PRACTICAS DE FÍSICA IV

COLEGIO ALZATE
SISTEMA ALZATE
C. C. H.
COLEGIO
SISTEMA C. C. H.
INCORPORADO A
INCORPORADO A LA U. N. A. M.
LA U. N. A. M.
CLAVE 7898
CLAVE 7898
JUEGO DE PRACTICAS
JUEGO DE PRÁCTICAS
DEL LABORATORIO DE FÍSICA III
DEL LABORATORIO DE FÍSICA II
GRUPOS: 5510
4510 Y
GRUPOS:
Y 4520
5520
PLAN DE ESTUDIOS 2003
FÍSICA II
Practica No. 1 Ondas superficiales
Objetivo.- Observar las ondas producidas en la superficie de un líquido con
diferentes objetos para identificar las características de cada una de estas debido al
movimiento producido por cada uno de los cuerpos.
Introducción.- Las ondas mecánicas son aquellas ocasionadas por una
perturbación y que para su propagación en forma de oscilaciones periódicas
requieren de un medio material. Tal es el caso de las ondas producidas en un
resorte, una cuerda o el agua, o en algún medio por el sonido. Las ondas pueden ser
longitudinales si las partículas del medio material vibran paralelamente a la
dirección de propagación de la onda; como las ondas producidas en un resorte.
Son transversales si las partículas del medio material vibran en forma
perpendicular a la dirección de propagación de la onda; ejemplo de éstas son las
ondas que se difunden en un estanque al arrojar una piedra. Las ondas también se
clasifican en lineales si se propagan en una sola dimensión, tal es el caso de un
resorte; superficiales si se propagan en dos dimensiones, como sucede en la
superficie de un líquido cuando una piedra cae en un estanque; tridimensionales si
se propagan en todas direcciones, el sonido, por ejemplo.
Conceptos a investigar: Tipos de ondas, características de las ondas, refracción y
difracción de ondas, ondas sonoras y ondas símicas.
Material:
Tanque de ondas
4 bases de madera (Cilindros de 40 cm. altura)
Regla graduada
2 Lápices con punta
2 bloques de madera de 8 x 13 cm. (altura 5cm)
Cinta adhesiva
Soporte universal
Silicón para vidrio
Cartulina blanca
1 recipiente de plástico
1 piedra pequeña
Transportador
Manguera semicircular
Pinzas para bureta
Procedimiento:
- Una semana antes elabora un tanque de ondas de la siguiente manera: coloca
un vidrio de 50 x 60 cm. como base, en cada uno de los lados pega con el
silicón un vidrio de 10 cm. de altura de modo que simulen las paredes (Fig.
1) y en cada una de las esquinas por la parte de abajo pega y sujeta bien cada
uno de los cilindros de madera que servirán de base para la caja de vidrio.
Figura 1. Tanque de ondas
- Frente de una onda. Llena el recipiente de plástico con agua y deja caer una
piedra en su centro. Observa las ondas que se forman. Repite la actividad
cuantas veces sea necesario, para observar con claridad las ondas que se
forman.
- Refracción de las ondas. Coloca debajo del tanque de ondas la cartulina
blanca sujetada con la cinta adhesiva para que no se mueva, agrega agua al
tanque de ondas, a una altura aprox. de 5 a 7 mm. y coloca en un soporte
universal una lámpara en la parte superior para que la sombra de las ondas se
vea en la cartulina blanca colocada debajo del tanque. (Fig. 2)
Lámpara
Cartulina
Bases cilíndricas de
madera
Figura 2. Tanque de ondas con fuente luminosa.
- En un extremo del tanque, toca el agua con la punta de un lápiz para producir
una perturbación de fuente puntual. Después mueve el lápiz de arriba hacia
abajo con movimientos regulares y observe las ondas de la pantalla.
- Coloca una regla de manera de barrera recta a unos 20 cm. de donde se
generan los pulsos con la punta del lápiz y note como se reflejan las ondas.
Mueve la regla recta para formar un ángulo de 40° respecto al lápiz
generador de los pulsos; observa el ángulo de incidencia de las ondas
reflejadas con relación al ángulo de reflexión.
- Cambia la regla por un trozo de manguera, colócala de manera semicircular a
20 cm. de donde se generan los pulsos con la punta del lápiz y vea como son
las ondas reflejadas.
- Difracción de las ondas. Utiliza la regla para generar un frente de onda
recto (desliza la regla para generar la simulación de una ola), dibuja la forma
de la onda en tu cuaderno.
- Coloca los bloques de madera dentro del tanque de ondas, separados a una
distancia de 15 cm.; genera un frente de onda recto con la regla y observa la
forma de la onda después de pasar entre los bloques. Repita la experiencia
con los bloques separados por distancias cada vez 3cm menos, hasta llegar a
una separación de 10 mm. Anota tus observaciones y esquemas.
- Interferencia de ondas. A intervalos de tiempo regulares, sumerge la punta
de un lápiz en un extremo del tanque de ondas. Ahora, utiliza los lápices
separados por unos 10 cm.; sácalos y mételos al agua al mismo tiempo y ve
las formas que se producen en donde los frentes de onda se cruzan. Realiza
tus esquemas y anota tus observaciones.
Cuestionario:
1.- ¿Son transversales las ondas que se formaron en la cubeta al dejar caer la
piedra? ¿Por qué?
2.- ¿Como son las ondas cuando el lápiz se mueve de arriba hacia abajo,
considerando la dirección de propagación y su forma?
3.- ¿Qué sucede al introducir los dos lápices al mismo tiempo, ¿aparece cada frente
de onda como si el otro no estuviera ahí, o se interfiere de laguna manera?
Bibliografía:
- Alvarenga, Máximo. 1981. Física general con experimentos sencillos. Ed.
Harla. México.
- Hewitt. 1999. Física Conceptual. Ed. Pearson. México.
- Pérez Montiel, Héctor. 2003. Física General. 3ª. Ed. Publicaciones Cultural.
México, D. F.
FÍSICA II
Practica No. 2 Péndulo simple
Objetivo.- Analizar en forma experimental las características del movimiento de un
péndulo simple y encontrar qué factores influyen en su período.
Introducción.- El primer gran descubrimiento de Galileo ocurrió cuando el tenía
17 años en 1581, al observar en la catedral de su ciudad natal que la lámpara
suspendida en el techo, debido a las corrientes de aire, se balanceaba. En su
movimiento de vaivén, que en ocasiones era corto y en otras describía arcos más
grandes, Galileo observó que aparentemente la lámpara tardaba el mismo tiempo en
efectuar una oscilación, fuese grande o pequeña.
Un movimiento armónico simple es un movimiento periódico, es decir, se
repite a intervalos iguales de tiempo. Un péndulo simple está constituido por un
cuerpo pesado suspendido en un punto sobre un eje horizontal, por medio de un
hilo de masa despreciable. Cuando se separa un péndulo de su posición de
equilibrio y después se suelta, oscila a uno y otro lado del mismo por efecto de su
peso. El movimiento de un péndulo es un ejemplo de movimiento armónico simple,
el período de un péndulo es el tiempo que tarda en efectuar una oscilación
completa, o sea, un ciclo. La frecuencia de un péndulo es el número de oscilaciones
completas o ciclos que realiza en un segundo.
Conceptos a investigar: Movimiento armónico simple, péndulo simple y ecuación
para calcular el período de un péndulo.
Material:
Cronometro
Soporte universal
Una esfera de acero (balín)
Una esfera de vidrio
Una esfera de hule
Transportador
Pinzas de sujeción
Regla graduada
Una esfera de madera
Palo de bandera
Procedimiento:
- Coloca y sujeta el palo de madera a una altura de 80 cm con ayuda de las
pinzas.
- Amarra el hilo a una distancia considerable para que se puedan realizar las
oscilaciones.
- Con el otro extremo del hilo a 10cm de distancia amarra la esfera metálica;
desplaza la esfera 3 cm de su posición de equilibrio y mide con un
cronometro el tiempo necesario para que el péndulo realice 10 oscilaciones
completas.
- Repite lo anterior con la misma esfera metálica, pero ahora con longitudes
del péndulo de 20, 30 y 40 cm. En cada caso se debe desplazara la esfera 3
cm de su posición de equilibrio y determinar el tiempo necesario para que el
péndulo realice 10 oscilaciones completas, al dividir dicho tiempo entre 10
nos dará el período de oscilación del péndulo. Registra tus datos en el cuadro
siguiente.
PERIODOS DE OSCILACIÓN (EXPERIMENTALES)
Longitud del péndulo (cm)
Periodo de oscilación del péndulo (s)
10
20
30
40
- Ahora construye un péndulo con una esfera de vidrio y un trozo de hilo de
20 cm de largo. Desplaza la esfera de vidrio 15 cm de su posición de
equilibrio y mide con un cronometro el tiempo necesario para que el péndulo
realice 10 oscilaciones completas.
- Repite la experiencia anterior manteniendo constantes todos los factores
menos el de la masa del péndulo utilizando las esferas de madera, hule y
metal.
- Determina para cada caso el tiempo en que se efectuarán 10 oscilaciones
completas y divídelo entre 10 para encontrar el período de los péndulos
utilizados. Registra tus datos en el cuadro siguiente.
PERIODOS DE OSCILACIÓN PARA DIFERENTES MATERIALES (EXPERIMENTALES)
Material de la esfera
Vidrio
Madera
Hule
Metal
Periodo de oscilación del péndulo (s)
- Selecciona una esfera del material que desees y construye un péndulo.
Realiza diferentes mediciones para encontrar e período, pero conserva
siempre la misma masa y longitud, variando únicamente el ángulo inicial de
oscilación.
- Hazlo primero para un ángulo de 5o, después de 10o, 15o y 20o, en cada caso
encuentra el tiempo en que se llevan acabo 10 oscilaciones, y divídelo entre
10para hallar el período de oscilación. Registra tus datos en el cuadro
siguiente.
PERIODOS DE OSCILACIÓN EN DIFERENTES ÁNGULOS (EXPERIMENTALES)
Angulo de oscilación
5o
10o
15o
20o
Periodo de oscilación del péndulo (s)
Cuestionario:
1.- De acuerdo a los datos obtenidos en el primer cuadro ¿cómo influye la
longitud de un péndulo en su período de oscilación? Explique si el período varia
de manera directa o inversamente proporcional a la longitud. Justifica tu
respuesta.
2.- Con base a los datos del segundo cuadro ¿si varía la masa del péndulo, varía
su período de oscilación? Justifica tu respuesta.
3.- Basándose en los resultados obtenidos en el tercer cuadro ¿cambia el período
de oscilación de un péndulo si se varía únicamente su ángulo de oscilación.
Justifica tu respuesta.
Bibliografía:
- Alvarenga, Máximo. 1981. Física general con experimentos sencillos. Ed.
Harla. México.
- Hewitt. 1999. Física Conceptual. Ed. Pearson. México.
- Pérez Montiel, Héctor. 2003. Física General. 3ª. Ed. Publicaciones Cultural.
México, D. F.
FÍSICA II
Practica No. 3 Construcción de electroscopios
Objetivo. Comprobar el tipo de carga que presenta un cuerpo a través de la
elaboración de un electroscopio.
Introducción.
El electroscopio es un aparato que permite detectar la presencia de carga eléctrica
de un cuerpo e identificar el signo de las mismas. Toda materia, es decir, cualquier
clase de cuerpo, se compone de átomos y estos de partículas elementales como los
electrones, protones y neutrones. Los electrones y protones tienen una propiedad
llamada carga eléctrica (negativa y positiva respectivamente), mientras que los
neutrones carecen de carga. El átomo está constituido por un núcleo, en él se
encuentran los protones y los neutrones, y alrededor giran los electrones. Un átomo
normal es neutro, ya que tiene el mismo número de electrones o cargas negativas y
de protones o cargas positivas; sin embargo un átomo puede ganar electrones y
quedar con carga negativa, o bien, perderlos y adquirir carga positiva.
Existen diferentes formas de electrizar a los cuerpos, esto se caracteriza por
perder o ganar electrones (positiva si pierde electrones y negativa si los gana),
algunas de estas formas son: frotamiento, contacto e inducción. Un principio
fundamental de la electricidad es el siguiente: cargas del mismo signo se repelen y
cargas de signo contrario se atraen.
Conceptos a investigar: Serie triboeléctrica, tipos de electroscopios, inducción de
cargas y cargas electroestáticas.
Material.
1 frasco de penicilina
1 clavo
20 cm de papel aluminio
1 clip o alfiler
Pegamento
1 frasco chico de mayonesa
15 cm2 tramo de alambre TW 14
1 tira de papel metálico
1 pinzas de corte
Procedimiento.
Construcción de electroscopio con el frasco de penicilina
1.- Atravesar con el alfiler o el clip el tapón de hule del frasco de penicilina.
2.- Cortar dos tiras de papel metálico del tamaño apropiado para que entren en el
frasco de penicilina.
3.- En la punta del alfiler colocar una gota de pegamento y colocar las dos tiras de
papel metálico, teniendo cuidado que no se aíslen con el pegamento, y de que estén
limpias de grasa. Ver figura 1.
Figura 1
Construcción de electroscopio con el frasco de mayonesa
1.- Atravesar con el clavo la tapa del frasco.
2.- Introducir el tramo de alambre TW 14, en el orificio de la tapa, pelar los
extremos del alambre y darle la forma como se ilustra en la figura de abajo.
3.- Doblar y colocar dos tramos de papel aluminio en los bordes del alambre de tal
forma que se puedan introducir dentro del frasco.
4.- Colocarlo dentro del frasco y posteriormente acercar un objeto que haya sido
frotado con otro objeto para comprobar si tiene carga eléctrica.
Cuestionario.
1.- ¿Cómo adquiere carga eléctrica un cuerpo al ser frotado con otro?
2.- ¿Para qué sirve un electroscopio de laminillas?
3.- ¿Por qué cuando hay humedad no funciona igual?
Referencias bibliográficas.
Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial
Harla, México.
Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.
FÍSICA II
Practica No. 4 Construcción de electróforo
Objetivo. Construir un electróforo con material aislante y conductor de energía
para explicar su funcionamiento con base a la electroestática.
Introducción.
Toda materia, es decir, cualquier clase de cuerpo, se compone de átomos y estos de
partículas elementales como los electrones, protones y neutrones. Los electrones y
protones tienen una propiedad llamada carga eléctrica (negativa y positiva
respectivamente), mientras que los neutrones carecen de carga. El átomo está
constituido por un núcleo, en él se encuentran los protones y los neutrones, y
alrededor giran los electrones. Un átomo normal es neutro, ya que tiene el mismo
número de electrones o cargas negativas y de protones o cargas positivas; sin
embargo un átomo puede ganar electrones y quedar con carga negativa, o bien,
perderlos y adquirir carga positiva.
Existen diferentes formas de electrizar a los cuerpos, esto se caracteriza por
perder o ganar electrones (positiva si pierde electrones y negativa si los gana),
algunas de estas formas son: frotamiento, contacto e inducción. Un principio
fundamental de la electricidad es el siguiente: cargas del mismo signo se repelen y
cargas de signo contrario se atraen.
Conceptos a investigar: Serie triboeléctrica, inducción de cargas y cargas
electroestáticas.
Material.
1 vaso de unicel
1 plato de unicel rectangular
50 cm de hilo
1 trozo de papel aluminio
Pegamento
1 plato o molde de aluminio redondo
1 popote
1 tira de papel metálico
1 cinta masking tape
Procedimiento.
1.- Empleando el vaso de unicel y el popote, se construye un soporte para sostener
una bolita hecha de papel aluminio amarrada con el hilo.
2.- El vaso se pega al molde de aluminio con la cinta de masking, la bolita de
aluminio debe quedar cerca del borde del plato de aluminio pero no debe tocarlo.
3.- Coloca el plato de aluminio encima del plato de unicel, (quedando como el de la
figura 1) el cual ha sido frotado con algún objeto para que adquiera carga
electroestática.
4.- Acerca el dedo de la mano y observa lo que sucede.
Figura 1
Popote
Hilo
Vaso de unicel
Molde de aluminio
Bolita de aluminio
Plato de unicel
Cuestionario.
1.- ¿Qué sucede cuando frotas el plato de unicel con el cabello o tu ropa?
2.- ¿Qué carga adquiere el unicel?
3.- ¿Qué sucede al acercar el dedo de la mano, explica el fenómeno?
Referencias bibliográficas.
Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial
Harla, México.
Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.
FÍSICA II
Practica No. 5 Circuitos en serie y en paralelo
Objetivo. Construir un circuito mixto con resistencias eléctricas y comprobar la ley
de Ohm al hacer circular una corriente de 9 volts.
Introducción.
Un circuito eléctrico es un sistema en el cual la corriente fluye por un conductor en
una trayectoria completa debido a una diferencia de potencial, en cualquier circuito
eléctrico por donde se desplazan los electrones a través de una trayectoria cerrada,
existen los siguientes elementos fundamentales: Voltaje, corriente y resistencia. El
circuito esta cerrado cuando la corriente eléctrica circula en todo el sistema y
abierto cuando no circula por él.
Los circuitos eléctricos pueden estar en serie, en paralelo o en forma mixta;
cuando las resistencias se conectan en serie, se unen por sus extremos a
continuación de la otra, de tal manera que la intensidad de corriente que pasa por
una, sea la misma en las demás, por lo tanto si se interrumpe en una, también se
interrumpe en las demás. Cuando las resistencias se conectan en paralelo sus
terminales se unen en dos bornes comunes que se enlazan a la fuente de energía o
voltaje, en esta conexión la corriente eléctrica se divide en cada uno de los ramales
y dependerá del número de resistencias que se conecten en paralelo, de tal manera
que si una resistencia es desconectada las demás seguirán funcionando. Cuando se
tiene una conexión mixta de resistencias, significa que están agrupadas tanto en
serie como en paralelo.
Conceptos a investigar: Circuitos en serie y paralelo, Ley de Ohm, intensidad de
corriente, resistencia y voltaje en circuitos eléctricos.
Material.
1 cautín para soldar
Soldadura de estaño
1 multímetro
2 caimanes
1 chasis de radio descompuesto
1 pinzas de punta
Pasta para soldar
1 pila de 9 volts
5 resistencias de 1 a 10 ohms
Procedimiento.
1.- Con ayuda del cautín y las pinzas de punta, quitar las resistencias del chasis,
tratando de buscar las que estén dentro del rango indicado.
2.- Medir el valor exacto de cada resistencia con el multímetro y numéralas como
R1, R2, R3, R4 y R5.
3.- Construye el siguiente circuito mixto como se ve en la figura siguiente.
R1
9V
R2
R3
R4
-
R5
4.- Calcula teóricamente la intensidad de corriente que consumirá el circuito
utilizando la Ley de Ohm.
5.-Comprueba los cálculos realizados experimentalmente con el multímetro en el
indicador apropiado.
Cuestionario.
1.- Si tuvieras conectados en serie un foco de 60 W y otro de 100W a una
diferencia de potencial de 120V, ¿Cual daría más luz?
2.- Si estuvieran conectados en paralelo ¿Cuál brillaría con mayor intensidad?
3.-¿Cómo varía el cálculo del voltaje par un circuito en serie y en paralelo?
Referencias bibliográficas.
Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial
Harla, México.
Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.
FÍSICA II
Practica No. 6 Ley de Lenz y Faraday
Objetivo. Introducir una corriente eléctrica en una bobina al aproximarle un imán
para medir la intensidad de la corriente producida en función de las distintas
variables.
Introducción.
Un campo magnético se representa por las líneas magnéticas cuya dirección y
sentido están dados por la dirección que toma una brújula y por el sentido en que
apunta su polo norte. Además el número de líneas magnéticas que atraviesen
perpendicularmente a la unidad de área será proporcional a la inducción magnética
(B), es decir, donde las líneas estén apretadas al campo magnético será intenso.
El flujo magnético es el número de líneas del campo magnético; la densidad
del flujo magnético, es el flujo que atraviesa perpendicularmente a la unidad de
área. Un flujo magnético variable induce un campo eléctrico, cuyas líneas rodean a
la del campo magnético. El flujo del campo magnético varia por movimiento
mutuo entre un circuito y un campo magnético como en los generadores eléctricos;
por variación del área de flujo encerrada o eslabonada por el circuito, como un
conductor móvil en un campo magnético y por la variación de la corriente que
origina el flujo, como en los transformadores eléctricos.
Si a lo largo de un campo eléctrico inducido se encuentra un conductor, el
campo eléctrico ejerce una fuerza sobre las cargas libres, por lo que se establece
una fuerza electromotriz (fem), Si el circuito esta cerrado se tendrá en él una
corriente eléctrica.
Conceptos a investigar: Experimentos de Faraday con esquemas, La Ley de Lenz
con esquemas, Regla de los tres dedos de la mano derecha y generadores.
Material.
5 m de alambre magneto
1 imán de barra
1 m de tubo ½ “ de PVC
1 botella de plástico 13cm de diámetro
2 multìmetro
1 led de 1.5 V
Procedimiento.
1.- Corta la botella de plástico por ambos extremos.
2.- Enreda el alambre magneto en la botella para formar una bobina uniforme.
3.- Una vez enredado, conecta las dos puntas del alambre al multìmetro, el cual
debe estar conectado para medir amperaje de corriente directa.
4.- Introduce el imán por el orificio de la botella, volviéndolo a sacar con rapidez y
observa lo que pasa con el multìmetro.
Botella
Alambre magneto
Figura 1
5.- Toma el tubo PVC y forma otra bobina en la parte media del tubo y conecta las
puntas al led.
6.- Deja caer un imán a través del tubo de PVC y observa que sucede con el led
conectado a la bobina. Deja caer el imán en ambas direcciones y observa que
sucede.
Tubo PVC
Led
Alambre
Figura 2
Cuestionario.
1.- ¿Qué Ley se comprueba en cada parte del experimento?
2.- ¿Cómo aumentamos la intensidad de corriente?
3.- ¿Qué usos se les da a estas dos leyes?
Referencias bibliográficas.
Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial
Harla, México.
Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.
FÍSICA II
Practica No. 7 Investigación de circuitos integrados (CHIP)
Objetivo. Investigar y observar los diferentes tipos de chips y realizar una
investigación bibliográfica sobre su construcción y usos.
Introducción.
En electrónica de consumo, los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo
de muchos nuevos productos, como computadoras y calculadoras personales,
relojes digitales y videojuegos. Se han utilizado también para mejorar y rebajar el
costo de muchos productos existentes, como los televisores, los receptores de radio
y los equipos de alta fidelidad. Su uso esta muy extendido en la industria, la
medicina, el control de trafico, control medio ambiental y comunicaciones.
El circuito integrado, es un pequeño circuito electrónico utilizado para realizar una
función electrónica específica, como la amplificación. Se combina por lo general
con otros componentes para forma un sistema más complejo y se fabrica mediante
la difusión de impurezas en silicio monocristalino, que sirve como material
semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de
electrones. Varios cientos de circuitos integrados idénticos se fabrican a la vez
sobre una oblea de pocos centímetros de diámetro.
Conceptos a investigar: Antecedentes de los transistores, construcción de los
transistores como semiconductores, usos actuales y tamaños.
Material.
1 chasis de radio o TV
1 lupa
1 circuito integrado
1 arco con segueta
1 cautín
1 pinzas de punta
Procedimiento.
1.- Localiza en el chasis los circuitos integrados.
2.- Quita con la ayuda de las pinzas y el cautín el circuito integrado.
3.- Corta por la mitad el chip con ayuda de la segueta.
4.- Observa el tamaño real del chip, anota las dimensiones.
5.- Con ayuda de la lupa observa los componentes del chip (microcircuito).
Cuestionario.
1.- ¿Qué usos se les da a los chips?
2.- ¿Qué capacidad puede tener un chip?
Referencias bibliográficas.
Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.