practicas fisica 4
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COLEGIO COLEGIO SISTEMA SISTEMA ALZATE ALZATE C. C. H. C. C. H. INCORPORADO A LA U. INCORPORADO A N. A. M. CLAVE LA U. N. 7898 A. M. CLAVE 7898 JUEGO DE PRACTICAS DEL JUEGO LABORATORIO DE FÍSICA III DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE FÍSICA IV GRUPOS: 5510 Y 5520 GRUPOS: 6510 Y 6520 PLAN DE ESTUDIOS 2003 FÍSICA IV Practica No. 1 Pila voltaica Objetivo. Construir una pila con diferentes metales para determinar eléctrica de cada uno de estos. la conductividad Introducción. Una pila es un dispositivo que transforma la energía química en eléctrica. Una batería es un agrupamiento de dos o más pilas unidas en serie o en paralelo. Una muy usada en radios portátiles, lámparas de mano o rasuradoras eléctricas es la pila seca que produce una fuerza electromotriz (fem) de 1.5 volts entre sus terminales. La conexión de pilas en serie se efectúa al unir el polo positivo de una con el polo negativo de otra y así sucesivamente de acuerdo a la fem que se desea obtener, por su parte la conexión de pilas en paralelo, se realiza al enlazar por una parte todos los polos positivos y por otra todos los negativos. Para obtener un suministro continuo de electrones se utilizan las pilas y los generadores eléctricos, un generador es un aparto que transforma la energía mecánica en eléctrica. La fuerza electromotriz (fem), mide la cantidad de energía que proporciona un elemento generador de corriente eléctrica. Por lo tanto, le fuerza electromotriz aplicada en un circuito eléctrico es igual a la energía suministrada para que la unidad de carga recorra el circuito completo. ε = T / q. Conceptos a investigar. Corriente eléctrica directa, tipos de pilas voltaicas y serie electroquímica. Material. 1 pila de carbono - zinc 1 moneda de cobre / llave de bronce 1 moneda de plata o níquel 2 frascos vial 1 multímetro 1 leds Solución de NaCl al 10% 3 tramos de 5 cm de alambre de cobre 4 caimanes 1 tira de magnesio de 1 cm 1 paquete de algodón 2 clips 2 limones / naranjas / papas 30ml de H2SO4 Procedimiento. 1.- Tomar la pila de carbono-zinc, quitarle el forro metálico que es de zinc y cortar esta en tiras. 2.- Colocar en el limón un tramo de cobre junto con la tira de zinc (figura 1) y medir el voltaje con el multímetro. 3.- Retirar la placa de zinc y colocaren su lugar el clip y medir nuevamente con el multímetro. 4.- Colocar la tira de magnesio y medir el voltaje. 5.- Analiza cual da mayor voltaje para hacer funcionar un dispositivo eléctrico. 6.- Coloca la moneda de cobre y la moneda de zinc/niquel/plata una encima de otra separada por un algodón humedecido con H2SO4 o NaCl al 10% el polo positivo será la moneda de cobre y el polo negativo la otra moneda (figura 2) . Si deseas aumentar el voltaje coloca otro algodón humedecido otra moneda de cobre otro algodón húmedo y otra moneda de zinc. Trata de encender el led. Figura 1 Figura 2 (+) Cobre Moneda Algodón Zinc Moneda (-) Limón Cuestionario. 1.- ¿Cuál es el polo positivo y cuál el negativo en cada pila? 2.- ¿Qué es un despolarizante? 3.- ¿Qué es la F.e.m.? Referencias bibliográficas. Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial Harla, México. Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México. FÍSICA IV Practica No. 2 Motor eléctrico Objetivo. Construir un motor eléctrico para explicar el funcionamiento de este, utilizando los conocimientos de electromagnetismo. Introducción. Un motor eléctrico es un aparato que convierte la energía eléctrica en mecánica, un motor de corriente continua o directa está constituido por una bobina suspendida entre los polos de un imán. Al circular una corriente eléctrica en la bobina, esta adquiere un campo magnético y actúa como un imán, por tanto, es desplazada en movimientos de rotación, debido a la fuerza que hay entre los dos campos magnéticos. El motor de corriente alterna de inducción es el más empleado gracias a su bajo costo de mantenimiento. En general, todo motor eléctrico consta de dos partes principales: el electroimán, llamado inductor o estator pues suele ser fijo, y el circuito eléctrico, que puede girar alrededor de un eje y recibe el nombre de inducido o rotor. Conceptos a investigar. Fuerza magnética sobre un conductor, la regla de la mano derecha, fuerza recibida por una espira dentro de un campo magnético y partes que constituyen un motor eléctrico. Material. 2 m de alambre magneto del No. 22 1 imán de bocina 1 cuter o navaja 1 pila de 9V 2 clips 1 cinta masking tape Procedimiento. 1.- Toma los dos metros de alambre y busca una base con un diámetro de 2.5 a 3 cm para enredarlo, dejando ambos extremos con unos 3 cm (figura 1) para usarlos en asegurar la bobina y que pase la corriente de la pila. Figura 1 2.- Raspa uno de los extremos del alambre completamente para quitar el aislante, al otro extremo solo la mitad de una cara visto al cable frontalmente, esto con la finalidad de crear el efecto conmutador. 3.-Los clips serán escobillas, colócalos extendidos en cada uno de los polos de la pila de 9V, sobre las puntas de los clips se colocan las bobinas. 4.-Fija la pila con la cinta masking tape y acerca el imán a cierta distancia, observa lo que sucede. Cuestionario. 1.- ¿Qué dice la regla de la mano derecha? 2.- ¿Qué sucede si se invierten los polos? 3.- ¿Qué sucede si se invierten los polos del imán? Referencias bibliográficas. Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial Harla, México. Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México. FÍSICA IV Practica No. 3 Electromagnetismo Objetivo.- Construir una bobina y un solenoide para identificar las variables que intervienen en la intensidad del campo magnético y bajo que condiciones el campo magnético puede producir electricidad. Introducción.- El electromagnetismo es la parte de la física encargada de estudiar al conjunto de fenómenos que resultan de las acciones mutuas entre las corrientes eléctricas y el magnetismo. En 1820 Oersted descubrió que cuando circula corriente eléctrica por un alambre conductor se forma inmediatamente un campo magnético alrededor de él. Poco tiempo después Ampere descubrió que el campo magnético podía intensificarse al enrollar el alambre conductor en forma de bobina. En 1831 Faraday descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con una bobina a la que se le acercaba y alejaba un imán recto. La corriente inducida era más intensa a medida que se movía más rápido el imán. De acuerdo con los experimentos de Faraday sabemos lo siguiente: la inducción electromagnética es el fenómeno producido cuando un conductor se mueve en sentido transversal corando las líneas de fuerza de un campo magnético, con ello se genera una fuerza electromotriz que induce una corriente eléctrica en el conductor. Conceptos a investigar: Electromagnetismo, solenoide, bobina, corriente eléctrica, campo magnético, materiales conductores y materiales aislantes. Material: 10 m de alambre magneto del No. 22 1 eliminador de 12 volts o más 1 lija de esmeril delgada 1 tornillo de 6 cm de largo y ¼ de diámetro 1 pinzas de punta 1 extensión 1 multimetro 3 clavos (4, 5 y 6 pulgadas) 1 imanes de diferente tamaño 2 caimanes Procedimiento: 1.- Toma el tornillo que servirá como núcleo del electroimán y enreda los 2m de alambre magneto dejando 2 puntas de unos 10cm para conectarlas al eliminador y al interruptor. 2.- Fija el tornillo a la tabla con la pistola de silicón procurando que quede un poco alta. 3.- Una punta del alambre se fija a la tabla con el clavo y con otro tramo de alambre magneto se realiza un interruptor, fijando con silicón un tramo de palo de paleta a la tabla posteriormente se recorta un rectángulo de la botella de plástico (al cual se le fija el alambre) que se pega sobre el palo de paleta que hará contacto con el clavo el cual esta conectado con un polo del eliminador. 4.- Con las pinzas de punta se le da forma al clip de tal manera que la campana este cerca del electroimán. 5.- Recorta un tramo delgado y largo de plástico (15 cm), en la punta coloca una cabeza de un clavo el cual debe quedar entre la campanita y la punta del tornillo como se observa en el esquema siguiente. 6.- Acciona el interruptor y observa lo que sucede. Tornillo Alambre magneto Interruptor + Eliminador Campana Palos de madera Clip Clavo Tiras de plástico flexible Cuestionario 1.- ¿Cuál es la ventaja de un electroimán con respecto a la de un imán permanente? 2.- ¿Qué problemas existieron en la construcción del timbre? 3.- ¿Dónde más se usan los electroimanes? 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 IV Practica No. 4 Sensores Objetivo.- Objetivo.- Elaborar un circuito de luces con sensores, para comprender su función e importancia en la aplicación de aparatos electrónicos. Introducción.- Utiliza los fenómenos eléctricos para trasladar información audible, visual, etc., esta se canaliza a través de una corriente eléctrica a base de cambios en sus características los cuales se codifican, estos pueden ser amperaje, voltaje, frecuencia, fase, etc. Cuando el amperaje o el voltaje se alteran de forma controlada para conducir en forma codificada cierta información reciben el nombre de señales. Un sensor convierte una señal física de un tipo en una señal física de otra naturaleza. Cuando se diseñan sistemas de adquisición de datos de computadora, hay aspectos a cerca de los sensores que es necesario tener en cuenta: la naturaleza de la señal que el sensor transductor genera, la influencia de las señales de ruido, la calibración del sensor, la interdependencia entre los distintos componentes del sistema, la precisión del sensor, el tiempo de respuesta, el coeficiente de temperatura, la dependencia de salida del sensor y se clasifican por el principio físico del funcionamiento. Conceptos a investigar: Sensores, clasificación de sensores, flujo de electrones, circuito abierto y circuito cerrado. Material: 1 cautín Pasta para soldar 1 extensión 1 eliminador de 12 volts 1 sensor Soldadura 1 pinzas de punta 1 lija fina 1 soporte universal Procedimiento: Soldar las partes que integran al sensor de acuerdo al diagrama que contiene. Activarlo y accionarlo para determinar como lleva acabo su función. Cuestionario 1.- Explica como se activa tu sensor. 2.- Menciona tres ventajas y tres desventajas del sensor. 3.- En que emplearías tu sensor. 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 IV Practica No. 5 Espejos planos y convexos (1ª. Parte) Objetivo.- Determinar experimentalmente el rayo reflejado en un espejo plano en posición vertical a través de la observación de una línea marcada por alfileres, para marcar la Normal y obtener el ángulo de incidencia. Introducción.- Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, esta se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa, como en un espejo plano, los rayos son reflejados en una sola dirección. Toda superficie que refleje los rayos de luz recibe el nombre de espejo. Al estar frente a un espejo plano vemos nuestra imagen en él, dicha imagen es derecha porque tiene nuestra misma posición; es virtual porque se ve como si estuviera dentro del espejo; y es simétrica porque queda aparentemente a la misma distancia que la observa en el espejo. Un rayo de luz antes de ser reflejado en el espejo recibe el nombre de rayo incidente y después de la reflexión se llama reflejado. Se forman espejos planos angulares al unir dos espejos planos por uno de sus lados y con un cierto ángulo. Al colocar un objeto en medio de ellos, se observa un número N de imágenes que dependerá de la medida de dicho ángulo. Los espejos esféricos son casquetes de una esfera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos que inciden en ellos. Son cóncavos si la superficie reflectora es la interior y convexos si es la exterior. El foco o distancia focal de un espejo esférico es el punto del eje principal en que coinciden los rayos reflejados y se encuentra a la mitad del radio. Conceptos a investigar: Características de los espejos planos, leyes de la reflexión y su representación gráfica. Material: 1 hoja blanca 1 regla graduada 1 barra de plastilina 1 transportador 2 alfileres 1 espejo plano (30cm x 8cm) 1 bloque de madera (30cm x 10cm) Procedimiento: - Coloca sobre la mesa una hoja de papel blanco y coloca masking tape en las esquinas para que no se mueva. Traza una línea en un extremo de lada a lado. - Sobre la línea marcada, coloca el bloque de madera y ahí recarga el espejo plano para que no se caiga. - Coloca dos alfileres teniendo como base un trozo de plastilina en dos lugares del papel (formando una línea imaginaria) y traza entre estos una línea que llegue hasta la superficie del espejo. - Inclina tu cuerpo, de tal manera que uno de tus ojos quede sobre la superficie de la mesa, en una posición que te permita ver las imágenes reflejadas de los alfileres alineados con tu ojo. - Señala con otros dos alfileres utilizando nuevamente plastilina como base, la línea que señalara el rayo reflejado. - La línea que marcaste con los primeros alfileres, representa el rayo de luz incidente. Con los dos alfileres clavados después, traza una línea hasta el espejo, representando el rayo reflejado. Si se ha realizado correctamente la actividad experimental, las dos - - líneas deben coincidir en la superficie reflectora del espejo, en caso contrario, repite el proceso en otra hoja de papel. Como el ángulo de incidencia es él ángulo existente entre el rayo incidente y la perpendicular o normal a la superficie reflectora considerada en el punto de reflexión del rayo, y él ángulo entre el rayo reflejado y la normal; dibuja la normal en la hoja de papel y después mide le valor del ángulo de incidencia y de reflexión, los cuales deben ser del mismo valor. Repite los pasos anteriores dos veces más, moviendo los alfileres para modificar el ángulo de incidencia. Cuestionario 1.- Menciona 5 usos de los espejos planos. 2.- Como defines el ángulo reflejado. 3.- ¿Cuáles fueron los factores en los cuales tuviste que tener una buena precisión para que el ángulo de incidencia y el reflejado sean exactos? 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 IV Practica No. 6 Espejos planos y convexos (2ª. Parte) Objetivo.- Determinar experimentalmente las características de la imagen de un objeto reflejado en un espejo plano y un espejo convexo. Introducción.- Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, esta se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa, como en un espejo plano, los rayos son reflejados en una sola dirección. Toda superficie que refleje los rayos de luz recibe el nombre de espejo. Al estar frente a un espejo plano vemos nuestra imagen en él, dicha imagen es derecha porque tiene nuestra misma posición; es virtual porque se ve como si estuviera dentro del espejo; y es simétrica porque queda aparentemente a la misma distancia que la observa en el espejo. Los espejos esféricos son casquetes de una esfera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos que inciden en ellos. Son cóncavos si la superficie reflectora es la interior y convexos si es la exterior. El foco o distancia focal de un espejo esférico es el punto del eje principal en que coinciden los rayos reflejados y se encuentra a la mitad del radio. Cuando un objeto se coloca frente a un espejo esférico entre el foco y el centro de curvatura la imagen que se obtiene de él será: real y, por tanto, invertida; de mayor tamaño que el objeto y se formara después del centro de curvatura. Si el cuerpo se coloca entre el foco y el vértice, la imagen obtenida de él será virtual, porque se ve aparentemente dentro del espejo; derecha y de mayor tamaño que el objeto. Finalmente, si se ubica con exactitud en el foco del espejo, no se obtendrá ninguna imagen. Conceptos a investigar: Características de los espejos planos y esféricos, cóncavos, convexos. Material: 3 monedas o dados 1 transportador 1 flexometro 2 espejos planos 1 espejo convexo Procedimiento: - Coloca dos espejos planos formando un ángulo de 90o y coloca una moneda o el dado frente a ellos y cuenta el número de imágenes que se observan en los dos espejos. - Con ayuda del transportador varía el ángulo entre los espejos angulares en intervalos de 15o y cuenta el número de imágenes que se ve en cada caso. - Realiza tus esquemas, registra tus datos en el cuadro de abajo y contesta lo siguiente. No. DE IMÁGENES OBTENIDAS AL VARIAR EL ÁNGULO (DATOS EXPERIMENTALES) Ángulo () 90o 75o 60o 45o 30o No. De imágenes 360o / - - ¿Qué sucede con el número de imágenes formadas a medida que el ángulo entre los espejos planos disminuye? ¿Qué observas al comparar los resultados de la segunda columna con los de la tercera del cuadro anterior? Proponga una fórmula que permita calcular el número de imágenes observables de un objeto colocado frente a unos espejos angulares. Coloca a una distancia de 50cm del espejo convexo un objeto, observa y describe las características de la imagen, posteriormente acércalo cada vez más 10cm hasta llegar a una distancia entre el objeto y el espejo de 5 cm. Analiza y explica que sucede con la imagen reflejada en el espejo cóncavo y compárala con la formada por un espejo plano. Cuestionario 1.- ¿Cómo es la imagen en un espejo plano, real o virtual? Explica. 2.- ¿Menciona 3 ejemplos de espejos planos? 3.- ¿Cuáles son las características de la imagen de un objeto en un espejo plano y uno convexo? 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 IV Practica No. 7 Construcción de un aparto de óptica Objetivo.- Investigar y construir un aparato óptico con lentes y espejos convergentes y/o divergentes. Introducción.- La óptica es la rama de la Física que estudia la luz y los fenómenos que produce, la luz se propaga por medio de ondas electromagnéticas en línea recta a una velocidad aproximada de 300 000 km / s en el vacío. Para su estudio la óptica se puede dividir de la siguiente manera: Geométrica, física y electrónica. Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa como un espejo, los rayos se reflejan o rechazan en una sola dirección. La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Los espejos esféricos son casquetes de una esfera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos que inciden en ellos. Son cóncavos si la superficie reflectora es la inferior y convexos si la superficie reflectora es la exterior. Las lentes son cuerpos transparentes, limitados por dos superficies esféricas y una plana. Las lentes se utilizan a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes de la refracción. Se dividen en convergentes y divergentes. Los espejos y lentes se utilizan para la fabricación de diferentes instrumentos ópticos de mucha utilidad, tales como, la cámara fotográfica, el proyector de transparencias, el microscopio o el telescopio, entre otros. Conceptos a investigar: Lentes cóncavos, lentes convexos, espejos planos, tipos de cada uno de estos y las divisiones de la óptica. Material: Depende del aparato óptico a realizar Procedimiento: Debe ser diseñado por el alumno, de acuerdo al aparato óptico a realizar 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.