáculos.

Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana.

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un

curso de acción con pasos específicos.

Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

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9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el

mundo.

Privilegia el diálogo como mecanismo para la solución de conflictos.

Toma decisiones a fin de contribuir a la equidad, bienestar y desarrollo democrático de la sociedad.

Conoce sus derechos y obligaciones como mexicano y miembro de distintas comunidades e instituciones, y reconoce el valor de la participación como herramienta para ejercerlos.

Contribuye a alcanzar un equilibrio entre el interés y bienestar individual y el interés general de la sociedad.

Actúa de manera propositiva frente a fenómenos de la sociedad y se mantiene informado.

Advierte que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente.

10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias,

valores, ideas y prácticas sociales.

Reconoce que la diversidad tiene lugar en un espacio democrático de igualdad de dignidad y derechos de todas las personas, y rechaza toda forma de discriminación.

Dialoga y aprende de personas con distintos puntos de vista y tradiciones culturales mediante la ubicación de sus propias circunstancias en un contexto más amplio.

Asume que el respeto de las diferencias es el principio de integración y convivencia en los contextos local, nacional e internacional.

11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local,

nacional e internacional.

Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente.

Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazo con relación al ambiente.

COMPETENCIAS DISCIPLINARES BÁSICAS DEL CAMPO DE LAS

CIENCIAS EXPERIMENTALES

1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

7


6. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

7. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. 8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental

12. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. 13. Relaciona los niveles de organización Química, Biológica, Física y Ecológica de los seres vivos. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana

8


Bloque I: Reconoces el lenguaje técnico básico de la Física

1 La medida perfecta

Competencias genéricas 8.- Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. (atributos):

8.2.- Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras

personas de manera reflexiva.

Competencias 4.- Obtiene, registra y sistematiza la información para responder

disciplinares básicas: preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y

realizando experimentos pertinentes.

5.- Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o

experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones

DESEMPEÑOS DEL ESTUDIANTE AL CONCLUIR LA PRÁCTICA Utiliza de manera correcta los instrumentos usados en las mediciones mediante la

experimentación.

Determina de manera directa e indirecta el valor de algunas magnitudes físicas.

Determina de manera cuantitativa los errores de medición.

SABERES PREVIOS

La Física es la ciencia de la medición por excelencia, como la calificó el físico inglés Michael Faraday: “no podemos conocer un fenómeno físico, si no lo cuantificamos” - Magnitud: Son las características observables de un cuerpo o fenómeno, que se puede medir, por ejemplo: la longitud del salón de clases, el peso y el volumen de una piedra. - Medición: Comparar una magnitud física con otra magnitud de la misma especie llamada unidad de medida o patrón, por ejemplo: si medimos la longitud del una mesa con un metro que es una unidad de medida o patrón y la lectura es de 2.5 m, quiere decir que nuestra mesa es dos y media veces el tamaño del metro. - Errores en la Medición: Cuando efectuamos una medición de una magnitud podemos cometer errores, es decir obtener lecturas o valores diferentes al valor real o verdadero de la magnitud que estamos midiendo. La diferencia entre el valor que obtenemos al hacer una medición y el valor real o verdadero de la magnitud se llama error. Los errores que se cometen al medir no pueden eliminarse al 100%, pero si podemos reducirlos al mínimo posible, conociendo las causas que originan los errores en la medición. Estas causas podemos clasificarlas en dos clases: Los errores sistemáticos y los errores circunstanciales. Los errores sistemáticos son causados por aparatos de medición defectuosos o mal calibrados. Los errores circunstanciales se deben a diversos factores como pueden ser: el

9


operario, los efectos climáticos sobre los instrumentos de medición o bien al proceso, es decir, cómo se efectúa la medición. Cuantificación de los errores en la medición: Para valorar numéricamente los errores cometidos se puede calcular el error absoluto o desviación absoluta, el error relativo y el error porcentual con las siguientes fórmulas:

Valor promedio suma de todas las mediciones

Error absoluto (Ea )

valor medido valor promedio

número de mediciones realizada

Error relativo (Er ) Error absoluto

Error porcentual (Ep ) error relativo 100

Valor promedio

Métodos de medición: Cuando realizamos mediciones de diferentes magnitudes nos

encontramos que algunas de ellas podemos hacerlas directamente, como por ejemplo medir la

masa de un cuerpo utilizando la balanza. Sin embargo existen otras magnitudes que no pueden ser

medidas directamente, por lo mismo tenemos que utilizar fórmulas matemáticas o métodos

indirectos; por ejemplo medir el volumen de un prisma o la distancia de la tierra a la luna.

HIPÓTESIS

OBJETIVO:

MATERIAL Y EQUIPO

Cantidad Material o equipo

1 Caja de cartón

1 Balín, esfera o canica

1 Cilindro o trozo de tubo

10


1 Piedra pequeña

1 Probeta graduada 100 ml

1 Hilo

2 Reglas graduadas en cm (Uno calibrado correctamente

y otro incorrectamente) Puedes recortarlos del Anexo 1

de éste manual

1 Vernier

1 Flexómetro

Nota: Es conveniente que después de recortar las reglas graduadas del Anexo 1, los pegues en

cartulina o cartón para que queden más rígidos y te sea más fácil realizar tus mediciones.

DESEMPEÑO (APRENDIZAJE COLABORATIVO)

Experimento 1

1. Identificar las reglas graduadas como M1 y M2. 2. Medir alguna longitud determinada por tu profesor 5 veces con M1 y registra los dato en la

tabla 1. 3. Medir nuevamente la misma longitud 5 veces ahora con M2 y registra los dato en la tabla 2. 4. Medirla 5 veces más con el flexómetro y registra los dato en la tabla 3. 5. Calcula el valor promedio y el error absoluto, y porcentual de cada una de las mediciones.

Tabla 1: Mediciones de M1

Número de

Valor obtenido

Error absoluto

Error relativo

Error porcentual

medición

en cm Ea Er Ep

L1

L2

L3

L4

L5

11


Valor promedio = _____________

Tabla 2: Mediciones de M2

Número de

Valor obtenido

Error absoluto

Error relativo

Error porcentual

medición

en cm

Ea

Er

Ep

L1

L2

L3

L4

L5


Tabla 3: Mediciones con el Flexómetro.

Número de Valor obtenido Error absoluto Error relativo Error porcentual

medición

en cm

Ea

Er

Ep

L1

L2

L3

L4

L5


EXPERIMENTO 2

1. Medir las dimensiones de los cuerpos geométricos regulares con un vernier y regístralas. 2. Con base en ellas calcular sus áreas y volúmenes.

12


PRISMA RECTANGULAR:

c Dimensiones en mm

a = ____________

b = ____________

c = ____________

Área en mm2 ___________ Volumen en mm

3

________________

ESFERA

Dimensiones en mm

d = ____________

r = ____________

Área en mm2 ______________

Volumen en mm3 __________

CILINDRO Dimensiones en mm

d = ____________

h = ____________

Área en mm2 ______________

Volumen en mm3 ______________

a

b

d

h

d

3.- Calcula el volumen de una piedra (cuerpo irregular), utilizando la probeta graduada llenándola

con suficiente agua para cubrir la piedra, lo que indicaremos como V1, después introduce la piedra

y lee el nuevo nivel de volumen del agua, lo que indicaremos como V2. El volumen de la piedra es la diferencia entre los dos volúmenes.

13


PIEDRA Lecturas de probeta

V1 = ___________ Volumen de la piedra en ml_______________

V2 = ___________

Conclusiones

1. ¿Por qué no podemos obtener el valor exacto de una magnitud, al hacer una medición? 2. ¿Qué nombre recibe la diferencia que hay entre el valor promedio de varias mediciones y los

valores individuales obtenidos?

3. ¿Cómo podemos minimizar los errores de medición? 4. ¿Cómo podemos determinar que se han cometidos errores sistemáticos y/o circunstanciales

de medición?

5. ¿Por qué recurrimos a métodos indirectos, para medir ciertas magnitudes? 6. ¿Por qué es importante identificar y cuantificar los errores de medición?

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REPRESENTACIONES GRÁFICAS

OBSERVACIONES

Cuestionario del experimento 1

1. ¿Son iguales los valores promedios de M1, M2 y el Flexómetro? Si, no ¿por qué?

2. Con base en los resultados obtenidos puedes determinar, ¿cuál es la regla graduada

defectuosa? Si, no, ¿por qué?

3. ¿Qué clase de error se cometió al medir con la regla graduada defectuosa?

4. Si al realizar las cinco mediciones con la regla graduada defectuosa M1, se observa que éstas

son diferentes entre si, ¿a qué clase de error se debe esta diferencia?

5. Menciona las causas por las cuáles, los valores fueron diferentes entre sí.


1. ¿Qué método empleaste para medir las dimensiones de los cuerpos geométricos regulares?

2. ¿Qué método empleaste pare medir las áreas de los cuerpos geométricos regulares?

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3. ¿Qué método empleaste para medir los volúmenes de los cuerpos geométricos regulares?

4. ¿Qué método empleaste para medir el volumen de la piedra?

5. ¿Puedes utilizar otro método para calcular las áreas de los cuerpos que se midieron? si, no

¿por qué y cuál?

CONCLUSIONES

1.- ¿Por qué no podemos obtener el valor exacto de una magnitud, al hacer una medición?

2.- ¿Qué nombre recibe la diferencia que hay entre el valor promedio de varias mediciones y los

valores individuales obtenidos?

3.- ¿Cómo podemos minimizar los errores de medición?

4.- ¿Cómo podemos determinar que se han cometidos errores sistemáticos y/o circunstanciales de

medición?

5.- ¿Por qué recurrimos a métodos indirectos, para medir ciertas magnitudes?

6.- ¿Por qué es importante identificar y cuantificar los errores de medición?

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GUIA DE OBSERVACIÓN

Nombre de la práctica: _____________________________________

Nombre del docente: ______________________________________

Nombre del alumno: ______________________________________

INSTRUCCIONES: Marca con una X el registro de cumplimiento correspondiente.

No Acciones a Evaluar Registro Ponderaci Calificació

ón n

SI NO NA

1 Porta correctamente la bata en el

transcurso de la práctica.

2 Sepresentapuntualmente al

laboratorio.

3 Usa vale para solicitar material.

4 Cumple con el material solicitado.

5 Respeta las normas de seguridad del

laboratorio.

6 Participa activamente en el

desarrollo de la práctica.

7 Comenta sus dudas durante el

desarrollo de la práctica.

8 Discute y concluye sus resultados de

la práctica correctamente

9 Comparte sus experiencias en el

equipo.

10 Guarda los materiales al término de

la práctica.

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LISTA DE COTEJO





Registro

Ponderaci Calificació

No

Acciones a Evaluar

ón n

SI NO NA

1 El reporte presenta limpieza.

2 El reporte se entregó

puntualmente.

3 La portada contiene los datos

pertinentes.

4 La hipótesis se basa en una

variable experimental y una

predicción.

5 Los cuadros fueron completados

de acuerdo a las observaciones.

6 Los esquemas son claros y

acordes al desarrollo experimental

7 El cuestionario se encuentra

completo.

8 Las conclusiones están

relacionadas con el tema.

9 La bibliografía citada es la correcta.

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Bloque I: Reconoces el lenguaje técnico básico de la Física

2 Vectores colineales y concurrentes.









DESEMPEÑOS DEL ESTUDIANTE AL CONCLUIR LA PRÁCTICA

Identifica físicamente el vector resultante y equilibrante en un sistema de vectores colineales.

Obtiene el vector resultante de un sistema de vectores por el método gráfico.

Observa como varía el módulo y el ángulo del vector resultante y equilibrante al variar el módulo de 2 vectores concurrentes.

SABERES PREVIOS

Para definir las magnitudes escalares sólo se requiere la cantidad expresada en números y el nombre de la unidad de medida, ejemplos: longitud, masa y volumen. Las magnitudes vectoriales son aquellas en las que para ser definidas, además de la cantidad expresada en números y el nombre de la unidad, necesitan que se señale la dirección y el sentido. Ejemplos: desplazamiento, velocidad, aceleración y fuerza. Se tiene un sistema de vectores colineales cuando dos o más vectores se encuentran en la misma dirección o línea de acción. Un vector colineal será positivo si su sentido es hacia la derecha o hacia arriba, y negativo si su sentido es hacia la izquierda o hacia abajo.

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Un sistema de vectores es concurrente, cuando la dirección o línea de acción de los vectores se cruza en algún punto, llamado punto de aplicación de los vectores. La resultante de un sistema de vectores es aquel vector que produce el mismo efecto de los demás vectores del sistema. El vector capaz de equilibrar un sistema de vectores recibe el nombre de equilibrante.

HIPÓTESIS

MATERIAL Y EQUIPO


3 Dinamómetros

1 Regla graduada

1 Transportador

1 Argolla (Puede ser un anillo o rondana)

3 Trozos de cordón

3 Hojas de papel o cartulinas

1 Tabla circular de 60 cm de diámetro, graduada de 10 en 10

grados en el borde exterior ( Si no se cuenta con ella,

hacerlo en cartulina o cartoncillo y fijarla a la mesa)


20



Experimento 1

1.- Coloque la cartulina sobre la mesa de trabajo, dibuje una circunferencia en su centro y coloque

en ese punto la argolla.

2.- Coloque dos dinamómetros en sentidos opuestos. 3.- Pide a un compañero que sujete uno de los extremos del dinamómetro y tira del otro extremo evitando mover la argolla.

4.- Para cuantificar el valor de las fuerzas, registra las lecturas de los dinamómetros en la tabla 1.

Tabla 1

Número de

Dinamómetro A

Dinamómetro B

Observaciones

Lectura (N)

(N)

1

2

3

4

5

5.- Aumenta la fuerza con la que jalas los cordones hasta volver a centrar la argolla. Registra las

lecturas de los dinamómetros en la tabla 1. Repite el proceso tres veces más y registra tus datos

en la tabla 1.

21


Experimento 2

1. En una cartulina dibuja un plano cartesiano e indica un sistema de vectores concurrentes A = 5N y B = 8N, utilizando una escala adecuada, como se muestra en la figura, formando un ángulo entre los vectores de 45º. Obtén la resultante del sistema por el método analítico.

α

β

Resultante __________N

<β ____º

Experimento 3 1.-Con ayuda de dos compañeros, coloca los dinamómetros A y B en las marcas y el C sobre el tercer cuadrante como lo hiciste en el experimento anterior, cada uno tire de un extremo de los cordones, de tal manera que la argolla no se mueva del origen, procurando que entre dos dinamómetros quede formando un ángulo de 45° y aplicando la fuerza indicada. Registra la lectura de cada dinamómetro en la tabla 2 y dibuja el vector C sobre la cartulina, cuando el sistema quede en equilibrio. * recuerda que 1Kgf = 9.8N Tabla 2

Ángulo Dinamómetro A Dinamómetro B Dinamómetro C Observaciones

entre A y B (N) (N) (N) Ángulo

45°

60°

90°

120°

22


2. Varía el ángulo del dinamómetro B, manteniendo el A sobre el eje horizontal, como se indica

en la tabla 2

OBSERVACIONES

CUESTIONARIO


1. Representa el sistema realizado con un diagrama vectorial

2. ¿Qué nombre recibe el sistema de fuerzas que construiste?

3. ¿Cómo lograste que la argolla no se moviera?


1. Representa el sistema realizado con un diagrama vectorial

23


2. ¿Qué nombre recibe el sistema de fuerzas que construiste?

3. ¿Cómo es la magnitud del vector C comparada con la magnitud de la resultante?

4. ¿Cómo es el ángulo β de la resultante comparado con el ángulo de C?

5. ¿Cómo es el sentido de la resultante comparado con el vector C?

6. ¿Qué sistema de vectores forman la Resultante y el vector C?

7. ¿Al aumentar el ángulo entre A y B que sucede con el ángulo y magnitud de C?

8. ¿Cómo se llama el vector C, equilibrante o resultante?

9. ¿Sí tuvieras que sumar los vectores A, B y C del experimento 2, qué resultado te daría?

10.- ¿El vector A puede actuar como una fuerza equilibrante de las fuerzas B y C?

CONCLUSIONES

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GUIA DE OBSERVACIÓN Nombre de la práctica: _____________________________________




No Acciones a Evaluar Registro

Ponderación Calificación

SI NO NA

1 Porta correctamente la bata en el transcurso

de la práctica.

2 Se presenta puntualmente al laboratorio.




laboratorio.

6 Participa activamente en el desarrollo de la

práctica.

7 Comenta sus dudas durante el desarrollo de

la práctica.

8 Discute y concluye sus resultados de la

práctica correctamente

9 Comparte sus experiencias en el equipo.

10 Guarda los materiales al término de la

práctica.

25


LISTA DE COTEJO Nombre de la práctica: _____________________________________




No Acciones a Evaluar Registro Ponderación Calificación

SI NO NA


2 El reporte se entregó puntualmente.

3 La portada contiene los datos pertinentes.

4 La hipótesis se basa en una variable

experimental y una predicción.

5 Los cuadros fueron completados de

acuerdo a las observaciones.

6 Los esquemas son claros y acordes al

desarrollo experimental

7 El cuestionario se encuentra completo.

8 Las conclusiones están relacionadas con

el tema.


26


3

Competencias genéricas

(atributos):

Competencias

disciplinares básicas:

Bloque II: Identificas diferencias entre los distintos tipos de

movimiento

Movimiento rectilíneo y rectilíneo uniformemente variado

8.- Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.



4.- Obtiene, registra y sistematiza la información para responder

preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y





Identifica con base en sus características el MRU y MRUV.

Realiza correctamente cálculos de velocidad, aceleración y desplazamiento en el MRU y MRUV.

Construye de manera correcta gráficas de V – t, d- t y V- t para el MRU y MRUV.

SABERES PREVIOS

La cinemática es la parte de la Física que se encarga de estudiar los diferentes tipos de movimientos, sin importar la causa que los origina.

Si un cuerpo se mueve y mantiene su velocidad constante, su aceleración es igual a cero; cuando esto sucede, se dice que el cuerpo se encuentra en movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.)

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En general, cuando una partícula se desplaza a lo largo de una línea recta, recorriendo

desplazamientos iguales en tiempos iguales, su movimiento se denomina rectilíneo uniforme. Por

lo contrario, si un cuerpo experimenta cambios uniformes de velocidad, entonces su movimiento

será uniformemente acelerado (M.R.U.A.) y por lo tanto la aceleración será constante.

HIPÓTESIS

MATERIAL Y EQUIPO


3 Metros de manguera transparente de ½

pulgada, (manguera de nivel)

1 Cronómetro

1 Flexómetro o cinta métrica

4 Balines para bicicleta de diferentes

diámetros

2 Tapones de hule

28



Experimento 1

1. Marcar con ayuda del flexómetro cada 50 cm sobre la manguera. 2. Llenar la manguera con agua, dejando un pequeño espacio para que se forme una burbuja,

tapando herméticamente los extremos de la manguera. 3. Dos integrantes del equipo sujetarán y tensarán por los extremos la manguera, hasta que ésta

forme una línea recta horizontal, como muestra la figura.

Burbuja

4. El integrante 1 Integrante 1 Integrante 2

descenderá la

posición de la manguera hasta el suelo y otro integrante del equipo tomará la lectura del tiempo que tarda la burbuja en pasar por cada marca. Realizar tres veces la lectura del tiempo en cada marca para calcular el tiempo promedio de cada lectura. Anotar los datos en la tabla 1

Tabla 1

Tiempo promedio (s)

Velocidad (m/s)

t1 t2 t3

Distancia

t1 t 2 t 3

distancia

(m)

t v

(s)

(s)

(s)

3

tiempo

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

5. Determina para cado uno de los datos de distancia y tiempo, la velocidad correspondiente

como indica la tabla 1.

29


6. Realiza una gráfica de distancia contra tiempo y calcula el valor de la pendiente. Si realizaste correctamente las mediciones, la gráfica será una recta. En caso de que la gráfica no sea la esperada, verificar y/o repetir el proceso.

Distancia (m)

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

Tiempo (s)

Recuerda que para encontrar la pendiente de una recta se utiliza la fórmula: m y2

y1

x2 x1

La pendiente de la recta es: ____________________

Experimento 2

10. Con la manguera vacía (sin agua), como se muestra en la siguiente figura, se colocará un balín en su interior en la parte superior, para que éste descienda. Otro integrante del equipo, tomará lectura del tiempo que tarda el balín en pasar por las marcas realizadas en la manguera.

Balín

V

Integrante 1 Integrante 2

11. Anotar los datos en la tabla 2 y repetir el experimento dos veces más para completar tres registros de tiempo; después determina el tiempo promedio para cada caso.

30


Para determinar la velocidad del balín en este tipo de movimiento, debemos considerar que la

velocidad media es vm d

, pero también vm

v final

vinicial

. Igualando estas dos expresiones,

t

2

tenemos que d

v final

vinicial

t

2

Considerando que la velocidad inicial con la cual el balín comienza su recorrido es cero y

despejando la velocidad final tenemos que: V final 2d

. Con esta última fórmula podemos calcular

t

la velocidad a la que pasa el balín por cada una de las marcas realizadas a la manguera. Completa la tabla 3 utilizando el tiempo promedio generado en la tabla 2.

Tabla 3

Distancia

Tiempo

Velocidad (m/s)

Aceleración (m/s2)

2d

v

(m) (s)

v

a

t

t

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

31

TABLA 2

Distancia

t1

t2

t3

Tiempo promedio (s)

t1

t 2

t 3

(m) (s)

(s)

(s)

t

3

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0


12. Realiza una gráfica de velocidad en función del tiempo.

Velocidad (m/s)

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

Tiempo (s)

13. ¿Qué tipo de gráfica obtuviste al utilizar los datos de la velocidad contra los del tiempo

transcurrido? Si obtuviste una línea recta, calcula su pendiente

14. ¿Qué relación tiene la pendiente de la recta con la aceleración?

OBSERVACIONES

32


En esta práctica se pueden utilizar dos rieles acanalados graduados para ambos experimentos de la siguiente manera: Experimento 1: Se coloca un riel a 45º para ganar un impulso inicial y el otro de manera horizontal con las graduaciones para realizar el experimento en el cual se tomarán las diferentes distancias y los tiempos para poder determinar la velocidad constante durante el desplazamiento del balín.

d1 t1

d2 t2

d3 t3

Experimento No. 2

Para este experimento se tomará en cuenta la velocidad adquirida en el plano inclinado en el cual se determina el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.

Otra opción para el experimento no. 2 es la construcción de un aparto didáctico “MOSTRANDO EL MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORMAMENTE

VARIADO “que permite experimentar con el MRUV y que arroja resultados muy precisos es el siguiente:

33


MATERIAL

1 Base de madera

1 Poste de madera

1 Riel acanalado de aluminio

1 balín

1 Cronómetro

2 Apagadores

1 Bobina con núcleo de hierro

1 Extensión

1 Interruptor de paso

DISEÑO GRAFICO DEL APARATO

Poste de madera

Bobina con núcleo de hierro

Interruptor de paso

Riel de aluminio

PROCEDIMIENTO. Base de madera

Cronómetro

1. Colocamos el riel de aluminio de tal manera que tenga cierta inclinación.

34


2. Colocamos el interruptor de paso a cierta distancia.

3. Energizamos la bobina para dejar rodar por el riel el balín, al momento de energizar la bobina

también activamos el cronómetro.

35


4. Registramos el tiempo en recorrer esa distancia en la tabla No.1, repitiendo el evento por lo

menos tres veces.

5. Desplazamos el interruptor móvil a 0.6m, 0.9m, 1.2m, 1.5m y 1.8 m; medimos el tiempo y lo

registramos en la tabla NO.1

Distancia (m) Tiempo (1) Tiempo (2) Tiempo (3) Tiempo promedio

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

Tabla No1

6.- Una vez obtenida toda la información realizamos la gráfica Distancia vs Tiempo.

7.- Con los datos obtenidos y registrados en la tabla No. 1, llenamos la tabla no. 2.

Distancia ( m ) Tiempo promedio Velocidad (m/s) Aceleración ( m/s2)

V= 2d/t A = v/t

0.3

0.6

0.9

36

CIENCIAS EXPERIMENTALES FÍSICA I TERCER SEMESTRE 1.2 1.5 1.8

Tabla No.2

8.- Con los datos de la tabla No. 2 construimos la gráfica velocidad vs tiempo.


37


CUESTIONARIO


1. ¿Qué tipo de movimiento realizó la burbuja: M.R.U. o M.R.U.V?

2. ¿Cómo varía la distancia recorrida por la burbuja respecto al tiempo transcurrido?

3. ¿Qué relación tiene la pendiente de la recta con la velocidad de la burbuja?

4. ¿La velocidad de la burbuja es constante o variable?

Cuestionario del experimento 2 1. Realiza una gráfica de distancia recorrida en función del tiempo.

Distancia (m)

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

Tiempo

(s)

2. ¿Qué tipo de movimiento realizó el balín: M.R.U. o M.R.U.V?

3. ¿Cómo varía la distancia recorrida por el balín respecto al tiempo transcurrido?

4. Al graficar la distancia en función del tiempo, ¿obtuviste una línea recta o una curva?

38


Las respuestas a las siguientes preguntas, te ayudaran a generar conclusiones.

1. ¿Cuál es la diferencia entre movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente variado?

2. ¿Existe aceleración alguna en un movimiento rectilíneo uniforme?

3. ¿Cómo es el comportamiento de la velocidad en un M.R.U.?

4. ¿Cómo es el comportamiento de la aceleración en un M.R.U.V.?

5. Menciona 2 ejemplos cotidianos donde se manifieste el M.R.U. y el M.R.U.V.

CONCLUSIONES

39









SI NO NA


de la práctica.





laboratorio.


práctica.


la práctica.





práctica.

40


LISTA DE COTEJO







SI NO NA












el tema.


41


Bloque II: Identificas diferencias entre los distintos

4 tipos de movimiento

Tiempo de reacción y tiempo de vuelo

Competencias

genéricas

(atributos):

Competencias

disciplinares básicas:

8.-Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

8.1Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un

proyecto en equipo definiendo un curso de acción con pasos

específicos. 4.- Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a

preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y





Identifica con base a sus características situaciones en las que se presenten la caída libre, el tiro

parabólico ascendente y descendente.

Realiza correctamente cálculos relacionados con el tiempo de caída, tiempo de vuelo y velocidad inicial de despegue.

SABERES PREVIOS

El tiempo de reacción es el tiempo que necesita una persona para notar, pensar y actuar en respuesta a una situación; por ejemplo, el tiempo que transcurre entre que se observa por primera vez una obstrucción en el camino cuando se conduce un automóvil, y se responde a ella. El tiempo de reacción varía con la complejidad de la situación (y con el individuo). En general, la mayor parte del tiempo de reacción de una persona se gasta en pensar, pero la práctica en el manejo de una situación dada puede reducir ese tiempo. Se considera que el tiempo requerido en las personas para que un mensaje viaje de los ojos al cerebro y luego a los dedos (tiempo de reacción) es de al menos 1/7 de segundo.

El tiempo de vuelo es el intervalo de tiempo en que una persona saltando verticalmente permanece en el aire (con los pies sin tocar el suelo). Los jugadores de básquetbol y los bailarines de ballet, entre otras personas están dotados de una gran capacidad para saltar. Cuando saltas hacia arriba, la fuerza que te impulsa se aplica sólo mientras tus pies permanecen en contacto con el suelo, tan pronto como tus pies dejan de tocar el suelo, cualquiera que sea la rapidez de ascensión que alcances, la misma disminuye de inmediato de manera constante a razón de la gravedad. Alcanzas la altura máxima cuando tu rapidez de ascensión se reduce a cero. Después, comienzas a caer y adquieres rapidez exactamente a la misma razón de cambio (gravedad). Si

42


aterrizas en la misma posición en la que iniciaste el salto, el tiempo de ascensión es igual al tiempo de caída. El “tiempo de vuelo” es la suma de los tiempos de ascensión y de caída

HIPÓTESIS

MATERIALY EQUIPO

Cantidad

Material o equipo

1 Regla de 30 cm *

1 Hoja de papel *

1 Billete *

Cinta adhesiva

1 Cronometro


Experimento 1. “Medición del tiempo de reacción”

1. Toma un billete y colócalo entre los dedos pulgar e índice de alguno de tus compañeros, como se muestra en la figura 1.

43


2. Procurar que la parte media del billete condiciones reta a un compañero a que sueltes sin avisarle.

se encuentre entre lo dedos. En estas capture el billete entre sus dedos cuando tú lo

Figura 1. ¿Lo logró atrapar?

3. Para medir el tiempo de reacción de una persona colocar la regla entre sus dedos, como se ilustra en la figura 2, de manera que el cero de la escala esté a la misma altura que los dedos. En estas condiciones pedirle a la persona que atrape la regla cuando vea que es soltada.

Figura 2. Medición de la rapidez de los reflejos.

4. El número de centímetros que aparece antes de atraparla, a partir de que se soltó, dependerá del tiempo de reacción de la persona.

5. Determinar el tiempo de reacción en segundos despejando t de la ecuación: d 21

gt 2 .

Anotar este valor en la tabla 1.

6. Repetir lo anterior para todos los integrantes del equipo y registrar los resultados en la tabla 1.

Tabla 1. Tiempo de reacción de las personas

Nombre del participante

No. de cm.

Tiempo de

reacción

44


Experimento 2. “Tiempo de vuelo”

1. Ponte de pie frente a un muro y, con los pies bien asentados en el piso y los brazos extendidos hacia arriba, haz una marca en el muro en el punto más alto que alcances.

2. Salta en seguida, haz otra marca en el punto de altura máxima. La distancia entre estas dos

marcas es la medida de tu salto vertical y regístrala en la tabla número 2.

3. A partir de la ecuación d 1

gt 2 , encontrar el tiempo de vuelo de todos los integrantes del

2

equipo y registrar los resultados en la tabla 2.

Tabla 2. Tiempo de vuelo

Nombre del participante

Altura

Tiempo de vuelo

45


OBSERVACIONES

CONCLUSIONES:

46







No Acciones a Evaluar Registro Ponderaci Calificació

ón n

SI NO NA


de la práctica.





laboratorio.


práctica.


la práctica.





práctica.

47


LISTA DE COTEJO





Registro

Ponderaci Calificació

No Acciones a Evaluar

ón n

SI NO NA












el tema.


48


Bloque II: Identificas diferencias entre distintos tipos de

5 movimiento

Movimiento en una y dos dimensiones

Competencias genéricas 8.-Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. (atributos):

8.1 Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un


específicos. Competencias 4.- Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a disciplinares

básicas: preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y





Identifica las características del movimiento de los cuerpos en una y dos dimensiones

mediante la experimentación.

Realiza cálculos de velocidad de despegue, alcance y altura máxima correctamente.

SABERES PREVIOS

En esta actividad se realizan experimentos que permiten diferenciar el movimiento ejecutando, los tiros que a continuación se describen: Tiro vertical: Este movimiento se presenta cuando un cuerpo se lanza verticalmente hacia

arriba, observándose que su velocidad va disminuyendo hasta anularse al alcanzar su altura máxima.

El tiro vertical sigue las mismas leyes de la caída libre de los cuerpos, y, por tanto emplea las mismas ecuaciones.

Tiro parabólico: Es un ejemplo de movimiento realizado por un cuerpo en dos dimensiones o sobre un plano. El tiro parabólico es la resultante de la suma vectorial de un movimiento horizontal uniforme y de un movimiento vertical rectilíneo uniformemente acelerado.

Debido a estos dos movimientos la trayectoria del cuerpo es curva.

49


HIPÓTESIS

OBJETIVO:

MATERIAL Y EQUIPO 1 Cronómetro

1 Flexómetro

1 Soporte universal

1 Pinza de sujeción

1 Pistola de dardos (que sirva perfectamente y con dos

dardos incluidos) ** Se puede utilizar también un

disparador de resorte.

1 Plano inclinado (o un transportador)

Nota: Los materiales marcados con doble asterisco deben ser proporcionados por los integrantes

del equipo.


Experimento 1. “Obtención de la velocidad inicial del proyectil”

1.- Fija la pistola al soporte universal, de tal manera que apunte verticalmente hacia arriba

50


como se observa en la figura 1). 2.- Dispara el proyectil y mide el tiempo que tarda en el aire (desde que sube hasta que regresa al

mismo nivel de donde fue disparado) 3.- Repite lo anterior 5 veces, llena la tabla 1 y saca el promedio de los tiempos registrados, éste

será el tiempo que tarda el proyectil en el aire.

h max

Figura 1

a) Para saber el tiempo que tarda en subir el proyectil hasta su máxima altura divide el

tiempo en el aire entre 2.

Tiempo de subida = t aire

2

b) Conociendo el tiempo que tarda en subir el proyectil y además considerando que la

velocidad final del proyectil al llegar a su máxima altura, es cero, podemos determinar la

velocidad inicial con que fue disparado, utilizando la siguiente fórmula:

vi = - gt

Donde g= -9.8 m/s2

vi =__________________

Experimento 2 “Verificación del tiro horizontal”

a) Fija la pistola al soporte universal, de tal manera que apunte horizontalmente a una altura

conocida (como se muestra en la figura 2), anotar el valor de la altura a la que se encuentra el

cañón de la pistola, respecto al piso.

51


h

d

Figura 2

h = __________________

b) Dispara el proyectil y mide la distancia a la que llega. c) Repite lo anterior 5 veces, llena la tabla 2 y calcula el promedio de las distancias registradas,

ésta será la distancia a la que llega el proyectil, anótala a continuación: d) e) del experimento 1, la Viy = O m/s, la “h” a la que se realizó el disparo y el valor de g= 9.8

m/s2.

¿Es muy diferente el valor de distancia obtenido en la práctica al determinado

teóricamente? ¿Entonces se cumplen o no las ecuaciones del movimiento parabólico?

Experimento 3. “Verificación del tiro oblicuo”

a) Fija la pistola al soporte universal, de tal manera que apunte a un ángulo “ ” de 15 grados (procura que el cañón esté al nivel del suelo), como se muestra en la figura siguiente.

d

Figura 3

b) Dispara el proyectil y mide la distancia a la que llega, (repite esto 3 veces y calcula la distancia promedio a la que llega)

c) Aumenta la inclinación de la pistola otros 15 grados, de tal manera que ahora apunte a un ángulo de 30 grados y dispara el proyectil (repite esto 3 veces y calcula la distancia promedio a la que llega)

d) Repite lo anterior de 15 grados en 15 grados hasta llegar a 90 grados. e) Observa tus resultados y anota en cuál ángulo se obtuvo el mayor alcance (mayor distancia)

= ________________

Verifica los resultados que obtuviste en la práctica, calculando teóricamente la distancia a la que debería llegar el proyectil en cada caso y tomando como datos: la velocidad inicial del

proyectil (vi), el ángulo del disparo (θ).

52


d v i

2 sen 2θ

g


Tabla 1

t1 t2 t3 t 4 t5 Promedio

taire=

TABLA 2

d1 d2 d3 d4 d5 Promedio

d promedio=

Ángulo θ

d1 d2

d3

Distancia promedio (m)

(grados)

(m)

(m)

(m)

15

30

45

60

75

90

OBSERVACIONES

53


Cuestionario final

1. Menciona alguna aplicación del movimiento parabólico en la vida cotidiana.

2. ¿Por qué en el tiro parabólico, el movimiento vertical sigue las condiciones del M.R.U.A.?

3. ¿Por qué en el tiro parabólico el movimiento horizontal sigue las condiciones del M.R.U.?

4. Considerando la velocidad inicial calculada en la práctica “vi”, y para un ángulo de 30°, calcula

la velocidad inicial vertical y horizontal respectivamente.

CONCLUSIONES

54








SI NO NA


de la práctica.





laboratorio.


práctica.


la práctica.





práctica.

55







SI NO NA












el tema.


56


Bloque II: Identificas diferencias entre los distintos tipos de

6 movimientos

Movimiento circular







DESEMPEÑOS DEL ESTUDIANTE AL CONCLUIR LA PRÁCTICA Identifica con base en sus características al MCU y MCUV mediante la experimentación

Realiza correctamente cálculos de velocidad y aceleración angular en el MCU y MCUV.

SABERES PREVIOS Cuando la trayectoria de un móvil describe una circunferencia, este movimiento es circular ya que dicho móvil, gira alrededor de un punto fijo central llamado eje de rotación. Si el móvil recorre ángulos o arcos iguales en tiempos iguales, se tendrá un movimiento circular uniforme (M.C.U). En el movimiento circular uniforme es conveniente resaltar que el módulo de la velocidad no cambia, porque es uniforme y describe trayectorias concéntricas (circunferencia) de longitud diferente pero con radio igual a la distancia entre el objeto y el eje de rotación. Debido a ello, definiremos los siguientes conceptos: Ángulo: Es la abertura comprendida entre dos radios cualesquiera que limitan un arco de circunferencia. Radian: Es el ángulo central al que corresponde un arco de longitud igual al radio

2 radianes 360

Velocidad angular (w): La magnitud de la velocidad angular representa el cociente entre el valor del desplazamiento angular de un cuerpo y el tiempo que tarda en efectuarlo. Las unidades de la velocidad angular son los radianes por segundo y su fórmula es:

w w 2 rad / s

t T

Periodo (T): Tiempo que tarda un cuerpo en dar una vuelta completa: T 1

f

Frecuencia ( f ): Es el número de revoluciones efectuadas por el móvil en la unidad de tiempo: 1

f T

57


Si una partícula con un movimiento circular cambia su velocidad se tiene entonces un movimiento circular acelerado; y si los cambios de velocidad angular en la unidad de tiempo son uniformes, la aceleración angular es constante, por lo que se trata de un movimiento circular uniformemente variado.

Aceleración angular media ( ): Es el cociente del cambio de velocidades angulares, inicial y final,

con respecto al intervalo de tiempo, esto es:

w final

winicial

t final

tinicial

t

HIPÓTESIS

MATERIAL Y EQUIPO


1 Botella desechable de plástico con su tapa (agua refresco, etc.)

2 Lapiceros o lápices con punta afilada

1 Clavo

1 Recipiente cilíndrico (vaso desechable

grande o lata de refresco o chiles sin tapa)

1 Carrete de hilo

1 Cronómetro

1 Pedazo de tela o franela

2 Hojas milimétricas

Experimento 1

1. En los extremos de la botella marca dos pequeños puntos con la punta del clavo, los cuales serán puntos de apoyo donde colocarás las puntas de los lapiceros como muestra la figura.

58


Columna de agua

Lapicero Lapicero

2. Sujetando la botella con los lapiceros, sitúala bajo la columna de agua, haciendo que dicha botella comience a girar hasta alcanzar un movimiento constante. Contesta las siguientes preguntas:

a) ¿Cuántas vueltas realiza la botella en un tiempo de 10 segundos? ¿Que representa este valor? b) ¿Cuánto tiempo tarda en dar 20, 30, 40 y 50 vueltas? c) Determina la velocidad angular para los incisos a y b. ¿Existe alguna diferencia entre estos

resultados? ¿Por qué? d) Calcula las frecuencias de los incisos a y b. e) Elabora una gráfica de velocidad angular contra tiempo

3. Nuevamente coloca la botella bajo la columna de agua y en diferentes momentos haz que la fuerza de salida del agua sea mayor o menor, de tal forma que el movimiento de la botella varíe. Contesta lo siguiente:

a) ¿Cuándo la caída del agua varía, que sucede con el movimiento de la botella?

4. En el grifo a una salida constante de agua, acerca la botella y justo en el momento que inicia su giro, activa el cronómetro. En el momento que observas una velocidad angular constante, detén el cronómetro. Este tiempo registrado será el tiempo de aceleración o t . Una ves que la botella

gira con velocidad angular constante, determina el tiempo que requiere para dar 20 vueltas y calcula la velocidad de giro, ésta será nuestra velocidad angular final. Completa la siguiente tabla y calcula la aceleración angular media. Considera la velocidad angular inicial igual a cero.

5. Elabora una grafica w f contra tiempo

Tabla 1

Tiempo de

Tiempo en dar 20

Velocidad angular

Aceleración angular(rad/s2)

vueltas a velocidad

59


aceleración constante (s) final w f (rad/s) w f

t (s) t

Experimento 2

Toma el recipiente cilíndrico y haz una serie de orificios en línea (como indica la figura) en su superficie lateral. Y suspéndelo por medio de tres cordones. Coloca en su interior una tela muy mojada y gira el recipiente, de manera que los cordones se tuerzan fuertemente; enseguida suelta la lata a partir del reposo, observa.

Elabora un dibujo que indique la trayectoria de las gotas de agua que salen por los orificios.


OBSERVACIONES

CONCLUSIONES

60








SI NO NA


de la práctica.





laboratorio.


práctica.


la práctica.





práctica.

61







SI NO NA












el tema.


62


Bloque III : Comprendes el movimiento de los cuerpos a partir de

7 las leyes de Newton

ESTUDIO DE LA FRICCIÓN








Identifica correctamente los fenómenos de fricción estática y dinámica mediante la experimentación.

Determina de manera directa valores de fuerzas de rozamiento estático y dinámico.

Describe situaciones cotidianas donde identifica la fricción estática y dinámica.

SABERES PREVIOS

La fricción es la fuerza que actúa cuando dos superficies se encuentran en contacto, ella te ayuda de muchas formas, pero también te hace ir más despacio y produce calor. La fricción entre tú y el aire disminuye la velocidad cuando montas en la bicicleta. Al doblarte sobre el manubrio de la bicicleta, ayudas a disminuir la fricción del aire contra tu cuerpo. Las piezas del motor de un carro se calientan por la fricción entre ellas. La gente usa lubricantes para poder reducir la fricción. El lubricante más común es el aceite. Si aplicas aceite entre dos piezas que se mueven, las superficies de las piezas frotarán contra el aceite en vez de frotar una contra la otra. El aceite es resbaladizo y liso. Por tanto permite que un mayor número de piezas puedan moverse sin recalentarse. Existen dos clases de fuerzas de fricción: estática y dinámica o de movimiento. La fuerza de fricción estática es la reacción que presenta un cuerpo en reposo oponiéndose a su deslizamiento sobre otra superficie. La fuerza de fricción dinámica tiene un valor igual a la que se requiere aplicar para que un cuerpo se deslice a velocidad constante sobre otro

HIPÓTESIS

63



MATERIAL Y EQUIPO Cantidad Material, equipo y sustancia

1 Liga de hule

1 Regla graduada de 30 cm.

1 Tarjeta de cartulina (10 cm por 8 cm)

1 Clip

3 Libretas

1 Bloque de madera de 7 x 14 x 28 cm

(aproximadamente)

2 Hojas de lija

1 Clavo de 5 cm.

1 Dinamómetro

20 cm De cuerda o hilo

10 ml Aceite (cualquier tipo)

10 ml Crema liquida o talco


Experimento 1

a) Frota las palmas de las manos una contra otra con fuerza y explica lo que sucede y por qué.

b) Repite el procedimiento anterior. Pero ahora lubrica tus manos con crema o talco y explica lo

que sucede.

64


Experimento 2

1. Haz una abertura de 1 cm en la parte media de la tarjeta, a 2 cm de uno de sus extremos. 2. Introduce la mitad del clip en la abertura y atora la liga en la parte del clip que queda sobre la

tarjeta. 3. Coloca una de las tres libretas sobre la tarjeta y jala con cuidado la liga. 4. Con la ayuda de la regla graduada. Mide el alargamiento de la liga hasta el momento en que la

tarjeta con la libreta comience a moverse. 5. Realiza el procedimiento anterior, pero ahora colocando dos y posteriormente tres libretas

sobre la tarjeta. 6. Registra tus observaciones en la tabla de resultados.

F

Reporte de resultados.

Prueba

No. de libretas

Alargamiento de la liga (cm).

1

2

3

Experimento 3

1. Introduce el clavo en el bloque de madera de tal manera que se pueda sujetar la cuerda. 2. Con la cuerda amarra el clavo en el bloque y engancha al otro extremo de la cuerda en el

dinamómetro. 3. Coloca las lijas sobre la mesa de trabajo; éstas serán la superficie de deslazamiento. Pide a

tres de tus compañeros que te auxilien, uno detendrá las lijas para que no las arrastre el bloque y los otros dos las sostendrán lateralmente para formar una superficie.

65


4. Coloca el bloque de madera sobre la lija y jala lentamente el dinamómetro, mide la cantidad de fuerza necesaria para mover el bloque y para mantenerlo en movimiento. Anota los datos obtenidos en la tabla de registro de resultados.

Bloque de madera

F Lija

Dinamómetro

5. Repite la prueba en tu mesa de trabajo, o en el piso y registra tus resultados. 6. Ahora aplica aceite en la superficie del bloque que desliza y en la lija, jala lentamente el

dinamómetro y mide la cantidad de fuerza necesaria para mover el bloque y mantener su movimiento.

7. Repite la prueba en tu mesa de trabajo, o en el piso según lo considere tu profesor.

Reporte de resultados:

Prueba

Superficie

Fuerza de fricción

Fuerza de fricción

estática

dinámica

1 Lija

2 Mesa

3 Lija con aceite

4 Mesa con aceite


66


OBSERVACIONES

CUESTIONARIO:

De acuerdo a lo observado en el experimento 2 contesta lo siguiente.

a) ¿A qué se opone la fricción?

b) Si a un objeto se le agrega mayor peso. ¿Su fricción será mayor o menor? c) La fricción que existe entre dos superficies sin movimiento se denomina:

De acuerdo a lo observado en el experimento 3 contesta las siguientes preguntas.

a) ¿Qué superficie presentó menor resistencia al movimiento? b) ¿Qué superficie presentó mayor resistencia al movimiento? c) ¿Cuál es la función del aceite en el experimento?

CONCLUSIONES:

Para apoyarte en la realización de las conclusiones reflexionar acerca de la utilidad práctica que

puedan tener las actividades realizadas, tanto en la vida cotidiana como en sus aplicaciones

productivas.

67








SI NO NA


de la práctica.





laboratorio.


práctica.


la práctica.





práctica.




68




SI NO NA












el tema.


Bloque III: Comprendes el movimiento de los cuerpos a partir de

8 las leyes de Newton

Primera y segunda ley de Newton


8.1 Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un


específicos.




69


DESEMPEÑOS DEL ESTUDIANTE AL CONCLUIR LA PRÁCTICA Identifica los diferentes tipos de movimiento y las fuerzas que intervienen en los

movimientos de los cuerpos.

Aplica las leyes de la dinámica de Newton en la solución y explicación del movimiento de los cuerpos observables en su entorno inmediato.

SABERES PREVIOS

La primera Ley de Newton nos indica que: Un cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme a menos que una fuerza actúe sobre él. La tendencia que presenta un cuerpo en reposo a permanecer sin movimiento, o la de un objeto en movimiento a tratar de no detenerse, recibe el nombre de inercia. Toda la materia posee inercia, y una medida cuantitativa de ella es el concepto de masa, que a su vez se puede definir como una medida de la inercia. La relación descrita por el físico Isaac Newton entre la fuerza (F) que se le aplica a una masa (m), provocando el cambio de en su estado de movimiento, es decir un cambio en el valor de la velocidad en un tiempo determinado conocido como aceleración (a), es descrita en la segunda ley de Newton F =ma. Sin embargo, también describe a la masa inercial como la razón existente entre la fuerza aplicada y la aceleración provocada al objeto, esta razón es conocida como masa inercial m=F/a. La ley de Newton de la acción y la reacción indica que cuando se empuja un objeto, éste empuja hacia atrás con una fuerza igual y opuesta. En términos generales, cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo, éste último reacciona sobre el primero ejerciendo una fuerza de la misma intensidad y dirección pero en sentido contrario.

HIPÓTESIS

CUESTIONARIO

1.- Describe la primera ley de Newton con un ejemplo de tu vida cotidiana

70


2.- Enrique le dice a Diana que entre ellos existe una fuerza de atracción que es mayor cuando la

tiene cerca. ¿Tiene razón Enrique, si o no y por qué?

MATERIAL Y EQUIPO


1 Huevo crudo

1 Huevo cocido

1 Tijera

1 Carro carguero de juguete.

3 Pesas de diferente medida

1 Cronómetro de pulsera.

Hilo.

1 Cinta métrica o flexómetro.

1 Balanza

1 Polea con soporte

1 Platillo de cartón o plástico

Arena fina

EXPERIMENTO 1

1. Hacer girar rápidamente el huevo crudo sobre sí y detenerlo con el dedo completamente,

pero retirar inmediatamente el dedo una vez que se detuvo el giro del huevo, como se

muestra en la figura 1 y observar lo que sucede.

2. Tomar el huevo cocido, girarlo rápidamente sobre sí y detenerlo con el dedo, de la misma

forma que el anterior. Observar lo que sucede después de retirar el dedo y comparar este

comportamiento con el que tuvo el huevo crudo.

Figura 1. Forma de girar el huevo y detenerlo con el dedo.

71


3. ¿Por qué razón el huevo crudo sigue girando cuando quitas el dedo inmediatamente?

4. ¿Por qué razón el huevo cocido no vuelve a moverse cuando quitas el dedo inmediatamente?

EXPERIMENTO 2

1. Determina en kilogramos la masa del carro, utilizando la balanza.

2. Arma el dispositivo de la figura 2.

Figura 2

3. Cuando el platillo está vacío, el carro está en reposo, es decir, no se mueve, toda vez que la fuerza de fricción estática que hay entre las ruedas y la superficie de la mesa es mayor a la fuerza que debido a su peso, ejerce sobre el carro el platillo. Agrega poco a poco arena al platillo hasta que al empujar levemente el carro éste se desplace sobre la mesa a velocidad constante. El peso de la arena será el contrapeso de las fuerzas de rozamiento.

4. Un compañero detendrá con una mano el carro y otro colocará en el platillo una pesa (previamente habrá que determinar su masa en la balanza y multiplicarla por la constante de gravedad). Esta pesa representará la fuerza neta o resultante que recibe el carro. Mide con la cinta métrica la distancia en metros que recorre el carro desde su posición inicial (antes de iniciar su movimiento) a su posición final (Antes de chocar con la polea).

5. Al soltar el carro, midan con el cronómetro el tiempo que tarda en recorrer dicha distancia. Anota los datos en la tabla 1. repitiendo tres veces el experimento para tener tres medidas de tiempo y poder promediarlas. Tabla 1

Tiempo (t ) de recorrido Velocidad Aceleración Masa del

Masa (m)

Peso (F) de la

en segundos

final (v) del

(a) del

carrito

de la pesa pesa puesta carrito en carrito en

puesta en el en el platillo Distancia m/s m/s2 (kg)

platillo en “Fuerza neta” recorrida (d)

2d

2d

kilogramos

en Newtons

en metros

t1 T2 T3 T promedio v a

F=mg

t

t 2

m F

a

72


6. Repite los pasos 4 y 5 pero agregando una pesa más al platillo. Determinar la fuerza neta

como la suma de la pesa anterior y la nueva que agregaste. 7. Repite el experimento agregando una tercera pesa al platillo. Coloca los datos en la tabla 1. 8. Determina la velocidad, aceleración y masa del carrito, como lo indica la tabla 1.

CUESTIONARIO

a) ¿Cómo cambia la aceleración cuando la fuerza neta aplicada al carro aumenta?

b) Al comparar entre sí los tres resultados de dividir la fuerza neta (F) entre la aceleración(a),

¿se obtuvieron resultados iguales? Al comparar este resultado con la masa en kg del carro

previamente determinada con la balanza, ¿son aproximadamente iguales?

CONCLUSIONES

1. ¿Qué relación tiene la inercia con lo que le sucede a los huevos (crudo y cocido)?

2. ¿Puedes afirmar con base en tus resultados que cuando se divide la fuerza neta que recibe un

cuerpo entre la aceleración que experimenta, el resultado del cociente corresponde a la masa del

cuerpo? Explica

73








SI NO NA


de la práctica.





laboratorio.


práctica.


la práctica.





práctica.

74







SI NO NA












el tema.


75


Bloque IV: Relacionas el trabajo con la energía

9 Trabajo y energía


8.3 Asume una actitud constructiva congruente con los

conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos

equipos de trabajo.





Realiza cálculos de trabajo, energía cinética y potencial mediante la experimentación.

Relaciona los cambios de la energía cinética y potencial que posee un cuerpo con el trabajo en física

SABERES PREVIOS

-Trabajo en física: es una magnitud escalar producida cuando una fuerza mueve un objeto en la misma dirección en que se aplica. Su modelo matemático es T Fd cos donde: T Trabajo realizado en joules. F cos Componente de la fuerza en la dirección del movimiento en Newtons

(N) d Magnitud del desplazamiento en metros (m) La energía se define como la capacidad de los cuerpos para producir un trabajo. Para su estudio la energía mecánica se divide en potencial y cinética. Energía cinética: se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Energía potencial: es la energía que mide la capacidad que tiene un sistema físico para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema o como una medida de trabajo que un sistema puede entregar. Suele

abreviarse con la letra U o Ep. HIPÓTESIS

76


CUESTIONARIO

1. ¿Cómo se define el trabajo mecánico?

2. ¿Cómo se determina matemáticamente la componente de la fuerza que mueve a un cuerpo? 3. ¿Cuál es la expresión matemática que permite calcular el trabajo mecánico?

4. ¿Cuál es la medida del ángulo que se debe formar entre la fuerza que se aplica a un cuerpo

y su desplazamiento para que el trabajo realizado sea máximo?

5. El hombre más fuerte del mundo es capaz de arrastrar 20 m una locomotora de tren, con una

fuerza constante de 12 000 N.

a) ¿Qué trabajo ha realizado?

b) ¿Cuánta energía se transfiere?

6. Observa las siguientes figuras, ¿En cuál o cuáles se realiza trabajo? Explica

Empujar un camión con el Estar parado Sostener unas Subir y bajar

freno accionado cargando pesas pesas

una maleta

5. El hombre más fuerte del mundo es capaz de arrastrar 27 metros una locomotora de tren con

una fuerza constante de 12000 N.

a) ¿Qué trabajo ha realizado?

b) ¿Cuánta energía se transfiere?

77


MATERIAL Y EQUIPO.

Cantidad Material y equipo

1 Bascula

1 Regla graduada

1 Libro o cualquier otro objeto

DESEMPEÑO APRENDIZAJE COLABORATIVO

a) Determinar la masa del libro u objeto mediante la balanza gran ataría, además de su peso.

Colocar el libro en el piso y levantarlo hasta una altura de 1 m, calcular el trabajo

mecánico realizado. b) Repetir la actividad del paso anterior, pero ahora levantando el libro a una altura de 1.5 m,

determinar el trabajo realizado. c) Con el libro levantado a una altura de 1.5 m, caminar 2m, ¿Cuánto vale el trabajo realizado?

REGISTRO DE RESULTADOS

Tabla 1.

ALTURA ENERGÍA POTENCIAL

LIBRO U OBJETO TRABAJO ( J )

MASA

( J )

FUERZA

( Kg )

( N )

h = 1 m

h = 1.5 m

h = 1.5 m y d = 2 m

78


CUESTIONARIO DEL EXPERIMENTO 1

1. al subir objetos de diferentes masas a la misma altura, ¿Se realiza el mismo trabajo? Explica.

2. Si sostienes unos instantes el libro a determinada altura:

a) ¿Aplicas más fuerza?

b) ¿En qué momento se realiza trabajo?

3. Si la masa permanece constante, ¿Cuál es la relación entre la energía potencial y la altura?

4. Si la altura permanece constante, ¿Qué relación existe entre la energía potencial y la masa?

5. Un portero lanza un balón de fútbol de 300 g, hacía arriba y alcanza una altura de 3 m.

a) ¿Qué trabajo se realizó sobre el balón?

b) ¿Qué energía potencial tiene el balón a la altura de 3 m?

CONCLUSIONES.

Con base en los resultados obtenidos de los conceptos antecedentes y la hipótesis formulada,

discutir en equipos y de manera grupal, qué aplicaciones prácticas tiene esta actividad

experimental.

79








SI NO NA


de la práctica.





laboratorio.


práctica.


la práctica.





práctica.

80







SI NO NA












el tema.


FUENTES DE CONSULTA (BIBLIOGRÁFICAS Y/O ELECTRÓNICA)

- Cárdenas Guerra Carlos. Fundamentos de Física. Editorial Trillas. México 2005.

- Hewitt Paul G. Física Conceptual. Editorial Trillas. México 2003.

- Pérez Montiel Héctor. Física I para Bachillerato General. Publicaciones Cultural. México 2005.

- Pérez Montiel Héctor. Física I para Bachillerato General. Grupo Editorial Patria. México 2011.

81


- Neuman Coto, Guillermo Patricio. Vive la Física. México primera edición. Progreso

Editorial. México 2010.

- Serway Raymond A. y Beichner Robert J. Física para ciencias e ingeniería. Editorial Mc Graw –

Hill. México 2004.

- Tippens Paul e. Física, conceptos y aplicaciones. Editorial Editorial Mc Graw – Hill. México 2001.

ANEXO 1

c m M1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

c m M2

82

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