FÍSICA 11° (6720000) - periódico virtual de matemáticas

GRADO
11°
PREGUNTA PROBLEMATIZADORA
ESTÁNDARES
LOGROS
INDICADORES DE LOGRO
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TEMAS
Concepto de trabajo.
Potencia.
Energía cinética.
Energía potencial gravitacional.
Energía potencial elástica
ÁREA Y/ ASIGNATURA
NOMBRE DE LA UNIDAD
INTENSIDAD SEMANAL
HORARIA
TIEMPO (DURACIÓN DE
LA UNIDAD)
1
Primer período
Física
Trabajo y Energía
2 horas
¿Qué diferencia física hay entre un motor de moto y uno carro?
¿Por qué la caída del agua desde cierta altura es capaz de generar electricidad?
 Explico condiciones de cambio y conservación en diversos sistemas, teniendo en cuenta transferencia y transporte de energía y su interacción con la materia.
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Comprender y explicar el principio de la conservación de la energía mecánica valorando los adelantos científicos y tecnológicos y manifestando respeto por el libre
pensamiento de quienes le rodean.
Identificar el concepto físico de trabajo, las ecuaciones y las unidades de medida.
Desarrollar habilidades para plantear y solucionar problemas relacionados con el trabajo y el movimiento.
Identificar el concepto físico de potencia, las ecuaciones y las unidades de medida.
Desarrollar habilidades para plantear y solucionar problemas relacionados con el trabajo y la potencia.
Reconocer la diferencia entre la energía cinética y potencial, e identificar las ecuaciones de cada una.
Desarrollar habilidades para determinar la energía cinética y potencial de un cuerpo.
Plantear y resolver problemas relacionados con la energía potencial elásticas.
Aplicar la ley de conservación de la energía para plantear y resolver problemas contextualizados.
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Explica a través de ejemplos el concepto de trabajo, enuncia la ecuación y deduce las unidades de medida
Plantea y resuelve problemas propuestos relacionados con el trabajo
Explica con ejemplos el concepto de potencia y reconoce la ecuación que relaciona las variables y las unidades de medida
Plantea y resuelve problemas relacionados con el trabajo y la potencia de motores
Explica a través de ejemplos la diferencia entre la energía cinética y la energía potencial d un cuerpo
Plantea y resuelve problemas relacionados con el teorema del trabajo y la energía
Plantea y resuelve problemas relacionados con la energía potencial gravitacional y la energía potencial elástica
Plantea y resuelve problemas a través de la ley de la conservación de la energía
ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS
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Fotocopias texto guía.
Videos.
Guía de ejercicios.
Material de laboratorio.
Fotocopia evaluación - ICFES.
Internet.
COMPETENCIAS
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Establezco relaciones entre las diferentes fuerzas que actúan sobre
cuerpos en reposo, en movimiento rectilíneo uniforme y establezco
condiciones para conservar la energía mecánica
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Valoro positivamente las normas constitucionales e institucionales que
hacen posible la preservación de las diferencias culturales y políticas, y
que regulan nuestra convivencia.
Comprendo la importancia de la defensa del medio ambiente, tanto en
el nivel local como global, y participo en iniciativas a su favor.
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RECURSOS
Compas, transportador, tablas de multiplicar, figuras de papel, video beam,
computadores, USB
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EVALUACIÓN Y CRITERIOS
Responsabilidad, orden y disciplina en el estudio.
Presentación de los trabajos, informes, talleres, consultas, laboratorios, investigaciones
Evaluaciones (escritas y tipo ICFES), proyectos.
Asistencia, puntualidad. Aseo y presentación personal.
Vivencia de valores éticos y morales.
Mantener y presentar el cuaderno de trabajo en orden y al día con apuntes, talleres, consultar, etc.
Participación en campañas ecológicas dentro y fuera de la institución.
2
FÍSICA
UNIDAD N° 1: TRABAJO Y ENERGÍA
Lic. Tatiana Hinestroza López.
TEMAS:
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Concepto de trabajo.
Potencia.
Energía cinética.
Energía potencial gravitacional.
Energía potencial elástica.
1.1.
CONCEPTO DE TRABAJO
En el lenguaje cotidiano, el término trabajo tiene una gran variedad de significados, según el contexto donde se utilice. Por ejemplo, puede referirse a
lo que una persona hace para ganarse la vida, a una tarea escolar o a un esfuerzo por realizar. Sin embargo, en física, la palabra trabajo tiene un
significado único y preciso. Decimos que un cuerpo realiza trabajo cuando le aplica una fuerza a un objeto y este se mueve en la dirección en que
actúa la fuerza, recorriendo una distancia ∆x.
Matemáticamente, el trabajo se escribe como:
T = F. ∆
Si la fuerza no actúa en la dirección en que se produce el movimiento.
Se define el trabajo hecho por la fuerza sobre el cuerpo como el producto de la componente de la fuerza en la dirección del movimiento por la distancia
que el cuerpo se mueve.
T = (F cosθ). ∆x
Cuando la fuerza está aplicada en una dirección de 90° respecto a la dirección del desplazamiento, el trabajo realizado es cero (es decir la fuerza no
realiza trabajo).
Si la fuerza se aplica en sentido opuesto al desplazamiento, esto es, a 180° respecto a la dirección del desplazamiento, el trabajo es negativo:
T = - F. ∆
3
UNIDADES DE TRABAJO:
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
En el sistema internacional, la unidad de trabajo es julio, que se define como el trabajo realizado por la fuerza de un Newton que actúa en la
dirección del movimiento cuando el desplazamiento es un metro.
T = F. ∆
T = N. m
T = J (Julio)
En el sistema C.G.S la unidad es ergio, que se define como el trabajo realizado por la fuerza de una dina que actúa en la dirección del
movimiento cuando el desplazamiento es un centímetro.
T = F. ∆
T = d. cm
T = e (Ergio)
De acuerdo con la definición de trabajo, al sostener un cuerpo levantado durante un largo o corto período de tiempo no se produce trabajo porque el
desplazamiento es nulo; lo mismo que al transportar una maleta horizontalmente tampoco se realiza trabajo porque el ángulo que forman la fuerza y el
desplazamiento es 90° y cos90° = 0.
ACTIVIDAD EN
CLASE
1.
Explica si
cuando:
realizas, o no, trabajo
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Empujas
Sostienes un libro a 2 metros de altura.
Desplazas un carrito hacia delante.
Empujas un bulto muy pesado por una carretera horizontal.
Transporta el mismo bulto por una escalera inclinada que forma un ángulo de 30° con la horizontal.
Ascender verticalmente con el bulto a la espalda y sujeto a una cuerda.
una pared.
EJERCICIOS RESUELTOS
Examina la solución dada a los siguientes problemas.
1.
El siguiente gráfico de F contra x, muestra la fuerza ejercida
sobre un cuerpo en la dirección del movimiento y el
desplazamiento de éste.
a)
Calcula el trabajo realizado cuando el cuerpo se ha
desplazado 6 m.
T = F. ∆x
4
T= (30 N). (4 m) = 120 J
2.
Observa que el trabajo en un gráfico de F contra x se calcula
hallando el área bajo la curva. En este caso el área es la de
un rectángulo de altura 30 N y base 6 m.
Una fuerza de 12 N se ejerce sobre un cuerpo de 8 kg,
formando un ángulo de 30° con la horizontal. Si el cuerpo
se desplaza 15 m horizontalmente, calcula el trabajo
realizado por la fuerza.
T
cos θ
T = (12 N) (15 m) cos 30°
T = 155.88 J.
= F. x
T = (30 N). (6 m) = 180 J
b)
Calcula el trabajo para llevar el cuerpo desde la posición x =
6 m hasta x = 10 m.
De la misma forma el trabajo realizado es el área bajo la
curva.

T = F. ∆x
T = (30 N). (10 m – 6 m)
EL TRABAJO DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO: La fuerza de rozamiento es una fuerza que se opone siempre al movimiento. Surge al
tratar de desplazar un objeto que se encuentra apoyado sobre otro. Por tanto, siempre formará un ángulo de 180º con el desplazamiento.
Es decir:
Tfr = Fr . cos 180° . ∆x
Tfr = - Fr . ∆x
El trabajo de la fuerza de rozamiento siempre es negativo. Por eso el rozamiento hace que el cuerpo
"gaste" energía cuando se desplaza.
EJERCICIOS RESUELTOS
3.
Un cuerpo de 80 kg se desea levantar hasta una altura de 10 m por medio de un plano inclinado que forma un ángulo de 30° con la
horizontal. Si la fuerza que se ejerce a través de la cuerda es de 600 N y el coeficiente de rozamiento cinético entre la superficie y la masa es
0.2. (figura) Calcular:
a)
b)
El trabajo realizado por cada una de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
El trabajo neto realizado.
SOLUCIÓN
Datos:
m = 80 kg
h = 10 m
θ = 30°
Fuerza externa (Fe) = 600 N
Incógnitas:
Te =? (Trabajo realizado por la fuerza externa).
TN =? (Trabajo realizado por la normal).
TP =? (Trabajo realizado por el peso).
Tfr =? (Trabajo realizado por la fuerza de rozamiento)
5
Coeficiente de rozamiento (μ) = 0.2

Tneto =? (Trabajo neto)
Se calcula el desplazamiento del cuerpo hasta llegar a la parte superior. Para tal efecto se utiliza la relación trigonométrica seno.
Sen 30° =
Sen 30° =
Se dibuja todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
Se traza un sistema de coordenadas cartesianas y se dibuja las componentes rectangulares de cada fuerza; luego se plantea una ecuación para la
suma de las fuerzas en x, con el fin de hallar el valor de la normal y el de la fuerza de rozamiento.
N – mg cos 30° = 0
N = mg cos 30°
N = (80 kg). (9.8 m/s2) (0.86) = 674.24 N
Fr = μ N
Fr = (0.2) (674.24 N) = 134.85 N
Se halla el trabajo realizado por cada fuerza identificando correctamente el ángulo que forma la fuerza con el desplazamiento.

Trabajo realizado por la fuerza externa.
Te = Fe. x cos 0°
Te = (600 N) (20 m) (1) = 12000 J

Trabajo realizado por la normal.
TN = N. x cos 90°
TN = (674.24 N) (20 m) (0) = 0 J

Trabajo realizado por el peso.
TP = mg x cos 120°
TP = (784 N) (20 m) (- 0.5) = - 7840 J

Trabajo realizado por la fuerza de rozamiento.
Tfr = (Fr) (x) cos 180°
Tfr = (134.85 N) (20 m) (- 1) = - 2697 J

Finalmente se calcula el trabajo neto:
Tneto = 12000 J + 0 J – 7840 J – 2697 J
T neto = 1463 J
6
TALLER DE FÍSICA
TEMA: TRABAJO
NOMBRE: _____________________________________________________ FECHA: __________________
Lic. Tatiana Hinestroza López
Resuelva los siguientes problemas.
a)
¿Qué trabajo realiza una fuerza de 15 N, cuando desplaza un cuerpo 13 m en la dirección en que se aplicó?
b)
Un bloque de 12 kg es empujado sobre un plano inclinado que forma un ángulo de 38° con la horizontal hasta una altura de 4 m mediante
una fuerza de 480 N paralela a la superficie del plano, si el coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es 0.18. Calcula:
1.
2.
c)
El trabajo realizado por cada una de las fuerzas que actúan sobre el bloque.
El trabajo neto realizado sobre éste.
Un comprador en un supermercado empuja un carrito con una fuerza de 45 N que forma un ángulo de 30° hacia abajo con respecto a la
horizontal. Determine el trabajo realizado por el comprador al recorrer un pasillo de 20 m de longitud.
30°
F= 45 N
X = 20 m
d) Un cuerpo cuya masa es de 120 Kg se levanta hasta una altura de 15 m jalándolo con una cuerda a lo largo de un plano inclinado que
tiene una inclinación de 30°. Sabiendo que la fuerza ejercida en la cuerda es de 900 N y el coeficiente de rozamiento es de 0.25. Encontrar:

El trabajo realizado por cada fuerza.

El trabajo neto realizado sobre éste.
15 m
30°
ELECTROSTÁTICA
Con el estudio de la electrostática se da inicio a la búsqueda del conocimiento que nos permitirá comprender algunos fenómenos eléctricos. La
electrostática es el punto de partida para el estudio del fenómeno de la electricidad, su control por parte del hombre y, por cierto, es la base de
numerosas aplicaciones científicas y tecnológicas.
¿Qué es la electrostática?
Es el área de la física que se encarga de estudiar fenómenos asociados a cargas eléctricas en reposo.
CARGA ELÉCTRICA
Los cuerpos materiales están constituidos de átomos. Estos a su vez contienen electrones, protones y neutrones.
Los protones y los neutrones constituyen el núcleo del átomo; los electrones giran alrededor del núcleo.
7
Cuando un cuerpo posee igual número de electrones que de protones, se dice que está eléctricamente neutro o que se encuentra en estado normal.
La diferencia entre cargas eléctricas negativas (electrones) y positivas (protones) que posee un cuerpo se denomina “carga neta”.
Cuando dos cuerpos se frotan entre sí, una cantidad de
electrones de un cuerpo pasa al otro.
El cuerpo que
pierde electrones queda cargado positivamente ya que
queda con exceso de protones y el que recibe queda
cargado negativamente. La carga de un cuerpo se refiere
al exceso de carga, el cual es siempre una cantidad muy
pequeña de su carga total, positiva o negativa.
Los Protones: son de carga eléctrica positiva y se repelen entre sí.
Los electrones: son carga eléctrica negativa y se repelen entre sí.
Los neutrones: no tienen carga eléctrica.
Cargas del mismo signo se repelan y cargas de signo contrario se atraen.
EL ELECTROSCOPIO Y SU FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento del electroscopio se aplica con
base en las fuerzas de atracción y repulsión entre
cuerpos
cargados
eléctricamente
y
en
la
conductividad de los metales. Si se frota una barra
de plástico de forma que queda negativa y con ella
se toca la esfera de aluminio E del electroscopio,
las cargas eléctricas negativas de la barra de
plástico pasan al electroscopio y llegan hasta las
laminillas de aluminio.
ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN O POR INFLUENCIA
8
El electroscopio es un aparato que nos muestra si un
cuerpo está cargado eléctricamente.
Al acercar al
electroscopio un cuerpo C cargado negativamente, los
electrones libres del alambre serán repelidos hacia el
extremo de las laminillas.
Éstas reciben un exceso de electrones que crean la
repulsión. La parte superior del electroscopio queda
cargado positivamente. Si se aleja el cuerpo C, el
electroscopio volverá a su estado inicial.
Este fenómeno se denomina inducción electrostática;
ELECTRIZACIÓN
POLARIZACIÓN:
como
aisladoresynola
poseen
electrones libres no es posible la electrización por inducción electrostática.
el cuerpo CPOR
recibe
el nombre
delosinductor
parte
Sin embargo, cuando se acerca un cuerpo cargado a un no conductor produce un desplazamiento de los electrones muy pequeño (menor que el
metálica del electroscopio es el inducido.
diámetro atómico), haciendo que las moléculas de este cuerpo adquieran una “polarización”. No hay movimiento de cargas en distancias grandes
como sucede cuando se desplazan en un conductor.
CUESTIONARIO
1. Nombra las partículas del átomo e indica la carga de cada de cada una.
2. ¿Qué partículas son responsables de los fenómenos eléctricos?
3. ¿Cómo se carga positivamente un cuerpo? ¿Y negativamente?
4. ¿Cuándo hay diferencia de cargas entre dos cuerpos?
5. ¿Cuántos tipos de carga eléctrica existen y cuáles son?
6. Si el electrón tuviera carga positiva y el protón negativa, ¿cómo nos daríamos cuenta?
7.
Según lo visto en este tema analiza el valor de verdad de las siguientes afirmaciones. Explica:
a)
La carga eléctrica es de dos tipos: positiva y negativa. (
b)
Cuando dos cuerpos poseen el mismo tipo de carga eléctrica (ambos positivos o ambas negativas) se presenta entre ellos una fuerza de
repulsión. (
)
c)
Cuando dos cuerpos poseen cargas de diferente tipo (uno negativo y el otro positivo) se presenta entre ellos una fuerza de atracción. (
)
)