domingo, 12 de marzo de 2017

Bienvenidos al blog de Fisica de la ENET 1

Bienvenidos y mucha suerte para este año lectivo.
Mediante este espacio virtual compartiremos información, trabajos, consultas y solicitudes.
No olviden de visitarlo dos veces a la semana, ya que se actualiza periódicamente.
Con una cuenta de Google (gmail) podrán consultar o enviar comentarios relacionados con la materia.
Les dejo un video que muestra, de manera cómica, un fenomeno físico interesante.

Los Simpsons y la Física

martes, 3 de noviembre de 2015

Electricidad estática


Para comenzar, vamos a mirar el siguiente VIDEO

Podrías explicar, con tus propias palabras, que sucede? Será magia o ciencia?

Vamos a estudiar un poco sobre este fenómeno, que a menudo observamos, pero que quizás, no le damos importancia.-

Desde la antigüedad, los griegos habían observado que cuando frotaban enérgicamente un trozo de ámbar, podía atraer objetos pequeños.

Posiblemente el primero en realizar una observación científica de ese fenómeno fue el sabio y matemático griego Thales de Mileto, allá por el año 600 A.C., cuando se percató que al frotar el ámbar se adherían a éste partículas del pasto seco, aunque no supo explicar la razón por la cual ocurría ese fenómeno.-
No fue hasta 1660 que el médico y físico inglés William Gilbert, estudiando el efecto que se producía al frotar el ámbar con un paño, descubrió que el fenómeno de atracción se debía a la interacción que se ejercía entre dos cargas eléctricas estáticas o carente de movimiento de diferentes signos, es decir, una positiva (+) y la otra negativa (–). A ese fenómeno físico Gilbert lo llamó “electricidad”, por analogía con“elektron”, nombre que en griego significa ámbar.

En realidad lo que ocurre es que al frotar con un paño el ámbar, este último se electrifica debido a que una parte de los electrones de los átomos que forman sus moléculas pasan a integrarse a los átomos del paño con el cual se frota. De esa forma los átomos del ámbar se convierten en iones positivos (o cationes), con defecto de electrones y los del paño en iones negativos (o aniones), con exceso de electrones.


Para que los átomos del cuerpo frotado puedan restablecer su equilibrio atómico, deben captar de nuevo los electrones perdidos. Para eso es necesario que atraigan otros cuerpos u objetos que le cedan esos electrones. En electrostática, al igual que ocurre con los polos de un imán, las cargas de signo diferente se atraen y las del mismo signo se repelen.

¿Cómo se puede producir el hecho de que a un cuerpo le “sobren” o le “falten” electrones? Para entender esto tenemos que comprender la dinámica de los átomos y al respecto diremos, por ahora, que lo más probable es que al tomar un cuerpo cualquiera éste no posea carga eléctrica, pero esto no significa que no tenga electrones ni protones, no!, sigue teniéndolos pero de ambos tiene la misma cantidad. Se puede deducir, entonces, que la carga negativa de un electrón se anula con la carga positiva de un protón. Por lo tanto, al tener un cuerpo la misma cantidad de electrones que protones, eléctricamente se dice que está neutro o que está sin carga. Bien, ocurre que, si asumimos que un átomo tiene una forma parecida a nuestro Sistema Solar, es decir: alrededor de un cuerpo central hay otros que están girando a su alrededor. En el caso del átomo, visto de ésta manera, el cuerpo central se denomina núcleo y en éste están los protones y los neutrones, férreamente unidos, y los cuerpos que giran alrededor del núcleo son los electrones, ocupando – ellos – órbitas distintas. Los electrones por sus posiciones orbitales tienen cierta cantidad de energía que los liga al núcleo. A los que están más cerca del núcleo los une una mayor cantidad de energía y los que están en órbitas más lejanas tienen una menor energía que los liga al átomo. El electrón que ocupa la última órbita, debido a su menor energía que lo liga al núcleo, puede - con facilidad - “escaparse” de su órbita e ir en camino a “buscar” una órbita que dejó libre otro electrón en otro átomo. Es normal que ocurra esto en todo cuerpo, esté o no cargado eléctricamente. A los electrones que están en viaje entre átomo y átomo les llamaremos electrones libres. 
Si se pudiera filmar el comportamiento de los electrones libres en un cuerpo cualquiera, veríamos que se mueven en forma caótica.  Si por algún mecanismo logramos que electrones libres de un cuerpo pasen a otro cuerpo, entonces tendríamos que a un cuerpo le faltarían electrones, en consecuencia estará cargado positivamente. Y el cuerpo que los recibe, si antes estaba neutro, ahora estará cargado negativamente. Los procesos que permiten que un cuerpo se cargue eléctricamente se denominan procesos de electrificación.

Procesos de electrificación: 

Se trata de procedimiento que permite que un cuerpo que se encuentra neutro eléctricamente adquiera carga eléctrica de algún tipo. Trataremos tres procedimientos, a saber: por fricción, por contacto y por inducción. Un cuerpo que se carga eléctricamente, por algún mecanismo, se dice que adquiere carga electrostática.

Por fricción: Para cargar un cuerpo neutro por el método de fricción se necesitan dos cuerpos neutros eléctricamente. Si no hay seguridad de que lo estén deberán conectarse, brevemente, a tierra. Una vez que se tiene la seguridad de contar con dos cuerpos neutros eléctricamente se ponen en contacto y se friccionan entre sí. Ocurre que a nivel superficial de ambos cuerpos se produce un traspaso de electrones de uno a otro cuerpo. Aquel que reciba más electrones quedará cargado negativamente y el otro, que cedió más electrones, quedará cargado positivamente. Hay materiales que por características propias al ser frotados van a quedar con un tipo determinado de carga, por ejemplo, si frotamos piel natural con ámbar, el ámbar quedará cargado negativamente y la piel con carga positiva. Y si frotamos un paño de seda con un trozo de vidrio el vidrio quedará cargado positivamente y el paño con carga negativa. 
La electrificación por fricción ocurre con más frecuencia de la que imaginamos. Por ejemplo, un vehículo cuando está en movimiento está en constante fricción con el aire, además que sus mecanismos móviles también lo están, en consecuencia al cabo de un tiempo el vehículo se cargará eléctricamente. Seguramente más de alguna vez te habrá ocurrido que al tocar el borde de la puerta de un automóvil “te ha dado la corriente”, en este caso lo que ha sucedido es que la carga electrostática que acumuló el automóvil durante su movimiento se ha descargado a través de ti hacia tierra, para equlibrar sus cargas.-

Por contacto: Aquí necesitamos un cuerpo previamente cargado, por ejemplo negativamente, y otro neutro. Ya sabemos que hacer para asegurarnos de que esté neutro.El procedimiento es muy simple: basta ponerlos en contacto, que se toquen entre sí. Lo que sucede es que mientras dure el contacto la carga total que existe entre ambos cuerpos tiene a dividirse proporcionalmente según las capacidades que tiene cada uno de ellos para poseer carga eléctrica, consecuencia de esto es que el cuerpo que está cargado (negativamente) le traspasa, a nivel superficial, parte de sus electrones que tenía en exceso al que estaba neutro. De esta forma el que estaba neutro quedará cargado negativamente y el que estaba cargado previamente seguirá cargado, pero con menor carga que la que tenía. Al final del proceso ambos cuerpos quedan cargados negativamente y, nuevamente, se tiene que la carga total del conjunto de los dos cuerpos se mantiene constante.-

Por inducción: Igual que el método anterior, necesitamos un cuerpo neutro eléctricamente y otro cargado. Supongamos que el cuerpo cargado tiene carga positiva.Acercamos los cuerpos sin que haya contacto. Veremos que en el cuerpo neutro se produce una polarización, donde el cuerpo cargado positivamente atrae a la carga negativa del que está neutro. Posteriormente hacemos contacto a tierra en el cuerpo neutro. Para que se produzca un equilibrio entre los extremos cercanos y polarizados, suben electrones de tierra hacia el cuerpo neutro a través de la conexión a tierra. Luego se desconecta la conexión a tierra y se separan los cuerpos. Se observará que el cuerpo neutro quedará cargado negativamente y el que estaba positivo continua así.

¿Cómo se puede saber si un cuerpo está cargado eléctricamente o no? Existen algunos instrumentos para verificar si un cuerpo está cargado eléctricamente; entre ellos está el péndulo eléctrico y el electroscopio.

Deberá Ud. construir un péndulo eléctrico y probar como funciona el mismo.-


lunes, 7 de septiembre de 2015

Fuerza centripeta y fuerza centrifuga

Para explicar el concepto  vamos a contar un cuento.

Su título es Pepe y el colectivero loco:

 Pepe se subió en el colectivo como todas las tardes. Aquella vez, sin embargo, el conductor no era el de siempre. Esta vez era un conductor nuevo, de mediana edad, que sonreía de un modo extraño. A Pepe le produjo cierta inquietud.
Cuando faltaba poco para llegar a su parada, el colectivero entró  en una rotonda. En ese momento el conductor pisó a fondo el acelerador soltando una risotada y el colectivo comenzó a dar vueltas a la rotonda a gran velocidad: una vuelta, dos, tres . . . ¡qué locura! Era evidente que el conductor no estaba bien de la cabeza. Indiferente a los gritos de los pasajeros, continuó dando vueltas a la rotonda hasta que por fin un par de pasajeros decididos saltaron sobre él y lo redujeron mientras otro se hacía cargo del volante y trataba de frenar el vehículo.  Al final consiguieron detener el vehículo y todo quedó en un susto.  La policía no tardó en acudir.
Uno de los agentes tomó  declaración  sobre lo sucedido a Pepe y a un testigo ocular, Ana, que era estudiante de Física (y con ganas de lucir sus conocimientos), y que se encontraba inmóvil en la acera de la rotonda cuando se produjo el suceso. Para su sorpresa, la policía encontraba contradictorias las dos declaraciones y continuó interrogando a los testigos hasta que se dio cuenta de que en el fondo las dos declaraciones solo eran contradictorias en apariencia.
Estas eran:
Declaración de Pepe: Me encontraba dentro del colectivo, de pie, agarrado a una barra, cuando de pronto noté una fuerza que me arrastraba hacia la parte derecha del colectivo. Entonces, tuve que ejercer fuerza hacia la izquierda, apretando mis pies en el suelo y agarrándome a la barra, para lograr el equilibrio y permanecer quieto en mi posición.
Declaración de Ana: Me encontraba quieta en la acera cuando el colectivo comenzó a dar vueltas a la rotonda a gran velocidad. Como estudio Física, enseguida comprendí que el colectivo ejercía en los pasajeros una gran fuerza centrípeta dirigida hacia la izquierda de  colectivo, transmitida a través del suelo y las barras a las que iban agarrados, y esa fuerza les obligaba a girar alrededor de la rotonda sin remedio.
 Lo que parecía contradictorio a la policía era que, según un testigo (Pepe), la fuerza que el colectivo  transmitía a los pasajeros era dirigida hacia el costado derecho del mismos, mientras que, según el otro (Ana), el colectivo transmitía a los pasajeros una fuerza dirigida hacia el costado izquierdo. En un principio era evidente que los dos no podían decir la verdad ¿O sí?

Analicé Ud. si uno de ellos estaba equivocado o si ambos decían lo mismo pero con distintas palabras.
Investigue la definición de fuerza centripeta y fuerza centrifuga y saque una conclusión.-

domingo, 28 de junio de 2015

Plano inclinado

El plano inclinado es una máquina simple que permite subir objetos realizando menos fuerza.

Supongamos que, necesitamos subir un cuerpo, por un plano inclinado. Para ello debemos conocer el valor de la fuerza T necesaria para poder lograrlo. 



Para resolverlo dibujamos los ejes y las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo. Tenemos el peso, la normal y la fuerza T. En este caso no consideramos el rozamiento.



Utilizamos los planos X e Y, y descomponemos el valor del peso P en cada uno de esos ejes. A la componente del peso (P) que normal al plano inclinado, la denominamos Py, y, la que tiene la misma dirección del plano, la llamamos Px





Para observar como cambian las componentes con un ángulo de inclinación entre 0º y 90º, podemos visitar el siguiente enlace


Observe que puede modificar el ángulo de inclinación desde 0º hasta 90º. Que sucede si el ángulo es de 30º, 45º, 60º, 0º y 90º. Que relación tiene cada componente con el peso P (m.g) del cuerpo? 
Anote dichos valores y saque sus conclusiones.

Observe la última figura y determine cuanto vale la normal N. Compárela con el caso en que el ángulo de inclinación vale 0º (plano horizontal). Que resultados obtuvo? Son iguales o distintos? Porque? Justifique su respuesta.-


lunes, 25 de mayo de 2015

Coeficiente de roce

Vamos a profundizar el estudio del rozamiento por deslizamiento entre superficies sólidas


El rozamiento entre dos superficies en contacto ha sido aprovechado por nuestros antepasados más remotos para hacer fuego frotando maderas. En nuestra época, el rozamiento tiene una gran importancia económica, se estima que si se le prestase mayor atención se podría ahorrar muchísima energía y recursos económicos.
Históricamente, el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que dedujo las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pasó desapercibido.
En el siglo XVII Guillaume Amontons, físico francés, redescubrió las leyes del rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos superficies planas. Las conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos actualmente en los libros de Física General:
  • La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano.
  • La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque.
  • La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto.
El científico francés Coulomb añadió una propiedad más
  • Una vez iniciado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.

La mayoría de las superficies, aún las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. Los picos de las dos superficies que se ponen en contacto, determinan el área real de contacto que es una pequeña proporción del área aparente de contacto (el área de la base del bloque). El área real de contacto aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.
Los metales tienden a soldarse en frío, debido a las fuerzas de atracción que ligan a las moléculas de una superficie con las moléculas de la otra. Estas soldaduras tienen que romperse para que el deslizamiento se produzca. Además, existe siempre la incrustación de los picos con los valles. Este es el origen del rozamiento estático.-
Cuando el bloque desliza sobre el plano, las soldaduras en frío se rompen y se rehacen constantemente. Pero la cantidad de soldaduras que haya en cualquier momento se reduce por debajo del valor estático, de modo que el coeficiente de rozamiento cinético o dinámico es menor que el coeficiente de rozamiento estático.
Finalmente, la presencia de aceite o de grasa en las superficies en contacto evita las soldaduras al revestirlas de un material inerte.
La explicación de que la fuerza de rozamiento es independiente del área de la superficie aparente de contacto es la siguiente:







En la figura, la superficie más pequeña de un bloque está situada sobre un plano. En el dibujo situado arriba, vemos un esquema de lo que se vería al microscopio: grandes deformaciones de los picos de las dos superficies que están en contacto. Por cada unidad de superficie del bloque, el área de contacto real es relativamente grande (aunque esta es una pequeña fracción de la superficie aparente de contacto, es decir, el área de la base 
del bloque).





En la figura, la superficie más grande del bloque está situada sobre el plano. El dibujo muestra ahora que las deformaciones de los picos en contacto son ahora más pequeñas por que la presión es más pequeña. Por tanto, un área relativamente más pequeña está en contacto real por unidad de superficie del bloque. Como el área aparente en contacto del bloque es mayor, se deduce que el área real total de contacto es esencialmente la misma en ambos casos.

Recuerden la tercera ley de Newton,  las fuerzas actúan por pares, si hay una acción aparecerá una reacción, de igual valor, pero de sentido contrario. En un plano horizontal, la fuerza normal, reacción del plano o fuerza que ejerce el plano sobre el bloque es igual al peso del bloque.
Supongamos que un bloque de masa m está en reposo sobre una superficie horizontal, las únicas fuerzas que actúan sobre él son el peso mg y la fuerza normal N. De las condiciones de equilibrio se obtiene que la fuerza normal N es igual al peso mg
N=mg=P


Fuerza de rozamiento por deslizamiento
En la figura, se muestra un bloque arrastrado por una fuerza F horizontal. Sobre el bloque actúan el peso mg, la fuerza normal N que es igual al peso, y la fuerza de rozamiento Fk entre el bloque y el plano sobre el cual desliza. Si el bloque desliza con velocidad constante la fuerza aplicada F será igual a la fuerza de rozamiento por deslizamiento Fk.



Podemos investigar la dependencia de Fk con la fuerza normal N. Veremos que si duplicamos la masa m del bloque que desliza colocando encima de éste otro igual, la fuerza normal N se duplica, la fuerza F con la que tiramos del bloque se duplica y por tanto, Fk se duplica.
La fuerza de rozamiento por deslizamiento Fk es proporcional a la fuerza normal N.
Fk=mk N
La constante de proporcionalidad mk es un número sin dimensiones que se denomina coeficiente de rozamiento cinético o dinámico.-
El valor de mk es casi independiente del valor de la velocidad para velocidades relativas pequeñas entre las superficies, y decrece lentamente cuando el valor de la velocidad aumenta.

También existe una fuerza de rozamiento entre dos objetos que no están en movimiento relativo.




Como vemos en la figura, la fuerza F aplicada sobre el bloque aumenta gradualmente, pero el bloque permanece en reposo. Como la aceleración es cero la fuerza aplicada es igual y opuesta a la fuerza de rozamiento Fs.
F=Fs
La máxima fuerza de rozamiento corresponde al instante en el que el bloque está a punto de deslizar.
Fs máx=msN
La constante de proporcionalidad ms se denomina coeficiente de rozamiento estático.
Los coeficientes estático y dinámico dependen de las condiciones de preparación y de la naturaleza de las dos superficies y son casi independientes del área de la superficie de contacto.

  • Coeficientes de rozamiento por deslizamiento para diferentes materiales
Superficies en contacto
mk
Acero sobre acero
0.18
Acero sobre hielo (patines)
0.02-0.03
Acero sobre hierro
0.19
Hielo sobre hielo
0.028
Patines de madera sobre hielo y nieve
0.035
Goma (neumático) sobre terreno firme
0.4-0.6
Correa de cuero (seca) sobre metal
0.56
Bronce sobre bronce
0.2
Bronce sobre acero
0.18
Roble sobre roble en la dirección de la fibra
0.48

  • Coeficientes de rozamiento estático y dinámico
Superficies en contacto
ms
mk
Cobre sobre acero
0.53
0.36
Acero sobre acero
0.74
0.57
Aluminio sobre acero
0.61
0.47
Caucho sobre concreto
1.0
0.8
Madera sobre madera
0.25-0.5
0.2
Madera encerada sobre nieve húmeda
0.14
0.1
Teflón sobre teflón
0.04
0.04
Articulaciones sinoviales en humanos
0.01
0.003



martes, 19 de mayo de 2015

Rozamiento

Ahora vamos a considerar la fricción o rozamiento entre dos superficies sólidas, las cuales se encuentran en contacto y una de ellas se mueve respecto de la otra.

Cuando dos superficies entran en contacto y una de ellas se pone en movimiento existe una fuerza que se opone a éste, dicha fuerza recibe el nombre de roce o fricción y es la causa de que se produzca calor cuando se frota una superficie contra otra.
Otra consecuencia del rozamiento es que se produce un desgaste. El mismo puede ser en ambas superficies o en una de ellas, depende de la dureza de los materiales en contacto. También aparece otro fenómeno, que es el ruido. Un automóvil  que frena bruscamente, produce un chirrido en sus ruedas.

Algunos ejemplos son:
* Las ruedas del auto al moverse sobre el pavimento.
* Cuando se frota una mano contra otra se produce una fricción que genera calor y calienta las manos.
* El agua de un río produce fricción sobre el lecho del río.
* Cuando se frotan dos objetos, como una piedra con un trozo de madera, se produce una fricción que genera calor.
* Un patinador de hielo puede avanzar muy rápido pues la fricción entre el hielo y las navajas de los patines es baja.
* Un objeto que entra del espacio exterior a la atmósfera terrestre, se incendia debido a la fricción que se produce entre ellos.
* Cuando se empuja una caja sobre una superficie áspera cuesta mucho trabajo moverla.
* Cuando el piso está mojado es más fácil resbalar, pues el agua disminuye la fricción del piso.
* Una soga que resbala en un trozo de madera puede quemarlo. 

Podrías tú buscar 4 ejemplos, distintos a los citados anteriormente, dibujarlos y explicarlos?. Manos a la obra.......... 


Analiza las siguientes imágenes y  encuentra porque aparece el ruido, el desgaste y el calor, cuando hay rozamiento.-




domingo, 3 de mayo de 2015

Segunda Ley de Newton

La que faltaba !!!!!!

La segunda Ley de Newton o Principio de Masa, indica cuál es la relación entre la fuerza ejercida sobre un cuerpo y la aceleración que el mismo adquiere.-
 El concepto de fuerza está ligado a las variaciones de velocidad. Cuanto más bruscamente (en menor tiempo) se produzca la variación, mayor es la aceleración del cuerpo.
    La masa es la propiedad del cuerpo que determina la aceleración que éste adquiere cuando se le aplica una fuerza.
    Newton descubrió la relación entre la fuerza aplicada y la aceleración producida y para establecer relaciones cuantitativas realizó experiencias cuyos resultados establecen que:




  "Una misma fuerza aplicada a cuerpos distintos produce diferentes aceleraciones y dichas aceleraciones son inversamente proporcionales a la masa de los cuerpos"


    "Fuerzas distintas aplicadas a un mismo cuerpo producen aceleraciones distintas y dichas aceleraciones son directamente proporcionales a las fuerzas aplicadas"

    
 "La aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismo sentido que dicha resultante"

Con todos estos datos, podrías escribir la ecuación matemática que relaciona estos conceptos? Manos a la obra..............