22.2.19

Física

En este blog desarrollaremos la parte de Física del área de Física y Química de 4º de secundaria. La parte de Química, en cuanto a ejercicios, actividades y tareas la tienes en este vínculo.

Algunos de los ejercicios, actividades y tareas correspondientes a Física están expuestas y comentadas en este blog así como su evaluación y calificación.

Como libro de consulta y apoyo podemos utilizar el siguiente texto para la asignatura: Física y Química 4º Eso.

Pueden  descargar el texto pinchando  en el este  vínculo.

Currículo de la asignatura.

21.2.19

Determinación del valor de la aceleración de caída de los cuerpos (g)


Determinación del valor de la aceleración de caída de los cuerpos (g)

Todos los cuerpos caen con la misma aceleración.
La teoría estudiada nos advierte que esto es cierto si consideramos cuerpos que caen en el vacío. En realidad, la presencia del aire puede modificar esta afirmación debido a la aparición de fuerzas que dependen, entre otros factores, de la forma del cuerpo o de la superficie que éste opone al desplazamiento en el seno del fluido (aire).
El objetivo de este trabajo de laboratorio es tratar de verificar algunas de estas afirmaciones, tratar de calcular la aceleración con que los cuerpos caen y comprobar que ésta no depende de la masa.

Montaje experimental

Necesitamos:
Un cronómetro puede apreciar milésimas de segundo.
Un tubo de plástico de 65 cm de longitud y por lo menos de 2´5 ancho. Este tubo actuará como guía en la caída de las bolas y facilitará las medidas.
Dos bolas de diferente peso. En este caso concreto tomaremos una bola de aluminio de 22´6g y una bola de hacer de 49´7g

Realización
La experiencia consiste en dejar caer una bola de aluminio (m = 22,6 g) y anotar el tiempo que el cronómetro registra. Con el fin de disminuir el error cometido en la medida se repite la experiencia diez veces.
A continuación, se repite el proceso utilizando esta vez una bola de acero cuya masa es, aproximadamente, el doble (m = 49,7 g)
La persona encargada de hacer la medida con el cronómetro tendrá que practicar numerosas veces para mejorar su habilidad y precisión a la hora de manejar el cronómetro.
Como valor para el tiempo se toma la media de las diez medidas.
La distancia de caída es la que existe entre donde dejamos caer la bola y el suelo a donde llega.
Con el fin de considerar v0 = 0 hay que procurar que la bola caiga justo desde la posición en la que se activa el cronómetro y no desde más arriba, ya que entonces la bola activaría el cronómetro (t=0) llevando ya una velocidad.

Se muestran a continuación los datos obtenidos por uno de los equipos:

Bola aluminio m= 22,6 g
Exp.
 t (s)
1
0,388
2
0,403
3
0,367
4
0,362
5
0,357
6
0,370
7
0,352
8
0,381
9
0,391
10
0,360
Media
0,373
Bola acero m = 49,7 g
Exp
 t (s)
1
0,365
2
0,374
3
0,383
4
0,390
5
0,356
6
0,347
7
0,369
8
0,356
9
0,364
10
0,365
Media
0,367

Distancia recorrida en la caída = 0,65 m
Cálculos
Para calcular el valor de la aceleración de caída aplicamos la ecuación del movimiento uniformemente acelerado:
s = s0 + v0 t + 1/2 g t2
Si situamos el origen para medir distancias en la puerta superior s0 =0.
Considerando que v0=0.
Ecuación: s = 1/2 g t2
Despejando el valor de g e introduciendo los valores obtenidos para s (distancia de caída) y t (media de los tiempos), obtendremos como valor de g:









Tomando como valor para la aceleración de la gravedad 9,81 m/s2 calculamos el error cometido:

Bola aluminio







Bola acero






Análisis de los resultados
Analizando los datos obtenidos observamos que se comete un error bastante mayor cuando utilizamos la bola de aluminio que la de hierro. El tiempo que tarda en caer también es mayor para la bola de aluminio. Aunque la diferencia pueda parecer escasa, si se repite el experimento siempre se obtienen valores mayores para el tiempo de caída de la bola de aluminio.
Si la causa de ello fuera la masa, la diferencia debería ser bastante mayor (ya que mFe = 2 mAl), por eso hay que pensar en otros factores.
Una cosa que se observó es que la bola de aluminio es ligeramente mayor que la de hierro. La primera tiene un diámetro de 2,5 cm y la segunda 2,3 cm. Probablemente esta diferencia de diámetro provoque un mayor número de choques con las paredes del tubo (diámetro interior 2,6 cm), lo que repercutirá en un descenso más lento.
Con el fin de comprobar esta suposición se volvió a repetir la experiencia, cambiando en esta ocasión la bola de aluminio por otra construida con plastilina y con un tamaño aproximadamente igual a la de acero. Su masa es de 6,5 g.

Bola plastilina m= 6,5 g
Exp.
 t (s)
1
0,362
2
0,360
3
0,383
4
0,364
5
0,367
6
0,370
7
0,355
8
0,380
9
0,357
10
0,360
Media
0,366











Como se puede observar el resultado es muy similar al obtenido con la bola de hierro. Hay que tener bien presente que la masa de la bola es ahora de sólo 6,5 g. En consecuencia, parece que el efecto de rozamiento con las paredes puede ser el responsable de la diferencia observada.
Este experimento se puede hacer sin el tubo de plástico guía, pero requiera mayor habilidad para medir exactamente con el cronómetro.
Si dispusiéramos en la parte superior y en la inferior del tubo de dos puertas conectadas a un cronómetro digital. Ambas puertas dotadas de una fotocélula. Cuando un objeto pasa por la puerta superior la fotocélula lo detecta y el cronómetro comienza a contar el tiempo. Cuando el objeto alcanza la puerta inferior es detectado y la señal enviada al cronómetro hace que éste se detenga. De esta manera es posible medir el tiempo que el cuerpo tarda en recorrer el espacio comprendido entre ambas puertas con mucha mayor precisión y no depender de la habilidad de la persona que mide.

Este montaje experimental debes realizarlo con otros medidas de las masas de las bolas, otros tamaños y diferentes longitudes de caída.

2.11.12

Observación del Sol y predicción de Auroras


Durante la realización de esta tarea/proyecto los alumnos/as realizarán una primera aproximación a la interacción y conexión entre el Sol y la Tierra. Para ello se utilizará el análisis de la correlación del número de manchas solares y la actividad geomagnética terrestre, esta última obtenida a través de un seguimiento de las auroras boreales desde, por ejemplo, Tromso. Esta ciudad está localizada en el norte de Noruega, a una latitud de 63 grados, justo en el centro del anillo de la aurora nocturna, por lo que es un lugar ideal para este tipo de observación.  

ÁLBUM de Fotos de los talleres desarrollados durante el curso 2012-13 en el observatorio del Roque de Los Muchachos.

Utilizarán, entre otros, la siguiente página web que contiene información sobre campo geomagnético terrestre e historial de este, con el fin de realizar predicción de auroras y que incluye enlaces a webcams que visualizan el cielo de Tromso
Los alumnos dispondrán de un prismático 11x80 y un pequeño telescopio solar para realizar sistemáticamente (por ejemplo un par de veces por semana) un seguimiento de la actividad magnética solar observando la evolución de las manchas solares. El análisis del número e intensidad de manchas solares y las auroras observadas en el norte de Noruega servirá al final del estudio para correlacionar datos. Además, este seguimiento de las manchas solares tiene como objetivo descubrir de una forma divertida la velocidad de rotación del sol sobre su eje y descubrir la propia dinámica de la manchas (aparecen, pueden crecer, agruparse, desaparecer finalmente…). La recogida de datos por parte de los alumnos es por tanto un proceso simple y atractivo. Se suministrarán algunos enlaces en Internet donde se muestra la actividad solar diaria para la comparación de los datos tomados y los observados desde satélites. Utilizarán el satélite SOHO dela NASA  

Parte de los contenidos serán impartidos en una charla por astrofísicos del observatorio de El Roque de los Muchachos y en una de las actividades que se realizarán durante la ejecución de la Tarea es la visitá el Gtc.

(Fotos de la charla impartida por José Miguel, astrofísico del Grantelescopio de Canarias en el Colegio)
La correlación de las observaciones de ambos grupos dará interesante posibilidades. Por ejemplo, se podrán hacer predicciones de noches donde el fenómeno de las auroras boreales será importante.  Se podrá predecir cuándo será en base a las observaciones de las manchas solares y al cálculo del periodo de rotación. Podrán comprobar en los mapas de actividad geomagnética la correlación de esta con el número de manchas. Los resultados finales obtenidos serán analizados usando correo electrónico, redes sociales… y añadidos al informe final que será presentado a un panel formado por alumnos de otros cursos, profesores y astrofísicos del Observatorio del Roque de Los Muchachos.
Parte importante del trabajo es la búsqueda en Internet y/o libros de información relacionada con los experimentos, esto es, sobre el ciclo solar, la actividad magnética solar… Esta búsqueda de información es también una parte importante de la tarea, ya que ayudará a desarrollar precisamente esta habilidad de usar distintos medios para buscar y sintetizar información. Las observaciones presentadas y la interpretación deberá venir precedida por dicha pequeña introducción sobre el tema realizado por el grupo de trabajo. La idea es que el informe final tenga una aproximación a un informe científico estándar: resumen, introducción, recogida y análisis de datos, interpretación y conclusiones, así como una sección final sobre bibliografía utilizada.
Finalmente, también se intentará enriquecer el proyecto añadiendo matices culturales. Para ello los alumnos investigarán en libros y en la red que pensaban del Sol nuestros antepasados los guanches. Igualmente se realizarán una búsqueda sobre tradiciones y explicaciones culturales sobre el fenómeno de la aurora, especialmente en los pueblos lapones.