Martes

¿En qué te puede ayudar MARTES?


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La semana anterior hicimos referencia a las asignaturas de Ciencias Naturales (I) y (II) , Biología (V) e Historia de Nicaragua (I) , en esta ocasión hablaremos de Física exclusivamente, pero en todos los ańos de estudio. ;


Comencemos con la asignatura de Física Segundo ańo , con el tema Factores que dependen la fuerza de empuje. Flotación de los cuerpos, ¿por qué flotan los barcos? ¿Recuerdas qué es fuerza de empuje? “La fuerza resultante que ocasiona que un cuerpo sumergido en un líquido, pese menos” siendo el cuerpo más fácil de levantar.;


Fuerza que depende de ciertos factores, tales como: Si sumergieras dos cuerpos de diferentes masas, ambas sostenidas por un dinamómetro (instrumento utilizado para medir la fuerza) pero de igual volumen las fuerzas que marca cada dinamómetro son iguales lo que implica que las fuerzas de empuje son las mismas, lo que evidencia que : La fuerza de empuje no depende de la masa del cuerpo.;


Pero si tomáramos dos cuerpos de la misma sustancia pero de diferentes volúmenes, siendo sostenidos por dinamómetros y ser sumergidos en un líquido, en el cuerpo de mayor volumen el dinamómetro mide una fuerza menor , luego la fuerza de empuje es mayor, lo que evidencia que : La fuerza de empuje será mayor donde mayor sea el volumen del cuerpo. ;


¿Y en el caso qué esferas iguales (igual masa, igual volumen) de una misma sustancia fuesen sumergidas uno en agua y el otro en benceno, sostenidos cada uno por un dinamómetro? El cuerpo sumergido en el líquido de mayor densidad, pesará menos, siendo mayor en este caso la fuerza de empuje, luego : La fuerza de empuje será mayor donde mayor sea la densidad.;


¿Te has puesto a pensar, el por qué un barco de hierro flota cuyo volumen es mayor, cuando un simple clavo de hierro, fácilmente se hunde? Ya es de tu conocimiento que los líquidos ejercen una fuerza de empuje verticalmente hacia arriba, la cual es igual en valor al peso del líquido desplazado por el cuerpo, luego tenemos dos fuerzas: una la fuerza de empuje y la otra la fuerza de gravedad, donde dependiendo de la relación que se establezcan entre ambas fuerzas, determinará si un cuerpo se hunde o flota. ¿De qué dependerá que se hunda o no? ;


Obligatoriamente la fuerza de empuje (Fe) deberá ser mayor que la de gravedad (Fg) , para que el cuerpo flote, como te muestro en el primer gráfico a mi izquierda; y en el caso del cuerpo que se hunde, como te muestro en la otra figura, la fuerza de empuje deberá de ser menor que la fuerza de gravedad. ;


Hecho anterior, que nos permite concluir que: Cuando un cuerpo flota, la fuerza de empuje será mayor que la fuerza de gravedad; mientras que cuando un cuerpo se hunde es porque la fuerza de empuje será menor que la fuerza de gravedad. Pero específicamente por qué flotan los barcos? La respuesta está en el volumen del cuerpo en contacto con el agua, donde a mayor volumen del cuerpo mayor desplazamiento del agua y por tanto la fuerza de empuje sobre el casco del barco será mayor.;


¿Pregunto? 1. Haga un resumen de los factores de que depende la fuerza de empuje; ¿Qué sucedería en el caso particular que las fuerzas de empuje y de gravedad fuesen iguales (Fe = Fg) ? 3. ¿Cómo será la relación entre el peso y la fuerza de empuje en un submarino? Explique. ;


En tercer ańo también en Física, analizaremos Movimiento en el eje vertical Anteriormente todos los movimientos rectilíneos estudiados han sido en el plano horizontal , en esta ocasión corresponden al plano vertical , como es el caso de un adorno que accidentalmente cae desde una ventana de un edificio, o una simple bujía, que mal puesta cae del techo, pero también podemos encontrar cuerpos que son lanzados hacia abajo ( no es lo mismo caer que lanzar ) por ejemplo cuando realizas experimentos en la misma asignatura de Física y lanzas una esferita hacia abajo para estudiar los diferentes tipos de energía, o hacia arriba cuando juegan varios nińos simplemente para ver quién lanza más alto.;


El movimiento que estudiaremos en este plano, es el movimiento de caída libre, representado por las siglas (M.C.L.), ¿cuáles son las características de este tipo de movimiento?;


1. El movimiento de caída libre es un caso particular del MRUV (MRUA).;


2. La velocidad inicial de los cuerpos es cero.;


3. La velocidad final será mayor que la inicial.;


4. Su movimiento es rectilíneo hacia abajo (ya que es atraído por la fuerza de ;
gravedad, y ocurre en el plano vertical);


5. La variación de la velocidad es constante (en cada segundo avanza 9,8 m / s);


6. Su aceleración es constante (su valor de 9,8 m / s2);


7. La velocidad, la altura y la aceleración presentan el mismo sentido y dirección;


Donde las expresiones estudiadas en el MRUA cambian donde la aceleración (a) cambia por una constante denominada gravedad ( g ) , cuyo valor es de 9,806 m / s2 ; y la distancia del plano horizontal cambia por la altura en el plano vertical. ¿Cuáles serían entonces las expresiones a utilizar?;


MRUA MRUA (Vo = 0 ) MCL ;
V = Vo + a  t V = a  t V = g  t;
d = Vo  t + ˝ a  t2 d = ˝ a  t2 h = ˝ g  t2;
V2 = Vo2 +2 a  d V2 = 2 a  d V2 = 2 g  h;


Veamos la aplicación de una de las fórmulas del MCL en la solución de un problema: ¿De qué altura cae el borrador de un estudiante, que accidentalmente se le sale de la camisa, por estar inclinado, cuando demora en caer 0, 8 segundos hasta tocar el suelo?;


Datos : Fórmula: h = ˝ g  t2;
g = 9,8 m / s2 h = 0,5  9,8 m / s 2  (0,8 s) 2 ;
Vo = 0 m / s h = 0,5  9,8 m / s 2  0,64 s 2;
h = ? m h = 3,136 m ;
t = 0,8 s Respuesta : La altura será de 3,136 m ;


Te propongo soluciones los ejercicios siguientes: 1. ¿Qué significado tienen las siglas M.C.L.? Cuáles son las características de este tipo de movimiento? 2. Haga un resumen de las expresiones a utilizar en el MCL; 3, Un seńor en una azotea deja caer una esfera, ¿qué altura presentaba el edificio si la esfera demoró 15 segundos en tocar el suelo ?; 4. Una piedra se deja caer desde el techo de un edificio de 24 m de altura. Calcule la velocidad con la que pega en el suelo y el tiempo de caída; 5. ¿Por qué podemos considerar al MCL como un caso particular del MRUA?; 6. Un gato resbala desde el borde de una cornisa y cae al suelo en ˝ segundo. ¿Cuál es la velocidad con que golpea el suelo? , ¿Cuál es su velocidad promedio durante el ˝ segundo? . ¿A qué altura está la cornisa del suelo? Nota : considere la gravedad 10 m / s 2.;


En Física cuarto ańo en esta ocasión hablaremos del tema: Efecto rotacional de una fuerza. Un par de fuerzas paralelas. Hace un par de semanas – te recuerdo – hicimos referencia que cuando un cuerpo se encuentra en equilibrio, este no se mueve, tanto las fuerzas colineales, como concurrentes deben cumplir que: “ La suma algebraica de las fuerzas aplicadas al cuerpo (o su resultante) en una dirección cualquiera debe ser cero” , logrando con ello que el sistema de fuerzas no provocará ninguna modificación en el movimiento lineal o de traslación del cuerpo; donde  Fx = 0 y  Fy = 0; donde lo anterior nos indicaba las condiciones de equilibrio en ausencia de rotación. Hoy centraremos la atención en los cuerpos que rotan alrededor de un eje fijo, por acción de una fuerza. ;


Si desearas cerrar la tapa del celular para culminar la llamada y proteger a las teclas ¿qué harías? ĄMuy fácil! Aplicamos una fuerza ( F ), la cual no pasa por el eje de rotación, donde rota la tapa del celular en cuestión ¿y en el caso que aplicases la fuerza en el propio eje de rotación? Simplemente la tapa no rota, lo cual nos permite arribar a una primera conclusión “Si la línea de acción de una fuerza no pasa a través del eje de rotación, el cuerpo rota”;


Aspecto que puede generalizarse del modo siguiente: El movimiento rotacional no necesariamente se produce siempre que apliquemos una fuerza, el cual dependerá de donde se aplique dicha fuerza.;


Veamos otro ejemplo: En algunos países existe el recipiente que te muestro a mi izquierda para dejar cartas, periódicos, etc, el cual consta de una pequeńa puerta que si desea abrirla lo más usual es que hales la puerta apoyando tu mano próximo a la cerradura, que se encuentra en el extremo opuesto a las bisagras, que si tratas de repetir la operación, para abrir próximo a las bisagras te costará mucho más trabajo operar la pequeńa puerta, y que si halas justamente por donde pasan las bisagras ( considerado un eje de rotación) simplemente no podrás leer tu correspondencia.;


Luego te reafirmo que : “Si una fuerza actúa a través de un eje de rotación, no se produce rotación”;


Pasemos a un par de fuerzas paralelas: Normalmente cuando vas a desenroscar una tapa de una botella, por supuesto con rosca, ¿te has detenido a pensar que operación realizas con tus dedos? Pones los dedos pulgar e índice de tu mano abrazando la tapa y giras ambos dedos rotándolos ; similar ocurre para abrir un frasco de medicina haz la prueba y te darás cuenta, ¿cuántas fuerzas aplicarás para desenroscar o para enroscar? Simplemente dos fuerzas que equivalen a un par de ellas, fuerzas que serán paralelas entre sí, de igual intensidad, dirección, pero con sentidos opuestos, fuerzas que serán denominadas par de fuerzas. ;
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Por ejemplo te muestro como se verían aplicadas el par de fuerzas desde arriba para poder abrir la botella, lo que evidencia las características de ambas fuerzas, mencionadas en el párrafo anterior. ;


¿Pregunto? 1. ¿Cuando se produce un efecto rotacional?; 2. Cite ejemplos de objetos en su casa que posean ejes de rotación;3. Un hombre desea cambiar una llanta ponchada con un maneral si tratara de hacerlo con una sola mano, es decir aplicando una sola fuerza, ¿podría lograrlo?, ¿por qué? ;


En Física quinto ańo los contenidos estarán relacionados con: La refracción de la luz. Indice de refracción: De la luz, ya debes conocer que es la reflexión ¿recuerdas este último concepto? “Parte de la luz que se refleja en una superficie reflectante” Otra característica que posee la luz, es la llamada refracción, ¿Qué es la refracción? Para su análisis nos apoyaremos en el esquema siguiente:;


Si hacemos incidir un rayo luminoso incidente – proveniente de una linterna como fuente de luz – y cuyo medio es el aire y penetrar en un nuevo medio diferente, como pudiera ser un recipiente con agua, al tocar la superficie (reflectante) observaríamos que el nuevo rayo cambia su dirección de propagación dentro del nuevo medio.;


Justamente este hecho experimental describe al proceso conocido como refracción, cuyo concepto es : “Cuando la luz de los rayos incidentes penetran en una superficie reflectante y la dirección de la propagación de estos se alteran al pasar de un medio a otro”;


Proceso donde participan un rayo incidente y uno refractado, rayo que surge en el nuevo medio y que se caracteriza como hemos mencionado de cambiar de dirección, pero además su velocidad.;


Otro concepto de refracción puede ser el siguiente: “Fenómeno en el cual una sustancia es transparente y se deja atravesar por la luz donde el rayo luminoso al pasar de un medio a otro cambia de velocidad y de dirección” Refracción, que al igual que la reflexión, tiene sus leyes: ¿cuáles son?;


Rayo incidente Normal;
1;


;
superficie ;
transparente;
;
2;
Rayo refractado ;


1. En el plano de una hoja están situados el rayo incidente, el refractado y la normal.;


2. La relación que se establece entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción es una constante, es decir sen 1 / sen 2 = k siendo 1 : ángulo de incidencia ; 2 : ángulo de refracción.;


La segunda ley de la refracción es también conocida como Ley de Snell, que puede ser expresada en función de la velocidad de la luz en ambos medios quedando esta : sen 1 / sen 2 = V1/ V2 siendo V1 y V2 las velocidades respectivas de la luz en cada medio la cual, pero de considerar a V1 como la velocidad de la luz, representado por la letra ( c ), la segunda ley de la refracción o Ley de Snell en función de la velocidad de la luz ( c ) , quedaría como : sen 1 / sen 2 = c / V ; donde V correspondería a la velocidad de la luz en el medio material donde penetra la luz desde el vacío, expresión de donde definiremos un nuevo concepto y lo es el índice de refracción ¿Qué es índice de refracción? Constituye el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y en otro medio transparente cualquiera ( c / V ) , correspondiendo a una propiedad característica del medio; el mismo se representa por la letra n. donde de expresar la segunda ley de la refracción , su expresión sería: sen 1  n 1 = sen 2  n 2;


Veamos la aplicación de la expresión anterior: Un rayo luminoso incide sobre la superficie de un bloque de vidrio con un ángulo de incidencia de 50 0, calcule la dirección del rayo refractado.;


Datos: Fórmula: sen 1  n 1 = sen 2  n 2 ; despejando;
 1 = 50 0 sen 2 = sen 1  n 1 / n 2 ;
 2 = ? sen 2 = sen 50 0  1.00 / 1.50 ; sen 50 0 = 0.766;
n 1 (aire) = 1.00 sen 2 = 0.766/ 1.50 = 0.51;
n 2 (vidrio) =1.50 sen 2 = 0.51 ; 2 = 30.7 0;


Respuesta: El ángulo de refracción del rayo refractado será de 30.7 0;
¿Ejercicios? 1. ¿Qué significado tiene en óptica el término refracción?; 2. ¿Cuáles son las leyes de la refracción? Enúncielas; 3. ¿Qué se entiende por índice de refracción?, ¿cómo se representa?; 4. El diamante tiene un índice de refracción bien elevado (2.42). Calcule la velocidad de propagación de la luz en el interior del diamante.;


Recuerda que tus respuestas pueden ser enviadas a Aura Lila Moreno. Suplemento Martes. Periódico: El Nuevo Diario (END) Km 4 Carretera Norte, teléfono: 2-44-12-79. Colaboradores: Lic. Ernesto González Valdés, y Lic. Javier Hernández.