sábado, 24 de marzo de 2012

Lectura 11 y 12: Cinemática

Cinemática, es el estudio del movimiento sin atender a sus causas. Se entiende por movimiento, el cambio de posición de una partícula con relación al tiempo y a un punto de referencia. El término "partícula", se aplica a cualquier objeto en movimiento (a menos que se indique lo contrario), con el fin de simplificar su estudio.

El hecho de requerir un punto de referencia para analizar un movimiento, hace que este sea relativo. Es decir, que el movimiento de una partícula, visto por un observador desde un punto dado, será muy diferente, al movimiento visto por otro observador, desde un punto diferente.

En cinemática, es necesario además, establecer la diferencia entre trayectoria y desplazamiento.

Esto es importante:

Trayectoria, es el camino recorrido por un móvil para ir de un punto a otro. Entre dos puntos hay infinitas trayectorias, infinitos caminos.

Desplazamiento, es la distancia neta, recorrida por una partícula; se mide en línea recta y se representa vectorialmente. Es decir, que se representa con una flecha, de manera que se establece con claridad, cual es el punto de origen y el punto de llegada.

El esquema muestra dos desplazamientos: uno de A hacia B y otro de B hacia A. los dos desplazamientos son diferentes porque tienen puntos de origen y de destino diferentes.

Clasificación del movimiento:

El movimiento de una partícula se puede clasificar de acuerdo a su trayectoria, como rectilíneo o curvilíneo; y de acuerdo con su velocidad como uniforme o variable. Las principales clases de movimiento son: movimiento rectilíneo uniforme, movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, movimiento circular y movimiento parabólico. Aquí analizamos el primero de ellos.

Movimiento rectilíneo uniforme
El movimiento rectilíneo uniforme se caracteriza porque la trayectoria es una línea recta, la velocidad es constante y la aceleración es cero.
La velocidad de un móvil se define como la razón entre el desplazamiento realizado y el tiempo empleado. Como el desplazamiento es vectorial, entonces la velocidad también lo es. Las fórmulas para el movimiento rectilíneo uniforme son:

Permite calcular la velocidad, dividiendo desplazamiento entre tiempo.

Es empleada para el cálculo del tiempo, dividiendo desplazamiento entre velocidad.

Se usa para calcular el desplazamiento, multiplicando velocidad por tiempo.

Análisis gráfico: En ciencias naturales, se utilizan gráficas para organizar información, encontrar modelos matemáticos y facilitar el análisis de los fenómenos. Las gráficas del movimiento rectilíneo uniforme son:

Gráfica de velocidad contra tiempo:

La gráfica 1, muestra una línea recta paralela al eje "t" (tiempo), indicando que el valor de la velocidad es el mismo en todo instante del movimiento. El área bajo esta línea, equivale al desplazamiento de la partícula en un tiempo dado.


En este caso por ejemplo, la gráfica 1 muestra una partícula con movimiento rectilíneo uniforme e indica que la velocidad es de 50 metros por segundo (50m/seg).
De otro lado, el desplazamiento se puede calcular multiplicando la velocidad por el tiempo (d = v × t).
Así, el desplazamiento en 4 segundos será: d = 50m/seg × 4 seg = 200m (200 metros)

Gráfica de desplazamiento contra tiempo:

La gráfica 2, muestra una línea recta que pasa por el origen del sistema de coordenadas. La línea recta indica que la velocidad es constante y su pendiente, equivale al valor de la velocidad.

Cálculo de la velocidad a partir de la gráfica
Observe que para el tiempo de 8 segundos, corresponde un desplazamiento de 20 metros. Aplicando la fórmula de la velocidad
Se tiene:

La gráfica de desplazamiento contra tiempo, es también conocida como gráfica de posición y con base en ella se pueden responder preguntas relacionadas con:

  • posición o desplazamiento en un tiempo dado.
  • desplazamiento total.
  • tiempo empleado en un desplazamiento dado.
  • sentido del desplazamiento: positivo: la partícula se aleja del origen. Negativo: la partícula se acerca al origen.
  • sentido y magnitud de la velocidad: La pendiente positiva indica velocidad positiva (la partícula se aleja del origen) La pendiente negativa indica velocidad negativa (la partícula se mueve en dirección del origen) La pendiente cero indica velocidad cero (la partícula está en reposo)

Ejemlo 1: La gráfica 3, indica entre otras cosas que:

  • en los primeros cinco segundos, la partícula se alejó del origen 100 metros, con una velocidad de 20 metros por segundo.
  • la partícula estuvo en reposo durante 5 segundos a 100 metros del origen.
  • entre los 10 y los 15 segundos, la partícula se alejó 100 metros más con una velocidad de 20 metros por segundo.
  • durante los últimos 5 segundos, a partícula se desplazó hasta el origen con una velocidad de -40 metros por segundo.

Taller de lectura 11 y 12:

  1. ¿Qué es cinemática?
  2. ¿Qué se entiende por movimiento?
  3. ¿Qué significa que el movimiento sea relativo?
  4. ¿Qué diferencia hay entre trayectoria y desplazamiento?
  5. Dibuje, la descripción, el esquema que muestra la diferencia entre trayectoria y desplazamiento.
  6. ¿Cuáles son las principales clases de movimiento?
  7. ¿Por qué se caracteriza el movimiento rectilíneo uniforme?
  8. ¿Cómo se define la velocidad de un móvil?
  9. Copie, con la descripción, las fórmulas del movimiento rectilíneo uniforme.
  10. Lea nuevamente su respuesta a la pregunta 9 y con base en ella realice los siguientes ejercicios:
    1. ¿que distancia recorre un motociclista viajando a 60 kilómetros por hora, durante 3.25 horas?
    2. ¿cuanto tiempo tarda un avión en desplazarse 3200 kilómetros a una velocidad de 600 kilómetros por hora?
    3. ¿Cuál es la velocidad de un auto que se desplaza 300 kilómetros en un tiempo de 1.5 horas?
  11. ¿Para qué se utilizan gráficos en ciencias naturales?
  12. En el movimiento rectilíneo uniforme ¿Qué muestra y qué indica la gráfica de velocidad contra tiempo?
  13. Copie la gráfica de velocidad contra tiempo y la tabla con la explicación.
  14. En el movimiento rectilíneo uniforme ¿Qué muestra y qué indica la gráfica de desplazamiento contra tiempo?
  15. Copie la gráfica de desplazamiento contra tiempo y la tabla con la explicación.
  16. ¿Qué otro nombre recibe la gráfica de desplazamiento contra tiempo y qué preguntas se pueden responder con base en ella?
  17. Según la gráfica de desplazamiento contra tiempo ¿Que significa la pendiente positiva, la pendiente negativa y la pendiente cero, en el movimiento de una partícula?
  18. Copie el ejemplo 1 con la gráfica y las explicaciones.

En las preguntas 19, 20 y 21, copie las gráficas y responda las preguntas planteadas.

  1. La gráfica 4 representa el movimiento de una partícula con velocidad constante para cada intervalo de tiempo. Con base en ella, responda las siguientes preguntas:
    1. cual es el valor de la velocidad:
      • entre 20 y 30 segundos
      • entre 30 y 40 segundos
      • entre 40 y 50 segundos
    2. Cual es el valor del desplazamiento:
      • entre 0 y 10 segundos
      • entre 10 y 20 segundos
      • entre 20 y 30 segundos
    3. ¿cual es el desplazamiento durante los 50 segundos?
    4. ¿que significado tienen la velocidad y el desplazamiento entre los 10 y los 20 segundos?
  2. La gráfica 5 muestra el movimiento de 4 partículas (a, b, c, d).
    1. ¿cual o cuales de las partículas se mueven con velocidad constante? ¿Por qué?
    2. ¿cual o cuales de las partículas presentan velocidad negativa? ¿Por qué? ¿Que significa el signo de la velocidad?
    3. ¿que puede usted decir del movimiento de la partícula c?
    4. ¿cual de las partículas se mueve con mayor velocidad? ¿Por qué?
  3. La gráfica 6 muestra el desplazamiento de una partícula con relación al tiempo. Según la gráfica:
    1. cual es el valor de la velocidad:
      • entre 10 y 20 segundos
      • entre 20 y 30 segundos
      • entre 30 y 40 segundos
    2. ¿a que distancia del origen se hallaba la partícula 30 segundos después de iniciado el movimiento?
    3. ¿cual fue el desplazamiento total del objeto?
    4. ¿cuanto tardó el objeto en alejarse 200 metros del origen?

viernes, 23 de marzo de 2012

Lectura 10: Magnitudes y Factores de Conversión

El término magnitud hace referencia a la cualidad de un cuerpo que puede ser medida (longitud, volumen, temperatura, masa, aceleración, superficie etc.). Y medir, significa comparar una cualidad con un patrón preestablecido.
Por ejemplo, cuando decimos que una ballena tiene 30 metros de longitud, estamos afirmando que el cuerpo del animal es 30 veces más largo que el patrón utilizado, que en este caso es el metro.

Sabemos que un fenómeno físico es cualquier suceso natural observable y posible de ser medido con algún aparato o instrumento.

La siguiente tabla muestra algunos instrumentos de medida y un ejemplo de su uso.

Instrumento de medidaMagnitud que mideejemplo
metroLongitudes o distancias cortasAltura de una puerta
cronómetrotiempoTiempo que dura una competencia
tacómetroNúmero de vueltas de un ejeRevoluciones de un motor
odómetroDistancias largasDistancia recorrida por un auto entre dos ciudades
velocímetrovelocidadVelocidad de un auto
dinamómetrofuerzaPeso de un cuerpo cualquiera
nonioDistancias muy pequeñasDiámetro de un hilo de oro
Recipiente aforadovolumenCantidad de medicamento en una jeringa
balanzamasaCantidad de materia de un cuerpo
termómetrotemperaturaTemperatura del ambiente
picnómetroDensidad de los líquidosDensidad del lubricante de un motor
voltímetroTensión de una corrienteVoltaje en un tomacorriente
amperímetroCorrienteAmperaje en un circuito electrónico

El sistema internacional de unidades (SI) es un sistema desarrollado por la conferencia internacional de pesas y medidas, para establecer las unidades que deben ser usadas en cualquier tipo de medida. Aunque existen otros sistemas, este es adoptado en casi todos los países. La siguiente tabla resume los sistemas más conocidos.

Sistemas de unidades
sistemalongitudMasaTiempo
InternacionalMetroKilogramosegundo
c. g. s.CentímetroGramosegundo
ingléspulgadaLibraSegundo

Al realizar Cálculos en ciencias naturales, algunas veces los datos de distancia están en kilómetros y debemos pasarlos a metros, o debemos pasar tiempos dados en horas, a segundos etc., para hacer estos cambios, utilizamos los factores de conversión, que como su nombre lo indica, permiten tomar una medida y presentarla en diferentes unidades siempre que conozcamos la equivalencia entre ellas.

Por ejemplo: 1 Km = 10Hm = 100Dm =1000m = 10000dm =100000cm =1000000mm todas estas medidas son equivalentes.

Para pasar una medida de una unidad a otra, se utilizan equivalencias como las del ejemplo anterior, pero presentadas a manera de fracción. Aunque hay otros métodos, este es sencillo y fácil de manejar.

Ejemplos de conversión:

Ejemplo 1: Presentar 15Km en metros.
Las unidades relacionadas en el ejercicio son Km y m y sabemos que 1Km = 1000m. Como vamos a eliminar la unidad kilómetros para obtener la respuesta en metros, escribimos la equivalencia anterior de la siguiente manera:

La expresión así escrita se denomina factor de conversión porque vasta multiplicarla por la cantidad inicial para obtener el resultado. La unidad que deseamos eliminar irá como denominador de la expresión. La operación se realiza así:
Eliminamos Km en la cantidad inicial y en el factor de conversión, multiplicamos 15 por 1000 y dividimos entre 1.

Ejemplo 2: Presentar 8280 segundos en horas.
Las unidades relacionadas en el ejercicio son horas y seg. Y sabemos que 1 hora = 3600 segundos. Como vamos a eliminar la unidad segundos para obtener la respuesta en horas, escribimos la equivalencia anterior de la siguiente manera:

La unidad que deseamos eliminar irá como denominador de la expresión. La operación se realiza de la siguiente manera:
Eliminamos segundos en la cantidad inicial y en el factor de conversión, multiplicamos 8280 por 1 y dividimos entre 3600.

Podemos usar factores de conversión para transformar unidades compuestas.

Ejemplo 3: Presentar una velocidad de 86 kilómetros por hora en metros por segundo.
Debemos pasar kilómetros a metros y horas a segundos. Para empezar, escribimos la cantidad inicial y multiplicamos por un factor de conversión para pasar Km a m:

Y por otro para pasar horas a segundos:
Eliminamos horas y kilómetros, multiplicamos los numeradores, luego los denominadores y dividimos los resultados:

Taller de lectura 10:

  1. ¿Qué es magnitud?
  2. ¿Qué significa medir?
  3. Complete la tabla 3, con el nombre de la magnitud medible con cada uno de los elementos dados
  4. ¿Qué es el sistema internacional de unidades? ¿Quiénes lo aceptan o adoptan?
  5. Copie la tabla que resume los sistemas de unidades
  6. ¿Qué permiten hacer los factores de conversión?
  7. Copie, con sus respectivas explicaciones, los 3 ejemplos de conversión.
  8. Coopie la tabla 4, con las equivalencias entre unidades.

    tabla 3
    Instrumento de medidaMagnitud que mide
    metro.
    cronómetro.
    tacómetro.
    odómetro.
    velocímetro.
    dinamómetro.
    nonio.
    Recipiente aforado.
    balanza.
    termómetro.
    picnómetro.
    voltímetro.
    amperímetro.

    tabla 4
    Unidad inicialEquivalencias
    1Km1000m100000cm1000000mm
    1 día24 horas1440 minutos86400 Segundos
    1pulgada0.0254m2.54cm25.4mm
    1 Kg1000gr1000000 mg2 libras
    1 pie0.3048 m30.48cm304.8mm
    1 libra0.5Kg500gr500000 mg
    1 tonelada1000 Kg1000000gr1000000000mg
  9. Realice las siguientes conversiones:
    Presentar:
    1. 25.6 Km en m
    2. 890000 m en Km
    3. 135.2 horas en segundos
    4. 17986 segundos en horas
    5. 56.5 pulgadas en m
    6. 523600 gr en Kg
    7. 19.36 pies en m
    8. 3.54m en pies
    Aplicación:
  10. El tanque de abastecimiento de agua de una casa es de 2 metros cúbicos. Exprese la capacidad del tanque en:
    1. Litros
    2. Centímetros cúbicos
  11. El periodo de rotación de la Tierra es de 24 horas. ¿Cuantos segundo tarda en realizar 2.5 rotaciones?
  12. Un vehículo se mueve con velocidad de 80 kilómetros por hora. ¿Cuánto metros se desplaza en 30 minutos?
Lectura 8 y 9: Notación Científica o Exponencial

En el estudio de la física encontramos, frecuentemente, magnitudes muy grandes o muy pequeñas que sería difícil o incomodo manejar si las escribimos en números decimales, básicamente, porque son magnitudes que distan mucho de los valores que nuestros sentidos están acostumbrados a percibir.

Por ejemplo, si nos dijeran que la masa de un electrón es 0.000000000000000000000000000000911 gr, o que la distancia entre el sol y la tierra es de 150000000000m, sería algo incómodo el enunciado oral o escrito de estas cifras. Para solucionar el problema, lo usual es presentar estos números como el producto de un dígito por una potencia de base 10. A este tipo de representación se le llama notación científica o exponencial. (Los dígitos son los números entre 1 y 9).

Consideremos, por ejemplo, el número 1000. Nuestros conocimientos de álgebra elemental nos permiten comprender que este número se puede expresar como 103, o que 560000 se puede expresar como 5.6×105.

Para presentar un número en notación exponencial, se procede como sigue:

  1. Si el número es mayor o igual que 1, o menor o igual que -1:
    • Se escribe un punto después del primer dígito, y las demás cifras diferentes de cero.
    • Se indica la multiplicación por una potencia de base diez, donde el exponente es igual al número de cifras que hay después del primer dígito.
      Ejemplo 1: Representar 100000 en potencias de 10.
      Se escribe 1×105 Porque hay 5 cifras después del primer dígito.

      Ejemplo 2: Representar 12300000 en potencias de diez.
      Se escribe 1.23×107 el exponente es 7 porque hay 7 cifras después del primer dígito
  2. Si el número es mayor que -1 y menor que 1:
    • Se escribe un punto después del primer dígito, y las demás cifras diferentes de cero.
    • Se indica la multiplicación por una potencia de base diez, donde el exponente es opuesto al número de cifras que hay desde la cifra que sigue al punto hasta el primer dígito.

      Ejemplo 3: Representar 0.001 en potencias de 10
      Se escribe 1×10-3 el exponente es -3 porque hay tres cifras desde el punto hasta el primer dígito y negativo porque el número empieza por cero.

      Ejemplo 4: Representar 0.00045 en potencias de diez
      Se escribe 4.5×10-4 el exponente es -4 porque hay 4 cifras desde el punto hasta el primer dígito y de signo negativo porque el número dado es mayor que -1 y menor que 1. Es decir que empieza por cero.

Tabla 1: leyes de la potenciación
OperaciónExplicaciónRepresentación algebraicaEjemplo
Multiplicaciónse deja la base y se suman los exponentesNa × Nb = Na+b105×107=1012
Divisiónse deja la base y se restan los exponentesNa / Nb = Na-b105÷107 =10-2
Potenciaciónse deja la base y se multiplican los exponentes(Na)b = Naxb(103)6 = 1018
Radicaciónse deja la base y se divide el exponente de la potencia entre el índice del radical
Potencias negativasSe escribe la expresión a manera de fracción, de manera que el numerador sea 1 y el denominador sea la potencia con el exponente positivoN-a = 1/Na 10-2 = 1/102
Suma y RestaSolo se pueden sumar y restar potencias si tienen la misma base y el mismo exponente.2×Na + 3×Na = 5×Na4×10-8 + 5×10-8 = 9×10-8

Para realizar operaciones con números en notación científica, los dígitos se operan normalmente y las potencias se operan según las leyes de la potenciación, resumidas en la tabla 1.

Veamos algunos ejemplos:

Ejemplo 5: 3.2×104 × 2.3×109 = 7.36×1013

Ejemplo 6: 4.8×106 ÷ 1.2×104 = 4×102

Ejemplo 7: (1.5×102)4 = 5.0625×108

Ejemplo 8: 5.12×107 + 2.8×107 = 7.92×107

Ejemplo 9:

Nota: En algunos casos, cuando al hacer la operación no se obtiene un dígito, es necesario ajustar la respuesta para que sea acorde con la definición. (Presentar las cantidades como el producto de un dígito por una potencia de base 10.)

Veamos ejemplos:

Ejemplo 10: 3.18×10-5 × 4.33×1015 = 13.769×1010 Observe que 13 no es un digito. Por tanto, debemos correr el punto un lugar a la izquierda, con lo que estaríamos dividiendo la cifra entre 10. Para no alterar la cantidad, multiplicamos entonces, la potencia por 10, aumentando 1 a su exponente. La respuesta seria: 1.3769×1011

Ejemplo 11: 4.58×1019 ÷ 5.36×1014 = 0.854×105 En este caso, cero no es un dígito. Por tanto, es necesario correr el punto un lugar a la derecha, con lo cual multiplicamos el número por 10. Debemos, entonces, dividir la potencia entre 10, restando 1 al exponente. La respuesta es: 8.54×104.

En el caso de la suma y de la resta, puede presentarse otro detalle:

Ejemplo 12: Suponga la siguiente operación: 3.1×103 + 2.5×104 Recuerde que para realizar la suma, las dos potencias deben tener el mismo exponente y este no es el caso. Entonces, se llevan las dos cantidades al exponente mayor. La cantidad 3.1×103, se transforma en 0.31×104. Como en los casos anteriores, al correr el punto a la izquierda, estamos dividiendo el número entre 10 y para no alterar la cantidad, se multiplica la potencia por 10, aumentando 1 al exponente. Luego se realiza la operación: 0.31×104 + 2.5×104 = 2.81×104. El mismo procedimiento de lleva a cabo cuando restamos.

Taller de lectura 8 y 9:

  1. ¿Qué es notación científica o exponencial?
  2. ¿A qué números llamamos dígitos?
  3. Represente el número 1000 como una potencia de base 10
  4. ¿Cómo se procede para representar un número en notación exponencial, si el número es mayor o igual que 1 o menor o igual que −1?
  5. Copie, con su explicación, los ejemplos 1 y 2
  6. Copie y complete la siguiente tabla:
    Número decimalDígitoPotenciaNumero en notación científica
    63500000006.351096.35×109
    900000...
    140000000000...
    912000000000000...
    3000000...
    856000000000000000...
  7. ¿Cómo se procede para representar un número en notación exponencial, si el número es mayor que −1 y menor que1?
  8. Copie, con su explicación, los ejemplos 3 y 4
  9. Copie y complete la siguiente tabla:
    Número decimalDígitoPotenciaNumero en notación científica
    0.00002362.3610-52.36×10-5
    0.000000658...
    0.000000032...
    0.0000000000022...
    0.00067...
    0.0000121...
  10. ¿Cómo se procede para realizar operaciones con números en notación científica?
  11. Copie la tabla 1 que resume las leyes de la potenciación
  12. Copie los ejemplos 5 a 9
  13. ¿Cómo se procede cuando al hacer la operación no se obtiene un dígito?
  14. Copie, con su explicación, los ejemplos 10 y 11
  15. Copie, con su explicación, el ejemplo 12
  16. Realice los siguientes ejercicios:
    a. 3.2×106 × 2.19×108b. 2.11×10-3 × 3.25×109
    c. 8.96×10-6 ÷ 3.24×1012d. 7.2×107 ÷ 4.1×103
    e. (3×1022f. (3.15×105)3
    g. h.
    i. 2.6×104 + 3.1×105j. 9.05×10-6 + 1.1×10-5
    k. 3.69×1021 − 2.65×1020l. 5.23×108 − 6.55×107
  17. La distancia entre el Sol y la Tierra es de 150 millones de kilómetros. Represente esta cantidad en notación exponencial.
  18. En química se conoce el mol, como una cantidad de materia que contiene 6.02×1023 átomos o moléculas. ¿Cuántos ceros tendría esta cifra si la escribiéramos como un número entero?
  19. En informática, un Terabyte consta de 1024000000 Bytes. Represente la cifra en notación exponencial.

sábado, 3 de marzo de 2012

Lectura 7: ¿Qué es física?

Cuando realizas tus estudios de secundaria, te dividen el plan de estudios en cuatro áreas: matemáticas, lenguas, ciencias sociales y ciencias naturales. Dentro del área de ciencias naturales están asignaturas como biología, química y física. Estas asignaturas se ocupan de estudiar nuestro entorno, nuestro mundo físico viviente y no viviente, y las leyes que lo rigen. La física en particular, se encarga de estudiar las leyes que rigen el universo. Fenómenos como el movimiento de los cuerpos, las fuerzas que determinan su equilibrio, la luz, el calor, la electricidad y el magnetismo, y el comportamiento de los fluidos entre otros, son tema de análisis conceptual y de aplicación de esta interesante materia. Como en otras materias, su importancia radica en sus aplicaciones. Por ejemplo, los conceptos de movimiento y equilibrio son indispensables en ingenierías como la mecánica y civil, la luz tiene sus aplicaciones en óptica, el conocimiento de la electricidad y el magnetismo nos permiten gozar de toda la tecnología del mundo moderno y mantienen nuestra calidad de vida. En conclusión, a cada paso que demos y en cada dirección en que miremos nos encontraremos con las maravillas de la física. En campos un poco más filosóficos, la física nos da ideas claras a cerca del origen del universo, de su evolución y comportamiento y nos plantea preguntas relacionadas con nuestra trayectoria y función como especie pensante. Sus conceptos, aplicables o no, son base del desarrollo de otras ciencias de la naturaleza. La biología y la química se sirven de muchos conocimientos de la física. Por esta razón se dice que la física es la madre de todas las ciencias.

Dada la cantidad de fenómenos que abarca la física, su estudio se ha divido en varias ramas:

  • Mecánica: es el estudio del movimiento de los cuerpos. De manera que cuando estudiamos el movimiento de caída de un cuerpo, el movimiento de los planetas, el choque de los automóviles, etc., estamos estudiando fenómenos mecánicos.

  • Termodinámica: estudia fenómenos térmicos. Desde el cambio de temperatura de un cuerpo sensible al tacto, la fusión de un trozo de hielo, o la dilatación de un cuerpo caliente, hasta el funcionamiento de diversas clases de motores.

  • Movimiento ondulatorio estudia las ondas, sus propiedades y sus aplicaciones. Entre las ondas, están fenómenos como el sonido, las ondas de radio, la luz, los rayos X, los rayos ultravioleta, los rayos laser y los rayos cósmicos entre otros.

  • Óptica: estudia los fenómenos visibles relacionados con la luz, como la formación de imágenes en un espejo, la observación de objetos distantes o muy pequeños a través de un lente, o la relación entre las propiedades de la luz con los colores.

  • La electricidad: estudia fenómenos eléctricos y magnéticos. El comportamiento de los imanes, los relámpagos, las atracciones y repulsiones entre cuerpos electrizados y el funcionamiento de los aparatos electrodomésticos.

  • La física moderna: abarca conceptos un poco más complejos como la estructura de los átomos, la radiactividad y algunas teorías como la teoría de la relatividad de Einstein.

Al igual que las demás ciencias naturales, la física construye sus conceptos con base en el método científico, en el cual son fundamentales la observación, el planteamiento de hipótesis y la experimentación como soporte de sus leyes y teorías. Un elemento importante de la observación, es la medición, la comparación de la duración, intensidad, tamaño, etc., de un fenómeno, frente a un patrón de medida establecido.

Hipótesis: Es una afirmación, relacionada con un fenómeno natural, que espera ser refutada o sustentada por medio de la experimentación demostrativa.
Teoría: En ciencias, una teoría es un conjunto de observaciones y experimentos que permiten explicar adecuadamente un fenómeno natural y predice el comportamiento de ese fenómeno si se alteran algunas de sus variables.
Lo que hace más importante a una teoría, es su fundamentación conceptual y experimental demostrativa, pues esta debe poderse probar repetidamente y debe explicar fenómenos reales.

Taller de lectura 7:

  1. ¿De qué se ocupa la biología, la química y la física?
  2. ¿De qué se encarga la física en particular?
  3. ¿por qué es importante la física? ¿qué fenómenos son tema de análisis conceptual y de aplicación de esta interesante materia?
  4. ¿En qué radica la importancia de la física? De 4 ejemplos
  5. En campos un poco más filosóficos ¿qué ideas claras obtenemos de la física?
  6. ¿Por qué se dice que la física es la madre de todas las ciencias?
  7. Defina cada una de las ramas de la física y de ejemplos de cada una
  8. Relacione con una línea, los conceptos de la columna de la izquierda con una de las aplicaciones de la columna de la derecha.
    Conceptoaplicación
    a. Óptica 1. Motores de combustión interna
    b. Mecánica 2. Rayos X y aplicaciones de radioterapia
    c. Electricidad y magnetismo 3. Bicicletas
    d. Radiactividad 4. Gafas, lupas, telescopios y microscopios
    e. Movimiento ondulatorio 5. Computadores y hornos microondas
    f. Termodinámica 6. Alto parlantes y estaciones de radio

  9. ¿Cómo construye la física sus conceptos?
  10. ¿qué pasos o procesos, son fundamentales en el método científico?
  11. ¿Qué es hipótesis?
  12. ¿Qué es teoría?
  13. ¿Qué es lo que hace más importante a una teoría?
  14. Un elemento importante en la observación es la medición. ¿Qué es la medición?
  15. Escriba el nombre del instrumento con el cual mediría cada uno de los siguientes fenómenos:
    1. la longitud del cuerpo de una ballena
    2. la temperatura de una persona
    3. la masa de una bolsa de arroz
    4. la velocidad de un vehículo
    5. El tiempo que transcurre mientras va de la casa al colegio
Lectura 6: LAS MAQUINAS

Desde la antigüedad, el hombre ha ideado instrumentos que le facilitan su labor: las hachas de piedra, los palos y las hondas fueron las primeras máquinas que utilizo el hombre.

Con el pasar de los siglos, se han ido diseñando dispositivos cada vez más complejos y facilitadores de las tareas que el hombre realiza.

En este tema te invitamos a hacer un interesante recorrido Por el mundo de las máquinas y sus aplicaciones.

CONCEPTOS BÁSICOS
Una máquina es un dispositivo que, al transformar las fuerzas que se aplican sobre ella, disminuye el esfuerzo necesario para realizar un trabajo.

Por esto, las máquinas aumentan la eficiencia del trabajo que el hombre debe realizar.

Si no tuviéramos máquinas, tendríamos que desarrollar todas nuestras actividades únicamente con la fuerza de nuestros músculos.

Así, si tuviéramos que subir un bulto de cemento hasta el quinto piso de un edificio, podríamos hacerlo de dos formas: cargando directamente el bulto sobre el hombro y subiendo por la escalera, o bien elevándolo verticalmente con ayuda de una polea. Como ves, en el último caso el esfuerzo a realizar es menor.

ELEMENTOS DE UNA MÁQUINA
Aunque existen máquinas más complejas que otras, en todas ellas se pueden distinguir tres elementos:

  • La fuerza motriz o potencia (Fm), es la fuerza que hay que aplicar para hacer funcionar la máquina.
  • La fuerza de resistencia (Fr), es la fuerza que se quiere vencer con ayuda de la máquina.
  • El punto de apoyo o fulcro, es el punto alrededor del cual giran la fuerza motriz o potencia y la fuerza de resistencia.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS

  • Las máquinas necesitan energía. Ninguna máquina puede funcionar por sí sola. Toda máquina necesita energía para realizar su trabajo. Por eso, las máquinas dejan de funcionar cuando se les agota la energía. Algunas máquinas obtienen la energía de los combustibles Por ejemplo, cuando se acaba la gasolina que mueve el motor de un automóvil nos quedamos varados.

  • Las máquinas transforman la energía. Por ejemplo, el motor de una licuadora convierte la energía eléctrica que recibe en movimiento; una turbina transforma la energía cinética del agua en electricidad; una polea convierte la energía muscular en movimiento

  • Las máquinas no aprovechan toda la energía que reciben. Ni toda la energía que recibe una máquina se emplea para vencer la fuerza de resistencia y realizar un trabajo útil, sino que parte de ella se pierde debido a la fricción o rozamiento. La fricción es una fuerza que dificulta el movimiento de un cuerpo cuando se desliza sobre otro. Por ejemplo, parte de la energía que necesita un avión para desplazarse se pierde en la fricción de su fuselaje con el aire.

CLASES DE MÁQUINAS
De acuerdo con sus características, las máquinas se pueden clasificar en: máquinas simples y máquinas compuestas.

MÁQUINAS SIMPLES
Una máquina simple es la que tiene un solo punto de apoyo o fulcro.

Las máquinas simples son: el plano inclinado, la cuña, la palanca, el eje, el tornillo, la pala, la polea, el descorchador y el torno.

LAS PALANCAS
La palanca es la máquina simple más utilizada. Está formada por una barra rígida que se apoya en un fulcro. La distancia del fulcro al punto donde se aplica la fuerza motriz se llama brazo motor. La distancia del fulcro al punto donde está la fuerza de resistencia se llama brazo de resistencia.

Entre más largo sea el brazo motor y más corto el brazo de resistencia, la fuerza motriz necesaria para mover un mismo objeto será menor.

Según la forma como estén situados sus elementos, las palancas se clasifican en:

  • Palanca de primer género. Es la que tiene el punto de apoyo entre el punto donde se aplica la fuerza motriz y el punto donde se aplica la fuerza de resistencia. Las tijeras y las tenazas son palancas de primer género

  • Palanca de segundo género. Es la que tiene el punto de apoyo en un extremo, la fuerza motriz en el otro extremo y la fuerza de resistencia en el centro. El cascanueces y la carretilla son palancas de segundo género.

  • Palanca de tercer género. Es la que tiene el punto de apoyo en un extremo, la fuerza de resistencia en el otro y la fuerza motriz en el centro. Las pinzas son palancas de tercer género

LA RUEDA
El dispositivo constituido por la rueda y el eje, es la máquina simple más importante inventada por el hombre. Podríamos afirmar que prácticamente todas las máquinas compuestas poseen ruedas y ejes en su estructura.

La rueda y el eje funcionan como una palanca: el radio de la rueda y el radio del eje corresponden a los brazos de la palanca.

Al utilizar una rueda se logra que la fuerza aplicada sea dos veces menor que la fuerza obtenida para mover un objeto.

LA POLEA FIJA

La polea fija es una máquina simple formada por un disco que gira alrededor de un eje. El disco lleva un surco por el que se pasa una cuerda. En la polea fija no hay multiplicación de la fuerza que se aplica, es decir que la fuerza motriz es igual a la fuerza de resistencia.

Lo que se consigue con la polea es cambiar el sentido en el que debe ejercerse la fuerza motriz. Precisamente, allí radica su utilidad, pues haciendo que la fuerza motriz tenga el mismo sentido que la fuerza de resistencia, se reduce el esfuerzo.

MÁQUINAS COMPUESTAS
Una máquina compuesta es la que está constituida por la combinación de varias máquinas simples. La grúa, el motor y la bicicleta son ejemplos de máquinas compuestas.

LOS SERES VIVOS MÁQUINAS EFICACES
LOS SERES VIVOS Y LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA

Desde el punto de vista de la física se puede considerar a los seres vivos como auténticas máquinas compuestas, capaces de transformar eficazmente la energía y de realizar un trabajo.

Los alimentos que consumen los seres vivos almacenan una clase especial de energía, llamada energía química. Gracias al funcionamiento de la máquina que es el cuerpo de los seres vivos, la energía química se puede convertir en impulsos nerviosos (energía eléctrica), en alteraciones de la temperatura gracias al aparato circulatorio (energía térmica), a veces en energía luminosa (como en las luciérnagas) y, sobre todo, en movimiento (energía mecánica).

Los seres vivos aprovechan la energía mecánica en la realización de trabajos muy diversos y de gran interés para su supervivencia: los tropismos vegetales, los movimientos de las células, la circulación de los líquidos corporales, el desplazamiento de los animales, el trabajo manual e intelectual de los hombres, etc.

PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO

Nuestro aparato locomotor nos permite desplazarnos, poner en movimiento nuestros miembros y mantener la postura que queramos. Desde el punto de vista de la física, el aparato locomotor puede considerarse como una máquina compuesta, formada por diferentes palancas.

La forma y el funcionamiento de estas palancas están determinados por la manera como los músculos (órganos activos) y los huesos (órganos pasivos) interactúan. A continuación veremos algunas de las palancas que encontrarnos en el cuerpo humano:

Palanca de primer género: Al empujar una puerta con la mano la fuerza necesaria para mover la puerta la ejerce un músculo del brazo: el tríceps. El sistema conformado por este músculo, el codo y la mano es un ejemplo de palanca de primer género. El tríceps ejerce la fuerza motriz, el punto de apoyo se encuentra en el codo y la puerta que empujamos con la mano, ejerce la fuerza de resistencia.

Palanca de segundo género: cuando nos levantamos sobre las puntas de nuestros pies, la fuerza necesaria para contrarrestar el peso de nuestro cuerpo la ejerce una pareja de músculos de la pantorrillas: los gemelos. El sistema conformado por este par de músculos, por el tarso del pie y por la punta del pie es un ejemplo de palanca de segundo género. Los gemelos ejercen la fuerza motriz necesaria para levantar nuestro cuerpo, el peso de nuestro cuerpo, aplicado sobre el tarso, es la fuerza de resistencia y las puntas de los pies son el punto de apoyo.

Palanca de tercer género: cuando levantamos una pesa con la mano, la fuerza necesaria para levantar dicha pesa la ejerce un músculo del brazo: el bíceps. El sistema conformado por este músculo, el codo y el peso que se levanta es un ejemplo de palanca de tercer género La pesa es la fuerza de resistencia, el bíceps ejerce la fuerza motriz y el codo es el punto de apoyo. Las palancas de tercer género son las más frecuentes en el cuerpo de los animales.

Aunque con este tipo de palancas se debe ejercer fuerzas motrices más intensas de las que se quieren vencer, también son palancas que permiten realizar movimientos más rápidos.

Taller de lectura 6:

  1. ¿Cuáles fueron las primeras máquinas que utilizó el hombre y que buscaba con ello?
  2. ¿Qué es una máquina?
  3. Defina cada uno de los elementos de una máquina
  4. Escriba cada una de las características de las máquinas
  5. ¿Qué es una máquina simple? Escriba los ejemplos
  6. ¿Qué es una palanca y cómo está formada?
  7. ¿A qué se le llama brazo motor y brazo de resistencia?
  8. Defina palancas de primer género, segundo género y tercer género, y de ejemplos de cada uno
  9. Dibuje, con su descripción, la figura que muestra las clases de palancas
  10. ¿Cuál es la máquina simple más importante inventada por el hombre y qué relación tiene esta con las máquinas compuestas?
  11. ¿Qué es una polea fija?
  12. ¿Qué se consigue con la polea y en qué radica su utilidad?
  13. Dibuje una polea fija y sus elementos
  14. ¿Qué es una máquina compuesta? De tres ejemplos
  15. Desde el punto de vista físico, ¿Cómo se puede considerar a los seres vivos?
  16. ¿Cómo se llama la energía que almacenan los alimentos?
  17. Gracias a la máquina que es el cuerpo ¿En que se puede convertir la energía química?
  18. ¿En qué aprovechan los seres vivos la energía mecánica? Escriba 6 ejemplos
  19. ¿Qué nos permite nuestro aparato locomotor?
  20. Desde el punto de vista físico, ¿Cómo puede considerarse el aparato locomotor?
  21. ¿Cómo están determinadas la forma y el funcionamiento de las palancas en el cuerpo humano?
  22. Describa el funcionamiento de una palanca de primer género, una de segundo género y una de tercer género en el cuerpo humano.
  23. Dibuje un ejemplo de palanca en el cuerpo humano, ubicando sus elementos.

viernes, 2 de marzo de 2012

Lectura 5: ENERGÍA CINÉTICA Y ENERGÍA POTENCIAL

ENERGÍA CINÉTICA:
La energía cinética es aquella que poseen los cuerpos en movimiento. Todo cuerpo en movimiento puede transmitir ese movimiento a otros cuerpos que se encuentran en reposo. Es decir, que puede transferir energía y efectuar un trabajo. Por ejemplo, las aspas de un molino, que han sido puestas en movimiento por la fuerza del viento, son capaces a su vez de desplazar la rueda del molino

La energía cinética que tiene un cuerpo en un momento determinado depende de la masa de dicho cuerpo y de la velocidad con la que se mueve.

Entre más masa posea el cuerpo que se mueve, mayor será su energía cinética. Así, una bola de bolos posee más energía cinética que una bola semejante hecha de icopor. Si lanzáramos esta última contra unos pines, no lograríamos tumbar tantos como lo haríamos con la primera.

Entre más velocidad posea el cuerpo que se mueve, mayor será su energía cinética. Así, un camión que se mueve a gran velocidad tiene mucha más energía cinética que un camión que apenas se desplaza.

Podemos calcular la energía cinética de un cuerpo con ayuda de la siguiente ecuación matemática:

En donde:
Ec es la energía cinética, expresada en julios (J).
m es la masa, expresada en kilogramos (kg).
v es la velocidad, expresada en metros por segundo (m/s).

ENERGÍA POTENCIAL
No sólo los cuerpos que se están moviendo pueden producir trabajo.

También los cuerpos que están en reposo pueden hacerlo. La energía potencial es aquella que poseen los cuerpos en reposo capaces de realizar un trabajo. Así, un bulto de arena tiene la capacidad de producir un trabajo al caer desde una altura de 5m (por ejemplo, puede levantar del suelo otro bulto de arena con el cual está conectado por medio de una polea). Por esto decimos que la energía potencial es la energía que posee un cuerpo debido a su posición (con respecto al suelo o a otro cuerpo tomado como referencia), a su forma, al material del cual está hecho, etc.

Si consideramos la energía que tiene un cuerpo debido a su posición respecto a la superficie terrestre, ésta recibe el nombre de energía potencial gravitatoria.

En las inmediaciones de la Tierra, la energía potencial que tiene un cuerpo en un momento determinado depende de la masa de dicho cuerpo y de su altura respecto a la superficie del planeta.

  • A mayor altura mayor energía potencial. Por ejemplo, una roca de gran tamaño, situada a una altura de 100 metros tiene mucha más energía potencial que la misma roca situada a 50 metros de altura.
  • A mayor cantidad de masa mayor energía potencial. Por ejemplo, una roca de 30 kilogramos de masa situada a 50 metros de altura tiene más energía potencial que una pelota de 100 gramos de masa situada a la misma altura.
Podernos calcular la energía potencial gravitatoria con ayuda de la siguiente ecuación matemática:

Ep = m g h

En donde:
Ep es la energía potencial gravitatoria del cuerpo, expresada en julios (J).
m es la masa del cuerpo, expresada en kilogramos (kg).
g es la aceleración de la gravedad, expresada en metros por segundo al cuadrado (m/s2). Su valor en la Tierra es de 9,8 m/s2.
h es la altura a la cual se encuentra el cuerpo, expresada en metros.

ENERGÍA MECÁNICA
La energía mecánica es el resultado de la combinación de la energía cinética y la energía potencial. Por ejemplo, la energía mecánica que posee un bulto de arena que está cayendo al suelo es la suma de la energía debida a su movimiento más la energía debida a su posición en ese momento.

Energía mecánica (E) = Energía cinética (Ec) + Energía potencial (Ep)

Ten en cuenta que:

  • A medida que la energía cinética aumenta, la energía potencial disminuye.
  • A medida que la energía potencial aumenta, la energía cinética disminuye.
  • A pesar de que se den estas variaciones, la energía mecánica permanece constante.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
La cantidad total de energía que interviene en todos los fenómenos del universo no aumenta ni disminuye, independientemente de cómo, cuándo y dónde ocurran dichos fenómenos. Sin embargo, aunque la cantidad total de energía no varia, la energía se transforma constantemente de unas formas en otras, lo que significa que, si un cuerpo pierde cierta cantidad de energía, necesariamente hay otro cuerpo que gana la misma cantidad de energía. Dicho de otro modo, la energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma. Este enunciado constituye una ley conocida como principio de conservación de la energía.

En el universo ocurren una multitud de cambios y transformaciones de la energía. Dos casos particulares de estas transformaciones son:

La energía mecánica puede transformarse en calor. Cuando frotamos nuestras manos una contra otra, observamos que éstas se calientan. Esto se debe a que parte de la energía mecánica que se produce con el movimiento de los cuerpos se transforma en calor

El calor puede transformarse en energía mecánica. El calor es una forma de energía, si calentamos agua en un recipiente cerrado con un tapón, al cabo de cierto tiempo dicho tapón salta. Esto se debe a que el calor que se le ha suministrado al agua hace que sus moléculas comiencen a moverse rápidamente, convirtiéndose en vapor. La energía mecánica del vapor es la que empuja el tapón.

Cierto tipo de máquinas, llamadas máquinas térmicas, aprovechan este fenómeno para transformar el calor en otros tipos de energía.

Así funcionan la máquina de vapor y la turbina de vapor

Taller de lectura 5:

  1. ¿Qué es energía cinética?
  2. ¿Qué puede transmitir un cuerpo en movimiento a otros cuerpos en reposo? De un ejemplo
  3. ¿De qué depende la energía cinética de un cuerpo en un momento determinado?
  4. ¿Cómo influye la masa de un cuerpo que se mueve, en su energía cinética?
  5. ¿Cómo influye la velocidad de un cuerpo en su energía cinética?
  6. Escriba la ecuación que permite calcular la energía cinética de un cuerpo ¿Qué significan las variables (Ec, m, v) y en qué unidades se expresan?
  7. ¿Qué es la energía potencial?
  8. ¿A qué se debe la energía potencial que posee un cuerpo?
  9. ¿Qué es la energía potencial gravitatoria?
  10. En inmediaciones de la tierra, ¿De qué depende la energía potencial que tiene un cuerpo?
  11. ¿Cómo influye la altura a la que se encuentra un cuerpo, en su energía potencial? De un ejemplo
  12. ¿Cómo influye la masa de un cuerpo en su energía potencial?
  13. Escriba la ecuación para calcular la energía potencial. ¿qué significan las variables (Ep, m, g, h) y en qué unidades se expresan?
  14. ¿Cuál es el valor de la aceleración de gravedad (g), en el planeta Tierra?
  15. ¿Qué es la energía mecánica? De un ejemplo
  16. Escriba la siguiente igualdad: Energía mecánica = energía cinética + energía potencial ¿Qué se debe tener en cuenta para mantener esta igualdad?
  17. ¿Qué dice la ley de conservación de la energía?
  18. ¿Qué significa que la energía se transforme constantemente?
  19. Dé un ejemplo de la transformación de energía mecánica en calor
  20. Dé un ejemplo de la transformación de calor en energía mecánica
Lectura 4: TRABAJO, ENERGIA Y POTENCIA

Con frecuencia utilizamos las palabras trabajo y energía. Muchas veces nos sentimos con capacidad y entusiasmo para practicar deportes, estudiar o trabajar. Sin embargo, otras veces no tenemos el mismo entusiasmo para desarrollar ninguna actividad; por ejemplo, el simple hecho de ir de una habitación a otra, nos cansa muchísimo.

En el primer caso, decimos que estamos llenos de energía y en el segundo que nos falta. Te invitamos en este tema a identificar, desde el punto de vista de la física, los conceptos de energía y trabajo.

LAS FUERZAS Y EL DESPLAZAMIENTO
Además de clasificarse en fuerzas de contacto y fuerzas a distancia, las fuerzas pueden agruparse en dos grandes grupos:

  • Las fuerzas que se desplazan mientras actúan sobre los cuerpos. Por ejemplo, la fuerza que ejerce un caballo que hala de un carro.
  • Las fuerzas que no se desplazan mientras actúan sobre los cuerpos. Por ejemplo, la fuerza qué ejerce una columna que sostiene un techo

EL TRABAJO QUE UNA FUERZA REALIZA
Las fuerzas que se desplazan mientras actúan sobre los cuerpos son las responsables de producir y mantener el desplazamiento de dichos cuerpos. Por tanto, las fuerzas que desplazan un cuerpo son las únicas capaces de realizar un trabajo. Por el contrario, las fuerzas que no logran desplazar un cuerpo no realizan un trabajo.

La magnitud del trabajo realizado por una fuerza que se aplica sobre un cuerpo depende tanto de la intensidad de la fuerza como del desplazamiento producido por dicha fuerza.

El trabajo realizado aumenta, en la medida en que la intensidad de la fuerza aplicada sea mayor. Así, se hace más trabajo al levantar un bulto lleno de cemento a un metro del piso, que al levantar un metro ese mismo bulto pero lleno de plumas.

El trabajo realizado aumenta, en la medida en que el desplazamiento del cuerpo, sobre el que actúa la fuerza, sea mayor. Así, se hace más trabajo al tirar de un carro durante 100 metros que al tirar de ese mismo carro durante sólo 10 metros.

El trabajo se mide en unidades llamadas julios, cuyo símbolo es J.

Un julio es el trabajo que realiza una fuerza de un newton para desplazar un cuerpo una distancia de un metro.

Podemos calcular el trabajo con ayuda de la siguiente ecuación:

W = F × d
En donde:
W es el trabajo realizado, expresado en julios (J)
F es la fuerza aplicada, expresada en newton (N)
d es el desplazamiento efectuado por el cuerpo, expresado en metros (m)

LA ENERGÍA Y LA POTENCIA
La energía interviene en todos los fenómenos que ocurren en el universo. Se necesita energía para levantar una maleta del piso, para que una bombilla alumbre o para que nuestros alimentos se cocinen.

Aunque la energía es difícil de definir, es fácil saber cuándo un cuerpo tiene energía y cuándo no la tiene. Si alguien es capaz de cargar cajas durante un buen tiempo, decimos que tiene mucha energía. Por el contrario, si alguien no es capaz de dar un paseo sin cansarse, decimos que tiene poca energía.

Diremos, entonces, que la energía es la capacidad que tiene un cuerpo para realzar un trabajo.

Cuando se realiza un trabajo, la energía se transmite de unos cuerpos a otros. El cuerpo que realiza un trabajo transmite parte de su energía al cuerpo sobre el cual realiza el trabajo. Por ejemplo, cuando un niño lanza una pelota, transmite parte de la energía de sus músculos a la pelota, logrando que la pelota se mueva.

Según lo dicho, para medir la energía que se transmite de un cuerpo a otro, se mide el trabajo que el primer cuerpo ha realizado sobre el segundo. Por esta razón, la energía se expresa en las mismas unidades que el trabajo, es decir en julios (J).

LA POTENCIA
No todas las fuerzas que realizan un trabajo son iguales: Algunas fuerzas realizan el mismo trabajo que otras, pero lo hacen en menos tiempo. Así, un tractor necesita mucho menos tiempo para arar un campo que un par de mulas. Algunas fuerzas realizan más trabajo que otras, justamente en el mismo tiempo. Así, un ciclista que pedalea cuesta arriba durante un segundo realiza más trabajo que otro que pedalea cuesta abajo durante el mismo segundo.

Decimos, entonces, que La potencia indica la relación que existe entre el trabajo realizado y el tiempo que se ha empleado para realizarlo.

CÁLCULO DE LA POTENCIA
La potencia se mide en unidades llamadas vatios, cuyo símbolo es w. Un vatio es la potencia desarrollada por una fuerza de un newton que realiza un trabajo equivalente a un julio durante un segundo.

Podemos calcular la potencia con ayuda de la siguiente ecuación matemática:

En donde:
P es la potencia desarrollada, expresada en vatios (W).
w es el trabajo realizado, expresado en julios (J).
t es el tiempo empleado, expresado en segundos (s).

Aunque atendiendo al (SI), la potencia se mide en vatios, existen dos unidades de potencia que, en la práctica, se utilizan más que el vatio. Estas dos unidades son:

  • El kilovatio (Kw), que equivale a 1.000 vatios.
  • El caballo de vapor (hp), que equivale a 735 vatios y recibe este nombre por ser aproximadamente, la potencia que desarrolla un caballo de tiro.
Taller de lectura 4:
  1. Además de clasificarse en fuerzas de contacto y fuerzas a distancia, ¿En qué otra forma pueden agruparse las fuerzas? De un ejemplo de cada una
  2. ¿De qué son responsables las fuerzas que se desplazan mientras actúan sobre los cuerpos?
  3. ¿Qué fuerzas son capaces de realizar un trabajo? ¿Qué fuerzas no realizan trabajo?
  4. ¿De qué depende la magnitud del trabajo realizado por una fuerza?
  5. ¿En qué medida aumenta el trabajo en relación con la intensidad de la fuerza aplicada? De un ejemplo
  6. ¿en qué medida aumenta el trabajo en relación con el desplazamiento del cuerpo? De un ejemplo
  7. ¿En que unidades se mide el trabajo y cuál es su símbolo?
  8. ¿Qué es un julio?
  9. Copie la ecuación con la cual podemos calcular el trabajo. ¿Qué significan las letras (w, F, d) y en qué unidades se expresa cada una?
  10. ¿En qué fenómenos interviene la energía? De ejemplos
  11. ¿Qué es la energía?
  12. ¿Qué pasa con la energía cuando se realiza un trabajo? De un ejemplo
  13. ¿por qué razón, la energía se mide en las mismas unidades que el trabajo?
  14. ¿Qué indica la potencia?
  15. ¿En que unidades se mide la potencia y cual es su símbolo?
  16. ¿Qué es vatio?
  17. Copie la ecuación matemática que permite el cálculo de la potencia ¿Qué significan las letras (P, w, t) y en qué unidades se expresa cada una?
  18. ¿Qué unidades de potencia se utiliza más que el vatio? Defina cada una.
Lectura 3: LAS FUERZAS

Piensa en un jugador de fútbol que se dispone a patear el balón con el objetivo de hacer un gol. Para lograrlo, es importante desde luego, la fuerza con la cual lo empuja, si un físico fuera el entrenador de este jugador, diría que la intensidad de la fuerza que el jugador imprime al balón es determinante. También diría que la posición en la cual se coloca el balón, a ras de la cancha y junto al arco, es tan importante (o aún más), Para que al portero le sea más difícil pararlo. Así pues, para ayudarte a hacer goles la próxima vez que juegues fútbol, en este tema estudiaremos los elementos de una fuerza.

ASPECTOS GENERALES

EFECTOS DE UNA FUERZA
Una fuerza es toda acción capaz de:

  • Cambiar el estado de reposo de un cuerpo, es decir poner en movimiento un cuerpo que estaba detenido. Así, para que un carrito que está quieto comience a moverse, hay que empujarlo o halar de él, aplicándole una fuerza

  • Cambiar el estado de movimiento de un cuerpo, es decir, detener un cuerpo que se encuentra en movimiento. Por ejemplo, para detener el balón que un jugador lanza a la cancha contraria en un partido de voleibol, la defensa tiene que ejercer una fuerza sobre el balón, con sus manos, que logre pararlo.

  • Producir deformaciones en un cuerpo, es decir hacer cambiar la forma de los objetos. Seguramente, habrás observado que al apretar una bomba con las manos, ejercemos sobre ella una fuerza y la deformamos.

CLASES DE FUERZAS
Existen dos clases de fuerzas:

  • Las fuerzas de contacto son aquellas en las que el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto directo con el cuerpo sobre el cual se aplica dicha fuerza. Por ejemplo, el jugador que golpea con su cabeza un balón, ejerce con su cabeza una fuerza de contacto sobre el balón

  • Las fuerzas a distancia son aquellas en las que el cuerpo que ejerce la fuerza no está en contacto directo con el cuerpo sobre el cual se aplica dicha fuerza. Por ejemplo, un imán que atrae unas puntillas ejerce una fuerza a distancia sobre éstas, ya que las atrae sin tocarlas

La fuerza de gravedad, es la fuerza que determina la atracción entre los cuerpos (por ejemplo, la atracción que la Tierra ejerce sobre la Luna y la fuerza con que se atraen los planetas), también es una fuerza que actúa a distancia. A esta fuerza se debe el funcionamiento y la manera como está organizado el universo.

Otro fenómeno que se explica por la fuerza de gravedad, es la forma como caen las gotas de agua durante la lluvia.

EL PESO ES UNA FUERZA
El efecto que tiene la gravedad sobre los cuerpos se denomina peso.

El peso no es una propiedad de los cuerpos, sino que es el resultado de la interacción de éstos con la Tierra. En otras palabras, el peso es una fuerza. Dicha fuerza se representa como una flecha que siempre se dirige hacia abajo, hacia el centro de la Tierra.

Comúnmente, las personas confunden los términos peso y masa.

Debes saber entonces, que la masa sí es una propiedad de los cuerpos, y se refiere a la cantidad de materia que posee un cuerpo.

Seguramente te habrás dado cuenta de que los cuerpos que poseen más masa, es decir que poseen más materia en su volumen, son los más pesados. Esto ocurre, porque la fuerza de gravedad es mayor en objetos con mayor masa que en objetos con menor masa. Piensa, por ejemplo, en el esfuerzo que necesitarías para levantar un bloque de concreto.

Con toda segundad, y sin necesidad de intentarlo, tu experiencia te dirá que una almohada o una manzana '"pesan menos". Esto se explica porque una cantidad precisa de plumas o de pulpa de manzana poseen menos masa que la misma cantidad de concreto. Si trasladamos un cuerpo a otro planeta, distinto a la Tierra, aunque su masa se mantenga siempre igual, su peso se modificará de acuerdo con la fuerza de gravedad que este planeta ejerza sobre él. Si, por el contrario, el cuerpo se encuentra en el espacio, libre del efecto de la fuerza de gravedad de cualquier planeta, aunque su masa se mantenga, el valor de su peso será cero.

EL NEWTON. UNIDAD DE FUERZA
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la fuerza se mide en una unidad llamada newton. El símbolo con que se designa esta unidad es N. Un Newton es la fuerza que hay que hacer para levantar del suelo un cuerpo de 102 gramos de masa hasta la altura de 1 metro.

ELEMENTOS DE UNA FUERZA
Sobre un cuerpo se pueden ejercer diferentes fuerzas y cada una de ellas puede producir un efecto distinto sobre él. Piensa, por ejemplo, en lo que ocurre cuando empujas una mesa y en lo que ocurre cuando la golpeas. Aunque en ambos casos aplicas una fuerza sobre ella, el resultado de tu fuerza es diferente. Por esto, para distinguir una fuerza de otra, es necesario conocer los factores que las determinan.

En una fuerza se pueden distinguir los siguientes elementos: la dirección, el sentido, la intensidad y el punto de aplicación.

  • La dirección de una fuerza indica la forma como se ejerce esa fuerza (horizontal, vertical, oblicua.)
  • El sentido de una fuerza indica el lugar hacia el cual se ejerce esa fuerza (hacia arriba, hacia abajo, hacia la izquierda...)
  • La intensidad de una fuerza es el valor de esa fuerza expresada en Newton y se mide por medio de un aparato llamado dinamómetro
  • El punto de aplicación de una fuerza es la parte del cuerpo sobre la cual se ejerce esa fuerza (en su parte superior, en su parte inferior, en uno de sus lados, etc.)
Así, si ejercemos una fuerza de 100 N para levantar un cuerpo del suelo, el punto de aplicación de esa fuerza será la parte del cuerpo que tocamos con la mano, su dirección vertical, su sentido ascendente y su intensidad 100 N.

COMPOSICIÓN DE FUERZAS
Normalmente, sobre un cuerpo actúan dos o más fuerzas al mismo tiempo. La acción combinada de estas fuerzas es equivalente a una sola fuerza. En estos casos se dice que se da una composición de fuerzas.

COMPOSICIÓN DE FUERZAS DE IGUAL DIRECCIÓN

Si ejercemos dos o más fuerzas sobre un mismo punto de aplicación con igual dirección e igual sentido, la fuerza resultante, que en adelante llamaremos R, tiene el mismo sentido de las fuerzas aplicadas y su intensidad es la suma de las intensidades de las mismas Si ejercemos dos fuerzas sobre un mismo punto de aplicación, con igual dirección pero con diferente sentido, la fuerza resultante R tiene el sentido de la fuerza mayor y su intensidad resulta ser la resta de ambas intensidades

COMPOSICIÓN DE FUERZAS DE DIFERENTE DIRECCIÓN
Sobre un mismo cuerpo también pueden actuar al mismo tiempo fuerzas en diferentes direcciones. Para comprender este tipo de composición de fuerzas imaginaremos; la siguiente situación:

¿Hacia dónde se moverá una barca que, por un lado, es arrastrada por la corriente del río (fuerza B) y por otro, intenta ser conducida por los remos hacia la orilla (fuerza A)? En este caso el movimiento de la barca estará determinado por la composición de las dos fuerzas ejercidas sobre ella. La fuerza R, resultante de las fuerzas aplicadas, tiene el mismo punto de aplicación de las dos fuerzas iniciales y su representación gráfica se explica en la figura. Este procedimiento para "sumar” fuerzas puede aplicarse a cualquier otra situación en la que actúen, simultáneamente, fuerzas diferentes.

FUERZAS Y DEFORMACIONES

ELEMENTOS EN LA DEFORMACIÓN DE UN CUERPO
Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, éste se puede deformar. La deformación que experimenta dicho cuerpo depende básicamente de tres elementos: la intensidad de la fuerza que se aplica, la superficie sobre la cual se aplica y las características del cuerpo. Cuanto mayor sea la intensidad de la fuerza que se aplica, mayor es la deformación que experimenta el cuerpo. Por ejemplo, un trozo de plastilina se deforma más en cuanto mayor sea la fuerza que se aplique sobre él.

Cuanto mayor sea la superficie sobre la que se aplica la fuerza menor es la deformación que experimenta el cuerpo. Por ejemplo, un bloque de madera se deforma menos si lo golpeamos con un martillo (que si lo hacemos con un hacha, puesto que la superficie golpeada por el martillo es mayor que la superficie golpeada por el hacha.

La forma del cuerpo y la clase de sustancia de que está hecho también influyen en la deformación que éste experimenta cuando se le aplica una fuerza. Por ejemplo, la fuerza que hay que ejercer para romper una tabla de madera es menor que la fuerza que hay que ejercer paré romper un bloque macizo de la misma madera. De igual forma, la fuerza que necesitamos para romper una barra de hierro es mayor que necesitamos para romper una barra de madera del mismo grosor.

FUERZAS Y MOVIMIENTO
Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, éste puede cambiar su estado de movimiento o puede alterar su estado de reposo.

LA INERCIA
Todos los cuerpos presentan una resistencia a modificar el estado en que se encuentran, sea de reposo o de movimiento. Por esto decimos que los cuerpos tienen inercia. Por ejemplo, cuando un bus frena brusca mente, los pasajeros se van hacia adelante porque tienden a mantener el movimiento que llevaban hasta ese momento. Por el contrario, cuando el bus arranca bruscamente, los pasajeros se van hacia atrás porque tienden a mantener el reposo que tenían hasta el momento de arrancar.

Decimos entonces, que la inercia es la tendencia que poseen todos los cuerpos a conservar su estado de reposo o de movimiento.

A partir de la observación de los efectos de la inercia, un físico llamado Isaac Newton formuló una ley muy importante para la física. Esta ley se llamó el principio de la inercia y dice que:

Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento con velocidad constante mientras que no actúe sobre él ninguna fuerza exterior.

Según esta ley, una esfera de acero que se mueva en línea recta y con velocidad constante sobre una superficie horizontal, no se detendrá ni cambiará su velocidad mientras que no actúe sobre ella una fuerza capaz de cambiar su estado de movimiento.

FUERZA, MOVIMIENTO Y VELOCIDAD
La intensidad de la fuerza que se aplica a un cuerpo, determina el movimiento que este pueda realizar

  • En el caso de que el cuerpo esté en reposo, éste comenzará a moverse si la fuerza aplicada es lo suficientemente intensa como para conseguirlo. Por ejemplo, para cambiar de lugar un mueble debemos empujarlo con una gran fuerza.

  • En el caso de que el cuerpo esté en movimiento con una determinada velocidad, su velocidad cambiará si la fuerza aplicada es lo suficientemente intensa como para producir el cambio. Así, para detener un cuerpo que se desliza sobre una rampa, es necesario empujar dicho cuerpo en el sentido contrario al de su movimiento: cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, ocurre un cambio en su velocidad, es decir, se produce una aceleración. La aceleración es positiva cuando la velocidad aumenta y negativa cuando la velocidad disminuye.

FUERZA, MOVIMIENTO Y MASA
El cambio que una fuerza determinada produce sobre la velocidad de un cuerpo depende de las características del cuerpo.

  • Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo que está en reposo, mayor será la fuerza necesaria para moverlo. Así, es mucho más fácil poner en movimiento una silla que un piano.

  • Del mismo modo, cuanto mayor sea la masa de un cuerpo que está en movimiento, mayor será la fuerza necesaria para aumentar o disminuir su velocidad. Así, si aplicamos la misma fuerza durante el mismo tiempo sobre un automóvil y sobre un camión que estén en movimiento, se producirá un cambio mayor en la velocidad del automóvil que en la velocidad del camión.

Taller de lectura 3:
  1. Escriba los tres aspectos que permiten definir una fuerza
  2. ¿Qué son fuerzas de contacto? De un ejemplo
  3. ¿Qué son fuerzas a distancia? De un ejemplo
  4. ¿Qué es la fuerza de gravedad?
  5. ¿A qué se denomina peso?
  6. El peso es una fuerza. ¿Cómo se representa gráficamente dicha fuerza?
  7. ¿Qué diferencias hay entre masa y peso?
  8. ¿Qué pasa con la masa y el peso de un cuerpo si lo trasladamos de un planeta a otro?
  9. ¿Qué pasa con la masa y el peso de un cuerpo si se encuentra en el espacio, libre del efecto de la gravedad?
  10. ¿Cómo se mide la fuerza en el sistema internacional de unidades?
  11. ¿Qué es un Newton y cuál es su símbolo?
  12. ¿Cuáles son los elementos que se pueden distinguir en una fuerza?
  13. Defina cada uno de los cuatro elementos de una fuerza
  14. Copie con su descripción, el siguiente esquema:
  15. Si ejercemos dos o más fuerzas sobre un mismo punto de aplicación con igual dirección e igual sentido, ¿Cómo se halla la fuerza resultante?
  16. Si ejercemos dos o más fuerzas sobre un mismo punto de aplicación con igual dirección pero de sentido opuesto, ¿Cómo se halla la fuerza resultante?
  17. ¿Qué es una fuerza resultante y con qué letra se representa?
  18. Copie los siguientes esquemas:
  19. ¿Por qué decimos que los cuerpos tienen inercia? De un ejemplo
  20. ¿Qué es inercia?
  21. ¿Qué dice el principio de inercia?
  22. La intensidad de la fuerza que se aplica a un cuerpo, determina el movimiento que este pueda realizar. ¿Qué pasará en el caso que el cuerpo esté en reposo? ¿Qué pasará en el caso que el cuerpo esté en movimiento con una determinada velocidad?
  23. Complete las siguientes frases:
    • Cuanto _____ sea la ___ de un cuerpo que está en ______. Mayor será la ______ para moverlo.
    • Cuanto mayor sea la ____ de un ______ que está en movimiento, _____ será la ______ necesaria para ________ o ________ su _________.
  24. Responda las siguientes preguntas con base en el esquema. (Dibuje el esquema)

    1. Si el auto se desplaza gracias a la fuerza F4, y aplicamos simultáneamente la fuerza F1, ¿que ocurre con la velocidad del auto?
    2. ¿Cuáles, de las fuerzas representadas, podemos aplicar para que la velocidad sea máxima?
    3. ¿Qué pasa con la velocidad si aplicamos la fuerza F3?
    4. Si solamente actuara la fuerza F3, ¿hacia dónde se movería el carro?
    5. Si solamente actuaran las fuerzas F1 y F3, ¿Cómo deberían ser estas fuerzas para que el carro se detuviera?
    6. Si F1 < F2 < F4, ¿Qué fuerza se debe aplicar para que la velocidad sea mínima?
    7. Si sobre el vehículo actúan todas las fuerzas representadas, ¿Cómo se hallaría la fuerza resultante?
    8. Si la masa del carro aumentara al doble, ¿Cómo debería cambiar F4 para que la velocidad fuera la misma?
    9. Si la masa del carro disminuyera a la mitad, ¿Cómo debería cambiar F3 para detener el vehículo?
    10. ¿Cuáles de las fuerzas representadas, tienen la misma dirección y sentido?