FÍSICA II
EVALUACIÓN
Para la evaluación de esta materia:
30% Tareas
25% Participaciones en clase
15% Cuestionario
30% Examen
Correo: maestromemo@gadi.edu.mx
Realizar Portada de la Materia, con Porcentajes de Evaluación Establecidos.
Inicio Clase 1, 6/Marzo/21
UNIDAD I: FLUIDOS EN REPOSO Y EN MOVIMIENTO
Objetivo: Resolverá problemas relacionados con la hidráulica, a partir del conocimiento y uso correcto de sus conceptos y sus modelos matemáticos, aplicados en diversos fenómenos físicos observables en su vida cotidiana; mostrando actitudes de interés científico en un ambiente de cooperación, responsabilidad y respeto hacia sus compañeros.
FLUIDOS
Los fluidos son sustancias que ceden inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma, con los que fluyen y se adaptan a la forma del recipiente. Los fluidos pueden ser líquidos o gases. Las partículas que componen un líquido no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. En contraste, un gas no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad. A veces resulta difícil distinguir entre sólidos y fluidos, porque los sólidos pueden fluir muy lentamente cuando están sometidos a presión, como ocurre por ejemplo en los glaciares.
PARTICIPACIÓN 1
Hallar la Presión, para las siguientes figuras.
Fin Clase 1, 6/Marzo/21
Inicio Clase 2, 13/Marzo/21
Equivalencias:
1 tonelada = 1000kg, 1kg = 1000 g; para convertir 1g/cm3 a kg/m3 mútiplicamos por 1000
1. Un taco de madera de 40 cm3 tiene una masa de 36 g/cm. ¿Cuál es la densidad de la madera en g/cm3?
Sabemos que la masa = 36 g y el volumen = 40 cm3
La densidad se calcula:
| densidad = | masa | = | 36 | = 0,9 g / cm 3 |
| volumen | 40 |
2. Sabiendo que la densidad del aluminio es 2,7 g/cm3, ¿cuál es la masa de una esfera de aluminio de 30 cm3?
Sabiendo que el V = 30 cm3 y la d = 2,7 g/cm3
Se aplica la fórmula, Masa = Volumen x Densidad = 30 x 2,7 = 81 g
3. La densidad del hielo es 0,9 g/cm3. ¿Qué volumen ocupa 1 kg de hielo en cm3 o ml y en litros?
Sabemos que la masa 1 kg = 1000 g y la densidad 0,9 g/cm3
La volumen se calcula:
| volumen = | masa | = | 1000 | = 1111 cm 3 = 1,1 litros |
| densidad | 0,9 |
como 1 litro = 1000cm3 o 1000 ml, se dividio 1111cm3/1000 cm3/litro = 1,1 L
4. La densidad de un alcohol es 0.8 g/cm3. Calcular el volumen de 1600 g de alcohol.
V = m/d
V = 1600 g /0.8 g/cm3
= 2000 cm3 o 2000 ml
5. Un bloque de hierro tiene 5.0 cm de largo, 3.0 cm de alto y 4.0 cm de ancho y pesa 474 g ¿Cuál es la densidad del hierro?
Primero se calcula el volumen del bloque Volumen = largo x ancho x altura
V= 5.0 cm x 4.0 cm x 3.0 cm = 60 cm3
Luego despejando de la ecuación:
d = m/v = 474 g / 60 cm3 = 7.9 g/cm3
Fin Clase 2, 13/Marzo/21
TAREA 2
Realizar los siguientes ejercicios:
1- Sabiendo que la densidad del aceite es 0,9 kg/L, halla:
a) La densidad del aceite en g/L
b) La densidad del aceite en g/cm3
2- Si un cm3 de Hg pesa 13,6 g. ¿Cuál es la masa de un cilindro de r: 5cm y altura: 20cm?
3- Un clavo de acero de 2,5 cm3 tiene una masa de 20 g. Calcula la densidad del acero.
4- Calcula la masa expresada en kg de un recipiente de 3 litros de aceite de oliva. La densidad del aceite de oliva es 900 g/L.
5- La densidad del agua del mar es 1,1 g /cm3. Calcula el volumen expresado en cm3 de 1 kg de agua del mar.
6.- Un cubo sólido mide 6.0 cm en cada lado y tiene una masa de 0.583 kg. ¿Cuál es su densidad en g/cm3
7.- Un bloque de aluminio con una densidad de 2.70 g/cm3 tiene masa de 274.5 g ¿Cuál es el volumen del bloque?
8.- Una pequeña piedra tiene una masa de 55.0 g. la piedra es colocada en una probeta que contiene agua. El nivel del agua en la probeta cambia de 25 ml a 40 ml cuando la piedra se sumerge. ¿Cuál es la densidad de la piedra?
9.- Para determinar el volumen de leche que lleva un carrotanque se procedió así:
- Se pesó el camión vació y su masa fue de 26038 kg
- Se llenó el camión con leche (densidad de la leche 1200 kg/m3) y se pesó, obteniéndose un valor de pesada de 35966 kg.
Es posible determinar el volumen de leche? cuál es?
10.- El mismo carrotanque (cuyo tanque es cilindro de r:1,5m, largo 5m y altura: 2m) fue llenado con un líquido desconocido, cuá será la densidad de dicho líquido si al pesar el camión con dicho liquido dio una masa de 50000 kg)
11.- La densidad de la plata es 10.5 g/cm3 . Cuál es el volumen en cm3 de un lingote de plata con masa de 0.743 Kg? b) si esta muestra de plata es un cubo, qué longitud en cm, tendría cada lado? C) Cuál sería la longitud de cada lado en pulgadas? 9. Una pieza de platino metálico con densidad 21.5 g/cm3 tiene un volumen de 4.49 cm3 . Cuál es su masa.
Inicio Clase 3, 20/Marzo/21
PARTICIPACIÓN 3
1.- Un objeto tiene una masa de 555 gramos y un volumen de 25 cm3. ¿Cuál es su densidad?
2.- Un objeto tiene una masa de 1 kilogramo y un volumen de 150 cm3. ¿Cuál es su densidad?
3.- Un objeto tiene una masa de .3 kilogramo y un volumen de 65 cm3. ¿Cuál es su densidad?
4.- ¿Cuál es la masa de 55 cm3 de a) Oxigeno b) Aluminio y c) Vidrio?
TAREA 3
Fin Clase 3, 20/Marzo/21
Inicio Clase 4, 27/Marzo/21
TERMODINAMICA
La termodinámica se define como la ciencia de la energía. La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos thermos (calor) y dinamycs (potencia), que describe los primeros esfuerzos por convertir el calor en potencia. Hoy en día el mismo concepto abarca todos los aspectos de la energía y sus transformaciones, incluidas la producción de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia. Para ello ésta se basa en la extracción de un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable.
El calor, a través de los tiempos, con sus diferentes formas y adaptaciones (calórico, energía, fuerza vital –como mencionan los textos del Medioevo -, etc…), es, haciendo caso a los medievales, la “prima energía”. Es uno de los principales motores del universo; si bien no el único, ya que comparte el puesto con la gravedad (pero, aunque hablando bien, en terminología geofísica, éste surge del calor).
En base al trabajo realizado, se pueden determinar con precisión y a manera de resumen algunos puntos básicos:
§ El calor es una forma de energía que se basa en transmitir la agitación de las moléculas, ya fuere por diversos medios (conducción, convección, radiación), con el objeto de cumplir con las leyes de la termodinámica, principalmente la de entropía.
§ La temperatura es la cantidad de calor que puede tener un cuerpo, y se puede medir según diferentes escalas. Las diferencias de escalas se deben solo a su campo de aplicación. Se consideran los puntos extremos a los extremos de la escala Rankine (mínima Tº: 0ºR / máxima Tº: 672ºR).
§ Toda la materia, así como cualquier sustancia (menos la oscura), posee calor, o al menos energía interna. A menos qué esta este en estado de plasma o condensado de Bose – Einstein, puede sufrir modificaciones, llamas cambios de estado, y su estructura, en condiciones normales de temperatura y presión, es llamada “estados de agregación de la materia”.
§ En el último tema tratado, la termodinámica, sus leyes regulan toda la actividad energética, y por consiguiente biológica, del universo. Son la base de todo acto físico, y por consiguiente de todas las ciencias humanas.
Para finalizar, se podría acotar que, de esta manera, ver los frutos de todo el empeño puesto, logran que, a través de la investigación y análisis, se facilite la asimilación de conocimientos de manera práctica, creando una base de datos que acompaña a cada persona durante toda su vida.
Unidad III: Electricidad
OBJETIVO: Resolverá problemas relacionados con los fenómenos eléctricos, magnéticos y su interrelación, a partir del conocimiento de sus conceptos, principios, teorías y leyes, por medio del empleo correcto, crítico y reflexivo de modelos matemáticos; mostrando interés científico y responsabilidad en la aplicación de dichos conocimientos, en un ambiente de cooperación y respeto hacia sí mismo, sus compañeros y su entorno.
ELECTRICIDAD
El electroscopio es un instrumento cualitativo empleado para demostrar la presencia de cargas eléctricas. El electroscopio está compuesto por dos láminas de metal muy finas, colgadas de un soporte metálico en el interior de un recipiente de vidrio u otro material no conductor. Una esfera recoge las cargas eléctricas del cuerpo cargado que se quiere observar; las cargas, positivas o negativas, pasan a través del soporte metálico y llegan a ambas láminas. Al ser iguales, las cargas se repelen y las láminas se separan. La distancia entre éstas depende de la cantidad de carga.
Pueden emplearse tres métodos para cargar eléctricamente un objeto (pasaje de cargas):
1) contacto con otro objeto de distinto material (como por ejemplo, ámbar y piel) seguido por separación.
2) contacto con otro cuerpo cargado (corriente de electrones).
3) inducción (no hay electrones en movimiento).
Conductor eléctrico
Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad se denomina conductor eléctrico. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.
Los materiales en los que los electrones están fuertemente ligados a los átomos se conocen como aislantes, no conductores o dieléctricos. Algunos ejemplos son el vidrio, la goma o la madera seca.
Conductores Buen conductor
Semiconductor
Mal conductor o aislador
Carga punto
Es un modelo que se caracteriza por no tener masa, por lo tanto no es afectada por la gravedad y no tiene dimensiones. Se define Coulomb como la carga que tiene un punto que colocado en el vacío a un metro de otra igual, la repele con una fuerza de 9.109 Newtons.
En el Sistema Internacional se utiliza el Coulomb y en el Sistema CGS, la unidad electrostática de carga (ues) o statcoulomb. La equivalencia entre estas unidades es la siguiente:
1 coulomb = 1 C= 6.24 x 1018 electrones
1 estatcoulomb= 1 ues= 2.08 x 109 electrones
1 C= 3 x 109 ues
1 electrón= -1.6 x 10-19 C
Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en coulombs. La fuerza (F) entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb:
F = ko.q1.q2/r ²
r: distancia entre cargas
ko: constante de proporcionalidad que depende del medio que rodea a las cargas.
ko = 9.109 N.m ²/C ²
F = Fuerza (New)
CAMPO ELECTRICO
Toda partícula eléctricamente cargada crea a su alrededor un campo de fuerzas. Este campo puede representarse mediante líneas de fuerza que indican la dirección de la fuerza eléctrica en cada punto.
Intensidad de Campo Eléctrico
La intensidad de campo eléctrico E, es la fuerza por unidad de carga que va a operar sobre un punto cargado positivamente.
E = F/q = ko.q1./r ²
Cargas eléctricas
El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una carga positiva q desde la referencia (en el caso de la carga puntual el infinito) hasta ese punto, dividido por dicha carga. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica, dividido por esa carga. Matemáticamente se expresa por:
Considérese una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba q0 localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:
De manera equivalente, el potencial eléctrico es
La corriente eléctrica
Movimiento de cargas y corriente eléctrica
La presencia de un campo eléctrico permanente en el seno de un conductor es la causa del movimiento continuado de las cargas libres. En términos de potencial puede decirse que para que se mantenga una corriente eléctrica es necesario que exista una diferencia de potencial constante entre los extremos del conductor. Si ésta disminuye por efecto de la circulación de las cargas, el campo eléctrico llega a hacerse nulo y cesa el movimiento. Esta es la situación que corresponde a esos desplazamientos de carga que se producen cuando un conductor aislado se carga o descarga eléctricamente.
DESARROLLO TEÓRICO
La corriente eléctrica.
El flujo de una corriente continua está determinado por tres magnitudes relacionadas entre sí. La primera es la diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fuerza electromotriz (fem), tensión o voltaje. La segunda es la intensidad de corriente. Esta magnitud se mide en amperios; 1 amperio corresponde al paso de unos 6.250.000.000.000.000.000 electrones por segundo por una sección determinada del circuito. La tercera magnitud es la resistencia del circuito. Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una corriente eléctrica, y esta resistencia limita la corriente. La unidad empleada para cuantificar la resistencia es el ohm () que se define como la resistencia que limita el flujo de corriente a 1 amperio en un circuito con una fem de 1 voltio.
Cuando una corriente eléctrica fluye por un cable pueden observarse dos efectos importantes: la temperatura del cable aumenta y un imán o brújula colocada cerca del cable se desvía, apuntando en dirección perpendicular al cable. Al circular la corriente, los electrones que la componen colisionan con los átomos del conductor y ceden energía, que aparece en forma de calor.
(1)
Donde:
Q: carga eléctrica, Coulomb
t: tiempo, segundos
I: corriente eléctrica, Amperios
Ejemplo: Por una sección de un conductor circulan 2.000 cb en un minuto 40 segundos. Determine la intensidad de corriente en el conductor.
Datos: Ecuación:
q = 2.000 C i = q/t
t = 1’40’’ = 100 seg
Por lo tanto: i = 2.000 C / 100 seg = 20 A.
Ejemplo: En un alambre recto se mide una intensidad de 30 mA. ¿En cuánto tiempo, por una sección del alambre, pasarán 600 C?
Datos: Ecuación:
i = 30 mA = 0,03 A i = q/t
q = 600 C despejando, se tiene t = q/i
Por lo tanto: t = 600 C / 0,03 A = 20,000 seg.
RESISTENCIA ELÉCTRICA
La resistencia eléctrica, es una propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina (según la llamada ley de Ohm) cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica en algunos cálculos es R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega (), eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S.
(4)
Donde:
R: resistencia, Ohmios
G: conductancia eléctrica, Siemens
La resistencia de un conductor viene dada por una propiedad de la sustancia), por la longitud y la superficieque lo compone, conocida como conductividad (transversal del objeto, así como por la temperatura.
Ley de Ohm.
La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.
V = I x R (8)
Donde:
V: diferencia de potencial o voltaje aplicado a la resistencia, Voltios
I: corriente que atraviesa la resistencia, Amperios
R: resistencia, Ohmios
Potencia eléctrica.
Al circular la corriente, los electrones que la componen colisionan con los atomos del conductor y ceden energía, que aparece en la forma de calor. La cantidad de energía desprendida en un circuito se mide en julios. La potencia consumida se mide en vatios; 1 vatio equivale a 1 julio por segundo. La potencia "P" consumida por un circuito determinado puede calcularse a partir de la expresión:
(9)
Donde:
V: diferencia de potencial o voltaje aplicado a la resistencia, Voltios
I: corriente que atraviesa la resistencia, Amperios
R: resistencia, Ohmios
P: potencia eléctrica, Watts
Para cuantificar el calor generado por una resistencia eléctrica al ser atravesada por una corriente eléctrica, se usa el siguiente factor de conversión:
1 Watt = 0,2389 calorías / segundo
Circuito serie-paralelo.
Un circuito en serie es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación (Figura 3). Cuando en un circuito hay dos o más resistencias en serie, la resistencia total se calcula sumando los valores de dichas resistencias. Si las resistencias están en serie, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula:
(10)
Donde:
Re: resistencia equivalente de la disposición, ohmios
Ri: resistencia individual i, ohmios
En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas incandescentes o las celdas de una batería, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las resistencias implicadas. Si las resistencias están en paralelo, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula:
(11)
Donde:
Re: resistencia equivalente de la disposición, ohmios
Ri: resistencia individual i, ohmios
Figura 3. Disposición de bombillas en un circuito en serie y un circuito en paralelo.
Fin Clase 4, 27/Marzo/21
Inicio Clase 5, 10/Abril/21
EVALUACIÓN
Fin Clase 5, 10/Abril/21
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