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.-


domingo, 18 de octubre de 2015

Electroimanes

Ahora vamos a construir un electroimán, que es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.
En 1819, el físico Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de una brújula. Basado en sus observaciones, el físico Joseph Henry inventó el electroimán en 1825. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Henry envolvió los cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Henry podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables.-
La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que, el campo magnético puede ser rápidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente eléctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de energía eléctrica para mantener el campo.
Cuando una corriente pasa por la bobina, pequeñas regiones magnéticas dentro del material, llamadas dominios magnéticos, se alinean con el campo aplicado, haciendo que la fuerza del campo magnético aumente. Si la corriente se incrementa, todos los dominios terminarán alineándose, condición que se denomina saturación. Cuando el núcleo se satura, un mayor aumento de la corriente sólo provocará un incremento relativamente pequeño del campo magnético. En algunos materiales, algunos dominios pueden realinearse por sí mismos. En este caso, parte del campo magnético original persistirá incluso después de que se retire la corriente, haciendo que el núcleo se comporte como un imán permanente. 
En aplicaciones donde no se necesita un campo magnético variable, los imanes permanentes suelen ser superiores. Además, es posible fabricar imanes permanentes que producen campos magnéticos más potentes que un electroimán de tamaño similar.
La construcción es sencilla, según puede observar en la figura.



Deberá Ud. construir un electroimán de manera tal que permita observar sus efectos magnéticos levantando una serie de materiales ferromagnéticos. Para la construcción del mismo, deberá tener en cuenta que, mientras más potente sea su electroimán, mayor será la nota obtenida. Por razones de seguridad, no podrán utilizarse tensiones eléctricas superiores a los 12 voltios.-
También deberá investigar cuál es el uso de los electroimanes en la actualidad.- 

martes, 22 de septiembre de 2015

Historia del Magnetismo

Investiguen sobre HISTORIA DEL MAGNETISMO.
Es decir, momentos de la historia en los cuales el ser humano se dio cuenta de su presencia y el provecho que hizo la humanidad desde que fue descubierto hasta nuestros días.-
Les dejo unos links para que visiten y saquen conclusiones

Historia 1
Historia 2
Historia 3

Campo magnético

Un campo magnético es una región del espacio donde existen fuerzas magnéticas (fuerzas que atraen o repelen metales) o también llamado magnetismo. Un campo magnético tiene dos polos, polo Norte (N) y polo sur (S). Estos polos se encuentran en los extremos del campo. Si tenemos dos campos, sus polos opuestos hará que se atraigan y sus polos iguales hará que los dos campo se separen. El ejemplo más claro son los imanes. Los imanes a su alrededor crean un campo magnético, zona donde son atraídos ciertos metales (como el hierro).


campo magnetico

Las líneas de campo magnético son una forma de representar este campo magnético. Los campos magnéticos pueden ser generados por imanes o por corrientes eléctricas. Las líneas nos indican lo fuerte que es el campo y hasta donde llega su acción. Cuanto más juntas estén más fuerte es el campo magnético y la superficie que ocupen estas líneas es la zona donde hay campo magnético (donde habría atracción magnética hacia los metales). Las líneas son imaginarias, pero se usan para representar el campo generado.

   Entender bien las líneas y los campos magnéticos es muy importante para el estudio de motores, generadores y en general cualquier máquina eléctrica. 


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.-

viernes, 7 de agosto de 2015

Movimiento Circular Uniforme

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME

Se define como movimiento circular aquél cuya trayectoria es una circunferencia.
El movimiento circular, llamado también curvilíneo, es otro tipo de movimiento sencillo.
Estamos rodeados por objetos que describen movimientos circulares:  un disco compacto durante su reproducción en el equipo de música, las manecillas de un reloj o las ruedas de una motocicleta son ejemplos de movimientos circulares; es decir, de cuerpos que se mueven describiendo una circunferencia.
A veces el movimiento circular no es completo: cuando un coche o cualquier otro vehículo toma una curva realiza un movimiento circular, aunque nunca gira los 360º de la circunferencia.
La experiencia nos dice que todo aquello que da vueltas tiene movimiento circular. Si lo que gira da siempre el mismo número de vueltas por segundo, decimos que posee movimiento circular uniforme (MCU).
Ejemplos de cosas que se mueven con movimiento circular uniforme hay muchos:
La tierra es uno de ellos. Siempre da una vuelta sobre su eje cada 24 horas. También gira alrededor del sol y da una vuelta cada 365 días. Un ventilador, un lavarropas o los viejos tocadiscos, la rueda de un auto que viaja con velocidad constante, son otros tantos ejemplos.
Pero no debemos olvidar que también hay objetos que giran con movimiento circular variado, ya sea acelerado o desacelerado.



Piense 2 ejemplos, distintos a los citados, donde Ud. reconozca este tipo de movimiento. Dibuje en su carpeta los mismos y explique porque se trata de Movimiento Circular Uniforme (M.C.U.)

 Definición de RADIAN
Unidad de medida para ángulos. Un radián se define como la medida de un ángulo central cuyos lados cortan un arco igual en longitud al radio en la circunferencia del círculo. Ya que la longitud de este arco es igual a un radio del círculo, se dice que la medida de este ángulo es un radián.
La ventaja de los radianes sobre los grados es solamente que ayudan a simplificar muchas fórmulas trigonométricas.





Luego de leer la definición, responda: Cuantos ángulos de un radian hay en una circunferencia completa (360º)?

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, 22 de junio de 2015

Trabajo practico de Laboratorio

El objetivo de este trabajo es determinar el coeficiente de roce estático y dinámico para madera/madera y aluminio/aluminio.-

Materiales:  Un bloque de madera – Un riel de madera - Un riel de metal – Un adaptador metálico para bloque de madera – Un dinamómetro de 1N - Un dinamómetro de 5N

Utilizando los conceptos teóricos, determinar el coeficiente de roce estático y dinámico, para un bloque de madera sobre una superficie de madera y para un bloque de metal sobre una superficie de metal.-
Recuerde que, la fuerza de roce es aquella que representa la resistencia al deslizamiento de un cuerpo de cierto material, sobre una superficie de determinado material.
Con el coeficiente de roce estático calculado, coloque sobre el bloque de madera un cuerpo de peso determinado, luego trate de deslizarlo sobre el listón de madera y estime la fuerza necesaria para sacarlo del reposo. Compárelo con el resultado obtenido, de acuerdo a la medición que deberá Ud. realizar.-

Coloque la plataforma de madera, con una inclinación de 30º con respecto a la horizontal y mida la fuerza necesaria para sacarlo del reposo, tratando de deslizarlo hacia arriba. Compare estos resultados con los anteriores. Son iguales o distintos? Justifique su respuesta en cualquiera de los dos casos.