Introd a la Fca - Ingreso 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DE RIO CUARTO
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS FÍSICO-QUÍMICAS Y NATURALES
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Encuentros de integración universitaria Exactas 2013
Módulo disciplinar: Introducción
a la Física (Cód.: 2018)
Introducción a la Física (Cód.: 2232)
Carreras: Licenciatura en Física – Comisión F – Turno tarde
Profesorado en Física – Comisión F – Turno tarde
Profesorado en Química– Comisión Q – Turno mañana
Docentes: Dr. Félix Ortiz (Coordinado disciplinar de primer año y docente responsable de la
asignatura Introducción a la Física 2232)
Esp. Graciela Lecumberry (Docente responsable de la asignatura Introducción a la
Física 2018)
Inicio de actividad: 14 de febrero
finalización de actividades: 8 de marzo
2013
Encuentros de integración universitaria Exactas 2013
Módulo disciplinar
Introducción a la Física (Cód.: 2018 - 2232)
Temáticas
Unidad I. La física: su objeto de estudio. Acerca de la Ciencia. Mediciones Científicas: El
tamaño de la Tierra, El tamaño de la Luna, Distancia Tierra-Luna, Distancia Tierra-Sol, El
tamaño del Sol.
El Proceso de Medición. Magnitudes Fundamentales y Magnitudes Derivadas. Múltiplos y
Submúltiplos. Sistemas de Unidades. El SI y el SIMELA.
Unidad II. Magnitudes escalares y Magnitudes vectoriales. Sistemas de Referencia
Cartesianos. Representación de un vector. Clasificación de los vectores. Criterios de igualdad.
Coordenadas Cartesianas. Componentes coordenadas de un vector. Álgebra Vectorial: Suma y
resta de vectores libres. Métodos gráficos y analíticos.
Unidad III. Introducción a la Cinemática: Posición, Trayectoria, Desplazamiento. Sistemas de
referencia. Magnitudes Escalares y Magnitudes Vectoriales: Características. Movimiento. Tipos
de Movimiento. Velocidad y Aceleración. Movimiento Rectilíneo Uniforme. Representación
gráfica.
Bibliografía
Bibliografía utilizada:
− Hewitt, P. (2004), Física Conceptual. Ed. Addison-Wesley Longman
− Physycal Science Study Comitee (PSSC) FISICA (1978), Ed. Reverté.
Lecturas para ampliar
− Aguilar, J. Y Senent, F. (1980) Cuestiones de Física Ed. Reverté. España.
− Alonso, M y Finn, E. (1995), Física. Ed. Addison-Wesley Iberiamericana
− Beiser, A. (1990), Conceptos de Física Moderna Ed. Mc Graw Hill
− Rankin, W. (1992), Newton para principiantes. Era Naciente -documentales Ilustrados− Schwartz J. (1995), Einsten para principiantes. Era Naciente -documentales Ilustrados− Mc Evoy J.P. Zárate O.1998), Teoría Cuántica para principiantes. Era Naciente
documentales Ilustrados-
Recursos que deben tener los estudiantes:
Cuaderno cuadriculado (enumeradas las páginas), regla y escuadra, calculadora, lápiz
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Módulo disciplinar: Introducción
a la Física (Cód.: 2018)
Introducción a la Física (Cód.: 2232)
GUIAS DE ACTIVIDADES
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Módulo disciplinar
Introducción a la Física (Cód.: 2018 - 2232)
Actividad Inicial
EL HOMBRE Y LA GENERACIÓN DE CONOCIMIENTO SOBRE
SITUACIONES NATURALES: Un caso particular
Leer el siguiente texto extraído del libro Cosmos de Carl Sagan (pág 14-15)
“
…El descubrimiento de que la Tierra es un mundo pequeño se llevó a cabo
como tantos otros importantes descubrimientos humanos en el antiguo Oriente
próximo, en una época que algunos humanos llaman siglo tercero A. de C., en la
mayor metrópolis de aquel tiempo, la ciudad egipcia de Alejandría. Vivía allí un
hombre llamado Eratóstenes. Uno de sus envidiosos contemporáneos le apodó Beta, la
segunda letra del alfabeto griego, porque según decía Eratóstenes era en todo el
segundo mejor del mundo. Pero parece claro que Eratóstenes era Alfa en casi todo.
Fue astrónomo, historiador, geógrafo, filósofo, poeta, crítico teatral y matemático. Los
títulos de las obras que escribió van desde Astronomía hasta Sobre la libertad ante el
dolor. Fue también director de la gran Biblioteca de Alejandría, donde un día leyó en
un libro de papiro que en un puesto avanzado de la frontera meridional, en Siena,
cerca de la primera catarata del Nilo, en el mediodía del 21 de junio un palo vertical
no proyectaba sombra. En el solsticio de verano, el día más largo del año, a medida
que avanzaban las horas y se acercaba el mediodía las sombras de las columnas del
templo iban acortándose. En el mediodía habían desaparecido. En aquel momento
podía verse el Sol reflejado en el agua en el fondo de un pozo hondo. El Sol estaba
directamente encima de las cabezas.
Era una observación que otros podrían haber ignorado con facilidad. Palos,
sombras, reflejos en pozos, la posición del Sol: ¿qué importancia podían tener cosas
tan sencillas y cotidianas? Pero Eratóstenes era un científico, y sus conjeturas sobre
estos tópicos cambiaron el mundo; en cierto sentido hicieron el mundo. Eratóstenes
tuvo la presencia de ánimo de hacer un experimento, de observar realmente si en
Alejandría los palos verticales proyectaban sombras hacia el mediodía del 21 de junio.
Y descubrió que sí lo hacían.
Eratóstenes se preguntó entonces a qué se debía que en el mismo instante un
bastón no proyectara en Siena ninguna sombra mientras que en Alejandría, a gran
distancia hacia el norte, proyectaba una sombra pronunciada. Veamos un mapa del
antiguo Egipto con dos palos verticales de igual longitud, uno clavado en Alejandría y
el otro en Siena. Supongamos que en un momento dado cada palo no proyectara
sombra alguna. El hecho se explica de modo muy fácil: basta suponer que la tierra es
plana. El Sol se encontrará entonces encima mismo de nuestras cabezas. Si los dos
palos proyectan sombras de longitud igual, la cosa también se explica en una Tierra
plana: los rayos del Sol tienen la misma inclinación y forman el mismo ángulo con los
dos palos. Pero ¿cómo explicarse que en Siena no había sombra y al mismo tiempo en
Alejandría la sombra era considerable? (Ver figura ).
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Introducción a la Física (Cód.: 2018 - 2232)
Eratóstenes comprendió que la única respuesta posible es que la superficie de
la Tierra está curvada. Y no sólo
esto:
cuanto
mayor
sea
la
curvatura, mayor será la diferencia
entre
las
longitudes
de
las
sombras. El Sol está tan lejos que
sus rayos son paralelos cuando
llegan a la Tierra. Los palos
situados
formando
ángulos
diferentes
con respecto a los
rayos del Sol proyectan sombras
de
longitudes
diferentes.
La
diferencia
observada
en
las
longitudes de las sombras hacía
necesario que la distancia entre
Alejandría y Siena fuera de 7,2° a
lo largo de la superficie de la
Tierra; es decir que si imaginamos
los palos prolongados hasta llegar
al centro de la Tierra, formarán allí
un
ángulo
de
7,2
grados.
…………………Eratóstenes sabía que
la distancia entre Alejandría y
Siena era de unos 800 kilómetros,
porque contrató a un hombre para
que
lo
midiera
a
pasos.
………………………..
Ésta es la respuesta correcta. Las únicas herramientas de Eratóstenes fueron palos,
ojos, pies y cerebros, y además el gusto por la experimentación. Con estos elementos
dedujo la circunferencia de la Tierra con un error de sólo unas partes por ciento, lo
que constituye un logro notable hace más de 2000 años. Fue la primera persona que
midió con precisión el tamaño de un planeta…..”
Consigna:
a) Cuando el Sol estaba directamente arriba de Siena, ¿por qué no estaba directamente
arriba de Alejandría?
b) ¿Cuál es el problema que se plantea Eratóstenes para analizar?. Identificar los datos
con los cuales contaba Eratóstenes para dilucidar su cuestión.
c) ¿Qué magnitudes debió medir Eratóstenes para determinar el ángulo que se menciona
en el fragmento?
d) A partir del ángulo mencionado y al igual que Eratóstenes, calcular el valor del
perímetro de la Tierra.
e) Leer el texto “El tamaño de la Tierra” del libro Física Conceptual de Hewitt, y:
-comparar los cálculos que realizaste en el punto d con los razonamientos que se
plantean.
-La sombra que produce una columna vertical en Alejandría, a mediodía y durante el
solsticio de verano, es 1/8 de la altura de la columna. La distancia entre Alejandría y
Siena es 1/8 del radio de la Tierra. ¿Hay alguna relación geométrica entre estas dos
relaciones iguales a 1/8?
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GUIA n°1
LA FÍSICA Y EL CONOCIMIENTO
¿Cómo estudiar los fenómenos naturales?
Con el fin de lograr sus metas, la física –como todas las ciencias naturales- depende de la observación y de
la experimentación. La primera consiste en el examen cuidadoso y crítico de un fenómeno; el investigador
identifica, mide y analiza los diferentes factores y circunstancias que parecen influir en ese fenómeno.
Desafortunadamente, las condiciones en las cuales ocurren los fenómenos de manera natural raras veces
ofrecen una variación y flexibilidad suficiente. En algunos casos se dan con tan poca frecuencia que su
análisis es lento y difícil. Por ello es necesaria la experimentación, que consiste en la observación de un
fenómeno en condiciones cuidadosamente controladas, organizadas de antemano. Así, el investigador
1
puede facilitar la revelación de la forma en que éstas afectan al proceso .
Act- I: Analizando procesos de determinación de tamaños y distancias:
A partir del análisis de los modos que se utilizaron para determinar tamaños y distancias
entre nuestro planeta, el Sol y la Luna, te proponemos las siguientes actividades:
1- La Tierra, como todo lo que ilumina el Sol, produce una sombra. ¿Por qué es cónica esa
sombra?
2- A partir del razonamiento de Aristarco sobre el tamaño de la Luna (el cual determinó
que el diámetro de la Tierra es 3,5 veces el diámetro de la Luna) y sabiendo que el
diámetro ecuatorial terrestre es 12756 km ¿Cuál es el diámetro de la Luna (expresarlo
en metros)?
3- a) ¿Por qué Aristarco Hizo sus mediciones de la distancia al Sol en el momento de la
media Luna?
b) Aristarco determinó que el ángulo entre la distancia Tierra-Luna y Tierra-Sol (ángulo X
según la Fig 1.5 Hewitt) es de 87°, siendo una medición muy tosca aunque ingeniosa
según la información que se conocen actualmente.
A partir de los datos del Anexo I, Calcular el valor del ángulo que debió determinar
Aristarco.
Act- II: Cuestiones de tamaños.
Te proponemos realizar cálculos con el propósito de comparar tamaños y distancias:
1- Comparar el diámetro de la Luna con la distancia de la Tierra a la Luna.
2- i) ¿Qué crees que sea mayor, el radio del Sol o la distancia de la Tierra a la Luna?
ii) ¿Crees qué es mayor la distancia de la Tierra al Sol en comparación con el diámetro
del sol?
1
Alonso, M y Finn, E. (1995), Física. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana
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Introducción a la Física (Cód.: 2018 - 2232)
iii) Comprueba tus respuestas teniendo en cuenta la información del Anexo 1.
3- ¿Cuántas veces mayor es el Sol que la Tierra?
4- La Tierra es más grande que la Luna ¿en cuánto?
5- El 4 de marzo de 2009, un asteroide pasó muy cerquita de nuestro
Planeta Tierra. El tamaño estimado del asteroide de nombre 2009
DD45 está entre los 21 y los 47 metros. Se dice que pasó “rozando” la
Tierra porque transitó a 72000 km de nuestro planeta,
¿Cuántas veces menor es esta distancia, que la distancia Tierra-Luna?
¿Es correcto considerar a este asteroide un visitante muy cercano?
Actividad III: Vamos a observar y medir… (act. a realizar en casa)
Te proponemos determinar el diámetro del Sol a partir del siguiente procedimiento y construir un
breve escrito informando los resultados obtenidos, cálculos y análisis realizados.
Procedimiento
Haz un agujerito en un cartón, y sostenlo a los rayos del Sol. Observa la imagen del Sol
que se forma abajo. Para convencerte de que la mancha redonda de luz es una imagen
del Sol redondo, prueba con agujeros de distintas formas. Un agujero cuadrado o uno
triangular producirá una imagen redonda si la distancia a la imagen es grande en
comparación con el tamaño del agujero. Cuando los rayos del sol y la superficie donde
llegan son perpendiculares, la imagen es un círculo; cuando los rayos del Sol forman un
ángulo con la superficie de la imagen, esa imagen es un “círculo estirado”, es decir, una
elipse.
Deja que la imagen del Sol caiga en una moneda. Coloca el cartón de modo que la
imagen apenas cubra la moneda. Es una forma cómoda de medir el diámetro de la
imagen; es del mismo diámetro que el de la moneda, que se puede medir con facilidad. A
continuación mide la distancia entre el cartón y la moneda.
La relación del tamaño de la imagen entre la distancia a la imagen debe ser más o
menos 1/110. Es la relación del diámetro del Sol entre la distancia del Sol a la Tierra.
Con el dato distancia Sol - Tierra, calcula el diámetro del Sol.
Desde luego, la observación y la experimentación no son las únicas herramientas que posee el físico. De los
hechos conocidos un investigador puede inferir nuevos conocimientos de manera teórica, es decir, un
modelo de la situación física que se estudia. Mediante relaciones previamente establecidas, se aplica un
razonamiento lógico y deductivo al modelo, normalmente mediante técnicas matemáticas. El resultado
puede ser la predicción de algún fenómeno aún no observado o la verificación de las relaciones entre varios
procesos. El conocimiento que adquiere un físico por medios teóricos es, a su vez, utilizado por otros
investigadores para efectuar nuevos experimentos con el fin de verificar el modelo mismo, o de determinar
sus limitaciones y fallas. Esta relación entre experimentación y teoría hace que la física, al igual que otras
ciencias, sea un campo dinámico en donde nada se da por hecho.
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Anexo 1
Datos sobre el sistema solar
Planetas
Radio
ecuatorial
Distancia
promedio
al Sol (km.)
Lunas
Periodo de
Rotación
Periodo de
traslación
Inclinación
del eje
Mercurio
Venus
2.440 km.
6.052 km.
57,9 x 106
108,2 x 106
0
0
58,6 dias
243 dias
87,97 dias
224,7 dias
0,00 º
177,36 º
La Tierra
6.378 km.
149,6 x 106
1
23,93 horas
365,256 dias
23,45 º
Marte
3.397 km.
228 x 106
2
24,62 horas
686,98 dias
25,19 º
Júpiter
Saturno
71.492 km.
60.268 km.
778,3 x 106
1.429 x 106
16
18 *
9,84 horas
10,23 horas
11,86 años
29,46 años
3,13 º
25,33 º
Urano
Neptuno
25.559 km.
24.746 km.
2.871 x 106
4.504 x 106
15
8
17,9 horas
16,11 horas
84,01 años
164,8 años
97,86 º
28,31 º
Plutón
1.160 km.
5.913 x 106
1
6,39 días
248,54 años
122,72 º
Vel promedio=
29.8 km/s
no se considera
planeta a partir del
2006
* Algunos astrónomos atribuyen 23 satélites al planeta Saturno.
Luna
3.476 km
Distancia T-L
384.403 km
Datos
Tamaño: radio ecuatorial
27,3 días
27,3 días
velocidad media
de 1.03 km/s
El Sol
695.000 km.
Periodo de rotación sobre el eje de 25 a 36 días *
Masa comparada con la Tierra
332.830
Temperatura media superficial
6000 º C
*El periodo de rotación de la superficie del Sol va desde los 25 días en el ecuador hasta los 36 días cerca de los polos. Más adentro
parece que todo gira cada 27 días.
Observaci
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