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Aug 30, 2020

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Temas Selectosde Física 2

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COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA

DIRECCIÓN GENERAL

DIRECCIÓN ACADÉMICA

TEMAS SELECTOS DE FÍSICA 2Módulo de Aprendizaje.Copyright© 2016 por Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora.Todos los derechos reservados.Primera edición 2016. Primera reimpresión 2017. Segunda reimpresión 2018. Impreso en México.

DEPARTAMENTO DE INNOVACIÓN Y DESARROLLO DE LA PRÁCTICA DOCENTEBlvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur.Hermosillo, Sonora, México. C.P. 83280

COMISIÓN ELABORADORA

Elaboración:Julia Isabel Ramos de los RíosDora María Aguilar Amaya

Corrección de estilo:Edna Lorena Jiménez Encinas

Diseño y edición:Jesús Ramón Franco Hernández

Diseño de portada:Yolanda Yajaira Carrasco Mendoza

Fotografía de portada:Alma Ivette Montijo González

Coordinación técnica:Alfredo Rodríguez LeónRubisela Morales Gispert

Supervisión académica:Barakiel Valdez Mendívil

Coordinación general:Mauricio Gracia Coronado

Esta publicación se terminó de imprimir durante el mes de octubre de 2018.Diseñada en Dirección Académica del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora.Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México.La edición consta de 2,160 ejemplares.

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PRELIMINARES3

COMPONENTE:FORMACIÓN

PROPEDÉUTICA

HORAS SEMANALES:3

CAMPO DE CONOCIMIENTO:FÍSICO-MATEMÁTICO

CRÉDITOS:6

DATOS DEL ALUMNO

Nombre:

Plantel:

Grupo: Turno: Teléfono:

E-mail:

Domicilio:

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PRELIMINARES4

El Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora (COBACH), desde la implementación de la Reforma Integral de la Educación Media Superior en 2007, de forma socialmente responsable, dio inicio a la adecuación de su Plan de estudios y a sus procesos de enseñanza aprendizaje y de evaluación para reforzar su modelo de Educación Basada en Competencias, y así lograr que pudieran sus jóvenes estudiantes desarrollar tanto las competencias genéricas como las disciplinares, en el marco del Sistema Nacional del Bachillerato.

Este modelo por competencias considera que, además de contar con conocimientos, es importante el uso que se hace de ellos en situaciones específicas de la vida personal, social y profesional. Dicho de otra forma, el ser competente se demuestra cuando, de forma voluntaria, se aplican dichos conocimientos a la resolución de situaciones personales o a la adquisición de nuevos conocimientos, habilidades y destrezas, lo que hace que se refuerce la adquisición de nuevas competencias.

En ese sentido el COBACH, a través de sus docentes, reestructura la forma de sus contenidos curriculares y lo plasma en sus módulos de aprendizaje, para facilitar el desarrollo de competencias. En el caso del componente de Formación para el Trabajo, además de las competencias genéricas, fortalece el sentido de apreciación hacia procesos productivos, porque aunque el bachillerato que te encuentras cursando es general y te prepara para ir a la universidad, es importante el que aprendas un oficio y poseas una actitud positiva para desempeñarlo.

De tal forma que, este módulo de aprendizaje del componente Propedéutico de Temas Selectos de Física 2, es una herramienta valiosa porque con su contenido y estructura propiciará tu desarrollo como persona visionaria, competente e innovadora, características que se establecen en los objetivos de la Reforma Integral de Educación Media Superior.

El módulo de aprendizaje es uno de los apoyos didácticos que el COBACH te ofrece con la finalidad de garantizar la adecuada transmisión de saberes actualizados, acorde a las nuevas políticas educativas, además de lo que demandan los escenarios local, nacional e internacional. En cuanto a su estructura, el módulo se encuentra organizado en bloques de aprendizaje y secuencias didácticas. Una secuencia didáctica es un conjunto de actividades, organizadas en tres momentos: inicio, desarrollo y cierre.

En el inicio desarrollarás actividades que te permitirán identificar y recuperar las experiencias, los saberes, las preconcepciones y los conocimientos que ya has adquirido a través de tu formación, mismos que te ayudarán a abordar con facilidad el tema que se presenta en el desarrollo, donde realizarás actividades que introducen nuevos conocimientos dándote la oportunidad de contextualizarlos en situaciones de la vida cotidiana, con la finalidad de que tu aprendizaje sea significativo. Posteriormente se encuentra el momento de cierre de la secuencia didáctica, donde integrarás todos los saberes que realizaste en las actividades de inicio y desarrollo.

En todas las actividades de los tres momentos se consideran los saberes conceptuales, procedimentales y actitudinales. De acuerdo a las características y del propósito de las actividades, éstas se desarrollan de forma individual, grupal o equipos.

Para el desarrollo de tus actividades deberás utilizar diversos recursos, desde material bibliográfico, videos, investigación de campo, etcétera; así como realizar actividades prácticas de forma individual o en equipo.

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PRELIMINARES5

La retroalimentación de tus conocimientos es de suma importancia, de ahí que se te invita a participar de forma activa cuando el docente lo indique, de esta forma aclararás dudas o bien fortalecerás lo aprendido; además en este momento, el docente podrá tener una visión general del logro de los aprendizajes del grupo.

Recuerda que la evaluación en el enfoque en competencias es un proceso continuo, que permite recabar evidencias a través de tu trabajo, donde se tomarán en cuenta los tres saberes, con el propósito de que apoyado por tu maestro mejores el aprendizaje. Es necesario que realices la autoevaluación, este ejercicio permite que valores tu actuación y reconozcas tus posibilidades, limitaciones y cambios necesarios para mejorar tu aprendizaje.

Así también, es recomendable la coevaluación, proceso donde de manera conjunta valoran su actuación, con la finalidad de fomentar la participación, reflexión y crítica ante situaciones de sus aprendizajes, promoviendo las actitudes de responsabilidad e integración del grupo.

Finalmente, se destaca que, en este modelo, tu principal contribución es que adoptes un rol activo y participativo para la construcción de tu propio conocimiento y el desarrollo de tus competencias, a través de lo que podrás dar la respuesta y la contextualización adecuadas para resolver los problemas del entorno a los que te enfrentes, ya sean personales o profesionales.

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PRELIMINARES6

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PRELIMINARES7

Se trata de la evaluación que se realizará al inicio de cada secuencia didáctica y que te permitirá estar consciente de tus conocimientos acerca del tema que abordarás.

EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

Es la relación de palabras nuevas o de las cuales pudieras desconocer su significado. Es útil para conocer nuevos conceptos, ampliar tu vocabulario y comprender mejor las lecturas.

GLOSARIO

En este espacio realizarás una evaluación de tu propio trabajo, misma que deberá ser honesta para que puedas identificar los conocimientos que has adquirido y las habilidades que has desarrollado, así como las áreas que necesitas reforzar.

AUTOEVALUACIÓN

En este apartado encontrarás el espacio para calificar tu desempeño, que será por parte de tu profesor, tus compañeros (coevaluación) o tú mismo (autoevaluación).

EVALUACIÓN DE ACTIVIDADES

Durante el semestre, tu profesor te irá indicando qué evidencias (trabajos y ejercicios) debes ir resguardando para integrarlos en un portafolio, mismos que le entregarás cuando te lo indique, a través del cual te evaluará.

PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

Son reactivos que aparecen al final de un bloque, al realizarlos reforzarás los conocimientos adquiridos durante el bloque y desarrollarás tus habilidades.

REACTIVOS DE CIERRE

Esta actividad resume los conocimientos adquiridos durante un proceso, ya sea una secuencia didáctica, un bloque o lo visto en un semestre completo. Es la suma teórica y práctica de tus conocimientos y es útil para fortalecer tu aprendizaje.

ACTIVIDAD INTEGRADORA

Este tipo de evaluación se hace con uno o varios de tus compañeros, en ella tú los evalúas y ellos a ti. Les permite, además de valorar sus aprendizajes, colaborar y aprender unos de otros.

COEVALUACIÓN

Es el listado de referencias que utilizaron los profesores que elaboraron el módulo de aprendizaje, contiene la bibliografía, las páginas de internet de las cuales se tomó información, los vídeos y otras fuentes que nutrieron los contenidos. Te permite también ampliar la información que te proporcione tu profesor o la del módulo mismo.

REFERENCIAS

La rúbrica es una tabla que contiene niveles de logro o desempeño especificados en estándares mínimos y máximos de la calidad que deben tener los diversos elementos que componen un trabajo. Sirve como guía para saber qué debe contener un trabajo y cómo debe ser realizado.

RÚBRICA DE EVALUACIÓN

El glosario icónico es la relación de figuras que encontrarás en diversas partes de tu módulo. Enseguida, se muestran junto con su definición, lo que te orientará sobre las actividades que deberás realizar durante el semestre en cada una de tus asignaturas.

ACTIVIDAD 1SD1-B1

Con este gráfico identificarás la Actividad dentro del texto, incluyendo la indicación y especificando si debe realizarse de manera individual, en equipo o grupal.

Individual

Equipo Grupal

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PRELIMINARES8

BLO

QU

E 1

BLO

QU

E 2

Presentación del libro ....................................................................................................................... 4

Glosario icónico ................................................................................................................................ 7

Competencias genéricas ................................................................................................................... 10

Competencias disciplinares básicas ................................................................................................... 11

Mapa de contenido .......................................................................................................................... 12

Aplica la electricidad en su entorno natural……........................................…………13

Secuencia didáctica 1. Electricidad…………………….......................................................................16Carga eléctrica……………………............................................................................................................16Ley de Coulomb...............................................................................................................................17Campo eléctrico…….....................................................................................................................……23Líneas de campo eléctrico……………..................................................................................................23Ley de Gauss……...............................................................................................................................25Potencial eléctrico……......................................................................................................................26Secuencia didáctica 2. Ley de Ohm….........................................................................................30Ley de Ohm..................................................................................................................................….32Circuito eléctrico…….........................................................................................................................32Circuito eléctrico sencillo…................................................................................................................33Tipos de circuitos eléctricos….............................................................................................................35Secuencia didáctica 3. Leyes de Kirchhoff…................................................................................40Importancia de las leyes de Kirchhoff …...........................................................................................46

Describe fenómenos electromagnéticos….......................................................….53

Secuencia didáctica 1. Electromagnetismo: Ley de Faraday y Ley de Lenz….............................…55¿Qué es el magnetismo?……............................................................................................................56¿Qué es un campo magnético?………................................................................................................57Líneas de campo magnético…….......................................................................................................57Electromagnetismo.................................................................................................................………58Ley de la inducción electromagnética o ley de Faraday…….............................................................61Ley de Lenz…….....................................….....................................…...............................................…61Fenómenos electromagnéticos……….....................................…........................................................64Aplicaciones del electromagnetismo…….....................................…..............................................…..64Secuencia didáctica 2. Circuitos RC….........................................................................................67Intensidad de corriente eléctrica (I)……….....................................…...............................................…67Corriente continua o directa (CC o CD)……….....................................…............................................67Corriente alterna (CA)……….....................................….....................................…..............................68¿Qué es un condensador o capacitor?……..….....................................…...........................................68

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PRELIMINARES9

BLOQ

UE 3

Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoria…...................................……..81

Secuencia didáctica 1. Ondas mecánicas………........................................................................83¿Qué es una onda?….................................................................................................................….84Clasificación de las ondas……….....................................................................................................84Cálculos sobre el período de vibración y la velocidad en ondas mecánicas……............................88Características de las ondas………..................................................................................................89Velocidad de propagación de una onda………................................................................................92Fenómenos ondulatorios…….........................................................................................................94Secuencia didáctica 2. Óptica: fenómenos y naturaleza de la luz…...........................................97¿Qué es la óptica? ……...................................................................................................................97Naturaleza de la luz….............................................................................................................……..99Cuerpos iluminados……...........................................................................................................….102Espejos.................................................................................................................................…….107Formación de imágenes……….....................................................................................................108Las lentes……..........................................................................................................................….109Elementos de una lente y formación de imágenes…..................................................................111Secuencia didáctica 3. Acústica…….......................................................................................116¿Qué es la acústica?…………...........................................................................................................116Fenómenos acústicos……...........................................................................................................118Cualidades del sonido…................................................................................................................119Tono……......................................................................................................................................120Timbre…...................................................................................................................................…120Efecto Doppler………....................................................................................................................120

Referencias ........................................................................................................................... 131

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PRELIMINARES10

1234567891011

Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.

Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.

Elige y practica estilos de vida saludables.

Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.

Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales.

Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

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PRELIMINARES11

2I II III

36

8

1015

7

Evalúa las implicaciones del uso de la ciencia y la tecnología, así como los fenómenos relacionados con el origen, continuidad y transformación de la naturaleza para establecer acciones a fin de preservarla en todas sus manifestaciones.

Aplica los avances científicos y tecnológicos en el mejoramiento de las condiciones de su entorno social.

Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuya a su formación académica.

Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Analiza la composición, cambios e interdependencia entre la materia y la energía en los fenómenos naturales, para el uso racional de los recursos de su entorno.

Diseña prototipos o modelos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos, hechos o fenómenos relacionados con las ciencias experimentales.

COMPETENCIAS DISCIPLINARES EXTENDIDASDEL CAMPO DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES

BLOQUES DE APRENDIZAJE

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PRELIMINARES12

Aplica la electricidad en su entorno

natural.1. Electricidad.2. Ley de Ohm.

3. Leyes de Kirchhoff.

Describe fenómenos electromagnéticos.1. Electromagnetismo:

Ley de Faraday y Ley de Lenz.2. Circuitos RC.

Analiza la naturaleza de la mecánica

ondulatoria.1. Ondas mecánicas.

2. Óptica: fenómenos y naturaleza de la luz.

3. Acústica.

B1

B2

B3

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Desarrolla las aplicaciones de la electricidad a partir de la construcción de modelos esquemáticos y analíticos de las fuerzas eléctricas en hechos notables de la vida cotidiana, valorando las implicaciones metodológicas.

Tiempo asignado: 15 horas

Electricidad. Ley de Ohm. Ley de Kirchhoff.

Valora la estática al aplicar el método analítico y esquemático, en situaciones de su vida cotidiana.

Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar los elementos relacionados con la estática y adquirir nuevos conocimientos.

Evalúa las implicaciones del uso de momentos de fuerza y los relaciona con fenómenos naturales.

Desempeño del estudianteal finalizar el bloque Objetos de aprendizaje Competencias a desarrollar

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1

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14 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

Al concluir el presente bloque demostrarás los conocimientos y habilidades adquiridos, a partir del diseño de un prototipo que explique una de las siguientes leyes (Coulomb, Ohm, Kirchhoff).

De manera individual, responde los siguientes cuestionamientos.

1. ¿A qué se refiere la electrostática?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________2. ¿Cómo se electriza un objeto?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. ¿Qué es una carga eléctrica?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________4. ¿Qué pasa cuando un objeto gana o pierde electrones?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________5. ¿Qué entiendes por fuerza eléctrica?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________6. ¿Cómo se clasifican las fuerzas en la naturaleza?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________7. ¿Qué es campo eléctrico?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

PROYECTO INTEGRADOR

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 1515

8. ¿Qué representan las líneas de fuerza?

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________9. ¿Qué relación tiene el trabajo mecánico con el potencial eléctrico?

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________10. ¿Qué dispositivo se utiliza para acumular cargas eléctricas?

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Secuencia didáctica 1ELECTRICIDAD

Inicio

ACTIVIDAD 1SD1-B1

Contesta individualmente las siguientes interrogantes.

1. ¿Qué es la electricidad?

__________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________2. ¿Qué es una carga puntual?

__________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________3. ¿Cómo se genera un campo eléctrico?

__________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________4. ¿Cómo se produce un rayo?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________5. ¿Qué ocurre primero, el sonido del rayo o la luz?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

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16 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

¿Qué es la electricidad?La electricidad se define como un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento e interacción entre las cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos físicos. Los efectos producidos por estos fenómenos, generan energía eléctrica, como por ejemplo, cuando se mueven electrones a través de un material conductor.

Cuando se habla de electricidad es necesario conocer la estructura del átomo. Este está constituido por un núcleo, cuyas dimensiones son de un orden 10-14 m y en cuyo interior se encuentran partículas subatómicas llamadas protones (cargados positivamente) y neutrones (sin carga eléctrica).El protón y el neutrón son combinaciones de otras entidades llamadas quarks, que tienen cargas equivalentes a ± 1/3 y ± 2/3 de la carga del electrón. Alrededor del núcleo se encuentran los electrones, girando a una distancia aproximada de 10-10 m con respecto al núcleo. A estas últimas partículas, son a las que se les atribuyen los fenómenos eléctricos antes descritos.

Desarrollo

Carga eléctrica.La carga eléctrica es una propiedad física de la materia que provoca que una partícula experimente una fuerza cuando se encuentra cercana a otra partícula cargada eléctricamente.

En la siguiente tabla se muestra la masa y la carga de las partículas subatómicas que se mencionaron anteriormente.

Manifestaciones de la electricidad.

Una de las manifestaciones naturales de la electricidad es el rayo.En el firmamento interactúan espontáneamente cargas eléctricas, las cuales le confieren a éste un estado neutro, debido a que tanto las cargas positivas (+) como las negativas (-) están regularmente distribuidas en la atmósfera, manteniendo el cielo en calma, como suele decirse.

Partícula Masa Carga eléctrica Protón 1.6725 X10-27 kg 1.602 X10-19CNeutrón 1.6725 X10-27 kg 0Electrón 9.1091 X10-31 kg - 1.602 X10-19C

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 1717

En cambio, en una tormenta eléctrica, las cargas eléctricas se distribuyen irregularmente, de manera que se forman cristales de hielo y granizo con carga eléctrica positiva y negativa respectivamente. Dado esta disposición eléctrica, una corriente ascendente arrastra los cristales de hielo hacia la parte superior de la tormenta, mientras que el granizo es forzado hacia la parte inferior de la tormenta por una corriente descendente.

Durante este fenómeno, la superficie terrestre se carga positivamente. Una vez que la carga negativa en la nube es lo suficientemente grande, un flujo de partículas negativas comienza a acercarse a la tierra, a esto se le conoce como "trillo". La carga positiva de la tierra es atraída por este trillo, y un flujo de cargas positivas se mueve en el aire. Cuando el trillo y las cargas positivas de la tierra se encuentran, una fuerte corriente eléctrica transporta cargas positivas hasta la nube; esta corriente eléctrica es conocida como descarga inversa y las percibimos como rayos.

Ley de Coulomb.¿Qué dice la ley de Coulomb?“La fuerza eléctrica ejercida entre dos cuerpos cargados eléctricamente, es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa“.

La fuerza eléctrica es una cantidad vectorial y se expresa matemáticamente, a partir de la ley de coulomb:

F= K (q1) (q2)

r2

Donde:

F= fuerza electrostática entre las cargas o cuerpos eléctricos que interaccionan.q1 y q2= cargas eléctricasK = constante eléctrica (cuyo valor depende del sistema de unidades y del medio en el cual se encuentran las cargas).r = distancia de separación entre las cargas o cuerpos eléctricos.

En la siguiente tabla se muestran las unidades de medición de las cantidades físicas presentes en la ley de Coulomb en el sistema MKS y CGS.

MAGNITUD FÍSICA SISTEMA DE UNIDADES MKS O SI CGS

Newton (N) Fuerza eléctrica (F) Dina (Dn) Carga Eléctrica (Q) Coulomb (C) Ues Distancia (r) Metro (m) Centímetros (cm) Constante de electricidad (K) 9X109 N.m2/C2 1 Dn.cm2/Ues2

El valor de K, en el SI o MKS, se obtiene a partir de la siguiente expresión:

Donde: K= .m2

10-

E12

0 C2

E0 = 8.85 2/N.m2 o Farad/metro

1 N

C

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18 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Al resolver la expresión, tenemos que:

Por otra parte, debemos de tener presente los valores de los múltiplos del Coulomb:

MÚLTIPLO VALOR Milicoulomb (mC) 10-3C Microcoulomb (µC) 10-6 C Nanocoulomb (nC) 10-9 C Picocoulomb (pC) 10-12 C Ley de las cargas eléctricas.Esta ley enuncia que cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen; es decir, las fuerzas electrostáticas entre cargas de igual signo (por ejemplo dos cargas positivas) son de repulsión, mientras que las fuerzas electrostáticas entre cargas de signos opuestos (una carga positiva y otra negativa) son de atracción.

K= 9X109 N.m2/C2

La fuerza resultante debida a la interacción entre cargas, se obtiene a partir de la suma de cada una de estas fuerzas.

FR= F1 + F2 + F3+… Fn

Analicemos el siguiente ejercicio:Una carga de 3 x 10-6 C se encuentra a una distancia de 2 metros de otra carga de –8 x 10-6 C. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza entre las dos cargas? ¿Es de atracción o repulsión?

Para darle solución a este ejercicio, debemos primero identificar los datos en el enunciado del problema. Observamos que no tenemos que realizar conversión alguna, por tanto lo resolvemos directamente.

Datos:q1 = 3 x 10-6 Cq2 = – 8 x 10-6 Cr = 2 mK = 9 x 109 N.m2/C2

Aplicando la fórmula de la ley de coulomb:

F = K q1 q2

r2

Sustituimos:

C2 (2 m)2

F = (9 x 109N.m2) (3 x 10-6 C) (8 x 10-6 C) = 5.4 x 10-2 N = 0.054 N Fuerza de atracción

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 1919

Es importante recordar que el signo de la carga negativa no se considera al realizar las operaciones, ya que solamente nos indica la dirección de la fuerza de interacción, en este caso es hacia la izquierda.

Cuando interactúan más de dos cargas sobre una misma línea, es necesario, analizar la dirección de la fuerza resultante de cada una de las cargas, debido a las fuerzas de interacción de las cargas vecinas y, finalmente sumar cada una de las fuerzas que actúan, de acuerdo a su dirección.

Analicemos el siguiente ejercicio:Una carga q1= 2 µc se encuentra a una distancia de 20 cm de otra carga q3= 8 µc, como se observa en la siguiente figura:

10 cm10 cm +

1= 2 µc 2=- 4µ 3= 8µc

+ -

Determina el valor de la fuerza resultante y dirección sobre una carga q2= -4 µc al ser colocados en medio de ambas cargas.

Como podemos observar la carga q2, interacciona con las cargas q1y q3, por lo que se tienen dos fuerzas, F12 y F23.

La dirección de estas fuerzas, está dada por la ley de las cargas eléctricas, con referencia a la carga estudiada (en este caso q2), debido a la influencia de las cargas cercanas.

+ - +

q1 q2 q3

Por lo que, la dirección en estas fuerzas es:

F12Dirigida a la izquierda

F23 Dirigida a laderecha

Entonces la FR= F23 – F12

C2 (0.10 m)2

F12= 7.2 N

Realizamos los cálculos correspondientes, aplicando la ley de Coulomb.

F12= 9X109N.m2(2X10-6 C) (4X10-6 C)

F23=9 X109N.m2 (4X10-6 C) (8X10-6 C) C2 (0.10 m)2

q q c

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20 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

F23= 28.8 N

Finalmente la fuerza resultante es:

FR= F23 – F12

FR=28.8 N – 7.2 N

FR= 21.6 N, dirigida a la derecha, ya que F23, es mayor que F12.

Cuando se tienen más de dos cargas no alineadas, el procedimiento es un poco más complicado. A continuación te presentamos un ejemplo.

Supón que se tienen tres cargas puntuales localizadas en los vértices de un triángulo recto, como se muestra en la figura siguiente:

Datos:

q1 =- 80 C q2 = 50 Cq3 = 70 C rAC = 30 cm = 0.3 m rAB = 40 cm = 0.4 m

¿Cuál será la magnitud de la fuerza sobre la carga q3 debida a las cargas q1 y q2?

Las direcciones de las fuerzas sabemos que coinciden con las líneas que unen a cada par de cargas puntuales. La fuerza que q1 ejerce sobre q3, F13, es de atracción y la fuerza que q2 ejerce sobre q3, F23, es de repulsión. Así, las fuerzas F31 y F32 tienen las direcciones que se indican. La separación entre q3 y q1 se obtiene de (CB)2 = (AC)2 + (AB)2 = (0.3 m)2 + (0.4 m)2, de donde CB = 0.5 m.

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 2121

F3x = F13x + F23x

F3y = F13y + F23y

F13x = F13cos = (201.6 N) X (40/50) = 161.3 N ; F13y =- F13sen= -201.6X 30/50 = -121 N

F23x = 0 ; F23y = F23 = 350 N

F3x = 161.3 N + 0 = 161.3 N ; F3y =- 121 N + 350 N = 229 N

La magnitud de la fuerza neta F3 se obtiene:

F3= (F3x)2 + (F3y)2, resultando

F3 = 280 N.

El ángulo de esta fuerza se obtiene de tg = F3y/ F3x= 229/161.3= 1.42 ==> = 54.8º.

Las magnitudes de tales fuerzas son:

F13=9 X109N.m2(80X10-6 C) (70X10-6 C) C2 (0.50 m) 2

C2 (0.30 m) 2

F13=201.6 N

F23 =9 X109N.m2(50X10-6 C) (70X10-6 C)

F32 = 350 N

Conviene disponer ejes coordenados x, y; tal como se indica en esquema de fuerzas, mostrado en la figura anterior, con el origen en la carga donde deseamos calcular la fuerza resultante, en este caso en q3.

Llamando F3 a la fuerza resultante sobre q3, entonces F3= F31 + F32. Luego, en términos de componentes x,y:

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22 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

ACTIVIDAD 2SD1-B1

En equipo de cuatro integrantes, resuelvan los siguientes ejercicios aplicando la ley de Coulomb. Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. Dos cargas eléctricas se ejercen entre sí una fuerza de 20 N. ¿Cómo variará la fuerza, si se triplica su separación?

2. Dos cargas eléctricas idénticas, están a una distancia de 15 cm. y la fuerza de repulsión entre ambas es de 40 N. ¿A cuánto equivale la magnitud de cada una de las cargas?

3. Una carga q1 = -9 µc se encuentra a una distancia de 30 cm de otra carga q3 -3 µc. ¿Cuál será la magnitud y sentido de la fuerza resultante, si se coloca justamente en medio de éstas, una carga q2 = 5 µc?

4. Tres cargas puntuales, q1 = 5 µC, q3 = 5 µC y q2 = -2.0 µC, se encuentran en los vértices de un triángulo rectángulo. La longitud de los catetos del triángulo es de 10 cm. ¿Cuál es la fuerza resultante sobre q3?

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 2323

Campo eléctrico.Se dice que un campo eléctrico existe en una parte del espacio en el que una carga eléctrica experimentará una fuerza eléctrica.

La magnitud de la intensidad de campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga en un punto dado; se calcula a partir de la siguiente fórmula:

Por lo tanto:

El campo eléctrico E, es una magnitud vectorial cuando interactúan varias cargas, y se obtiene:

E = E1 + E1 + E3... En

En e l sistema internacional, l a unidad d e intensidad d e campo eléctrico es n ewton por coulomb (N/C).

E = F q

E =K Q r2

Al sustituir a F en la fórmula, obtenemos:

E =Kq1q2

r2

q

Como la intensidad de campo eléctrico se define en términos de una carga de prueba positiva, su dirección en cualquier punto es el mismo que el de la fuerza que experimentaría dicha carga eléctrica sobre una carga positiva situada en ese punto. Sobre esta base, el campo eléctrico en la vecindad de una carga positiva +Q sería hacia afuera o alejándose de la carga; mientras que en una carga de una carga negativa -Q seria hacia adentro o acercándose la carga.

Líneas de campo eléctrico.Es la representación gráfica del campo eléctrico. Son líneas imaginarias que se dibujan, de tal manera que su dirección en cualquier punto es la misma que la dirección del campo eléctrico en ese punto.

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24 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

En binas, resuelvan los siguientes ejercicios aplicando el concepto de campo eléctrico.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la guía de observación, para evaluar el trabajo en equipo, que se presenta al final del bloque.

1. Considerando que en un átomo de hidrógeno, la distancia del protón al electrón es igual a 5 x 10-11 m. determinar:a) La intensidad del campo eléctrico, creado por el protón, en un punto de la órbita del electrón.b) La magnitud de la fuerza eléctrica que actúa sobre el electrón.

2. Dos cargas puntuales, Q1 = 8 x 10-7 C y Q2 = -8 x 10 -7 C se encuentran en el aire, a una distancia de 20 cm. si existe un punto P, en medio de ambas cargas:a) Elabora un esquema donde representes las líneas de campo eléctrico, debido a las cargas eléctricas.b) ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico E1?c) ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico de E2?d) Determinar el campo eléctrico resultante en el punto P.

ACTIVIDAD 3SD1-B1

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 2525

El matemático y físico alemán Karl Friederich Gauss (1777-1855) estableció una relación entre el número de líneas de campo eléctrico que atraviesan una superficie cerrada y la carga almacenada en su interior.

El flujo eléctrico o flujo del campo eléctrico (ΦE) es una magnitud escalar que representa el número de líneas de campo que atraviesan una determinada superficie. Su unidad en el Sistema Internacional es el newton por metro cuadrado y por coulomb (N·m2/C).

E=E S

Flujo eléctrico.

Es una magnitud escalar que representa el número de líneas de campo que atraviesan una determinada superficie.

GLOSARIO

Esta definición comprende dos conceptos importantes:

• Por un lado, el número de líneas de fuerza, que como ya estudiamos anteriormente, es siempre proporcional al módulo de la intensidad del campo eléctrico.• Por otro, la superficie que atraviesan dichas líneas de fuerza. Cada superficie plana se puede representar por medio de un vector S que se caracteriza por lo siguiente:

• S es siempre perpendicular a dicha superficie. • El módulo de S equivale al área de la superficie.

Ley de Gauss.El flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada, es igual a la carga contenida dentro de la superficie dividida por la constante ε0.

Se trata de una relación entre la carga encerrada en una superficie y el flujo de su campo a través de la misma.

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26 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Potencial eléctrico.Se conoce como potencial eléctrico al trabajo que un campo electrostático tiene que llevar a cabo para movilizar una carga positiva unitaria de un punto hacia otro.

Si el campo eléctrico es uniforme, como el que existe entre dos placas planas y paralelas, tal como se aprecia en la figura siguiente:

Entonces el potencial eléctrico está dado por la siguiente ecuación: ΔV = VB – VA = -Ed

Analicemos el siguiente ejercicio:Determinar la magnitud del campo eléctrico, en dos placas planas paralelas que se conectan a una batería de 6 V, cuando están separadas a una distancia de 0.15 cm, como se muestra en la siguiente figura.

Solución:

Datos:

VB – VA = -6V

D = 0.15 cm -6 V = -E (.15cm)

E = ? -E = -6V/.0015 m

E = 4000 V/m = 4000 N/m

ΔV = VB – VA = -Ed

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 2727

En equipo de cuatro integrantes resuelvan los siguientes ejercicios referentes al flujo eléctrico, ley de Gauss y potencial eléctrico.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. Una carga puntual q=3.0μC, está rodeada por una esfera centrada en la carga donde cuyo radio es de 0.20 m. Determina el flujo eléctrico a través de la esfera debido a esta carga.

2. Un plato plano de 10 cm x 10cm, se encuentra a una distancia de 5 cm de una carga puntual, Q = 10 x 10-8 C. ¿Cuál es la magnitud del flujo eléctrico debido a la carga puntual?

3. Con base al siguiente esquema, resuelve lo siguientes:

P Q1= 5 µC Q2= -5 µC

5 cm 10 cm+ -

a) ¿A cuánto equivale el potencial V1, en el punto P?b) ¿A cuánto equivale el potencial V2, en el punto P?c) ¿El potencial eléctrico total en el punto P?

ACTIVIDAD 4SD1-B1

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28 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Cierre ACTIVIDAD 5SD1-B1

I. Investiga individualmente, lo que se te pide en los siguientes cuestionamientos.

1. ¿Cómo podemos determinar si existe un campo eléctrico en un punto dado del espacio?

2. Cómo se representan las líneas de fuerza producidas, en un campo eléctrico:a) Por una carga puntual positiva.b) Por una carga puntual negativa.c) Uniforme.

3. Describe el experimento de la jaula de Faraday.

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 2929

II. Resuelve los siguientes problemas, anotando el procedimiento y eliminación de unidades correspondiente.

1. Una carga de 7X10-9 C se encuentra en el aire a 10 cm de la otra carga de 3X10-9 C. Determinar el valor de la fuerza eléctrica entre ellas. Calcular también el valor de la fuerza eléctrica si las cargas se sumergen en gasolina.

2. La diferencia de potencial entre dos placas separadas 6 mm es de 800 V.a) ¿Cuánto trabajo se requiere para mover una carga de 4X10-9 C de la placa positiva a la placa negativa?b) ¿Cuál es la intensidad de campo eléctrico entre las placas?

3. Una esfera conductora cargada uniformemente de 50 cm de diámetro, tiene una densidad de carga superficial de 60 C/m2. ¿Cuál es el flujo total que sale de la superficie de la esfera?

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30 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Secuencia didáctica 2LEY DE OHM

Inicio

ACTIVIDAD 1SD2-B1

A continuación se te muestra una sopa de letras, localiza en ella los conceptos que se enlistan en la tabla.

De manera individual localiza los conceptos y después descríbelos con tus propias palabras en el espacio que corresponde a la definición.

K C O Q H I R W K C O N D U C T O R R M U C C J L H S U G D D E W H H P E P U R O I D B I O E R E C E P T O R V T N L P L C D S Y X R C L H E W N N E G Q E V G B U D Y G L M W C S A Q T S Y G D N B J V L A K L C D F N B U C R C Y X I P O S Q G D H C S D Q E N M B I O A W C I R S U I T O E N S E R I E D O U T R P G N P O R T R X F G S A T O W K K A X O R O E J P F P Y E E F G R J D T L N G T T M I T N P O V K C L N P K M A A I X S P L V I E I M C L E L R E O C H S Q D U N P T M L X N U N M O H C J C O F I B P I C M H I U D T T C R M N R R U T K I X A I C R L A Q R V O E R D K E I K J R G X T T M I I X L H O J Y M I G M G K W H O C B K U N R C M X E D C T P C W W A E F B N O I T F U T I H F I A M B F O C O T D V K V I I H N K C D M Q G R M X I X V H I H P N O S J W T M E D V H N E R R E N U P V J P X A E K E R G L V U E L N P O F U U J O S O L X Q P S V Q E U F G L E L D V U H P O L O P O S I T I V O E V N Q G O

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 3131

Concepto Definición

Circuito

Receptor

Foco

Conductor

Circuito mixto

Electricidad

Polo negativo

Corriente

Electrón

Cable

Generador

Circuito en serie

Polo positivo

Circuito paralelo

Resistencia

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32 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

DesarrolloLey de Ohm.Esta ley fue postulada por el científico alemán George Simón Ohm, se le considera una de las leyes fundamentales de la electrodinámica y enuncia que:

“La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.”

George Simón Ohm

Matemáticamente se expresa:

Donde: I= Intensidad de la corriente que circula por el conductor en amperes (A)V= Diferencia de potencial o voltaje aplicado a los extremos del conductor en volts (V)R= Resistencia del conductor en Ohm (Ω)

Circuito eléctrico.Es un arreglo que permite el flujo de la corriente eléctrica, con respecto a un potencial eléctrico o voltaje. Los circuitos eléctricos permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía; como por ejemplo: energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor).

I= V R

Los elementos que constituyen un circuito eléctrico, son los siguientes:• Generador: en este se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos, por ejemplo: una pila o un conjunto de pilas.

• Conductor: generalmente son cables de cobre (o hilo conductor), por los cuales circulan los electrones impulsados por el generador.• Receptores: son los aparatos o dispositivos a los que llega la energía eléctrica, transformándose en otras formas de energía, como las mencionadas anteriormente.• Resistencias: elementos del circuito que se oponen al flujo de la corriente eléctrica.• Interruptor: elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica.

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 3333

Circuito eléctrico sencillo.Un circuito eléctrico es cerrado cuando la corriente eléctrica circula por todo el sistema; y se dice que es abierto cuando no circula por él, como se observa en la figura siguiente.

De forma individual, anota en la siguiente tabla el símbolo a cada uno de los elementos eléctricos.

ACTIVIDAD 2SD2-B1

Elementos eléctricos Símbolos

Resistencia

Batería y fuentes de corriente continua

Interruptores

Capacitores

Inductores

Voltímetros

Amperímetros

Corriente alterna

Tierra

Elementos eléctricos Símbolos

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34 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Individualmente, resuelve los siguientes ejercicios aplicando la Ley de Ohm.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. La intensidad de corriente eléctrica en un alambre conductor es de 6 A. ¿Cuál es la resistencia eléctrica, si se le conecta a una diferencia de potencial de 110V?

2. Calcula la diferencia de potencial aplicada a una resistencia de 10 Ω, cuando fluye a través de ella una corriente eléctrica de 5 A.

3. Calcula la intensidad de corriente eléctrica que fluirá a través de una resistencia de 20 Ω al conectarse a un acumulador de 12V.

4. Determina la resistencia del filamento de una lámpara por la cual fluye una corriente eléctrica de 0.6 Ampere, al ser conectado a una diferencia de potencial de 120 V.

5. Por una resistencia de 10 Ω, circula una corriente de 2 A. ¿A cuánto equivale la magnitud de la diferencia de potencial al que están conectados sus extremos?

ACTIVIDAD 3SD2-B1

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 3535

Tipos de circuitos eléctricos.Los circuitos de acuerdo a su conexión, se denominan en serie, paralelo y mixto; este último es una combinación de dispositivos en serie y paralelo. Un esquema de dichas conexiones, se presenta a continuación:

Circuito en serie

Circuito en paralelo

Circuito mixto

En la siguiente tabla se presenta de forma resumida las fórmulas utilizadas para resolver los circuitos en serie y en paralelo.

Fórmulas Tipo de circuito Intensidad de corriente (I) Resistencia eléctrica (R) Voltaje (V) Serie IT= I1 = I2 = I3=… In Re = R1+ R2+ R3 +… Rn VT= V1+ V2+ V3 +… Vn

Paralelo Re = ____1___________IT= I1 + I2 + I3 +… In

o

R1+ R2 + R3… + R n

bien:

Re = R1 * R2 R1+ R2

VT = V1= V2= V3 =… Vn

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36 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

En el caso de los circuitos mixtos, se resuelven por separado los arreglos en serie y en paralelo. Para que nos quede claro, resolveremos el siguiente ejercicio.

V= 40 V

R1= 30 R2

Los circuitos en serie y en paralelo se resuelven de manera más sencilla, solo es necesario considerar las fórmulas presentadas en la tabla anterior y analizar la resolución de este ejercicio, al momento de solucionar estos arreglos.

En este circuito, las resistencias R1 y R2, están conectadas en serie, mientras que las resistencias R3 y R4, en paralelo; por lo tanto, primeramente es necesario calcular la magnitud de la resistencia equivalente entre estas dos últimas.

En este caso es apropiado utilizar la fórmula:

Re = R1 * R2 R1+R 2

R’ = 24 R´ = ( = 2

Para diferenciarla como resistencia conectada en paralelo dentro de un circuito mixto, la representaremos como R’

Entonces el circuito eléctrico lo representamos:

V= 40 V

R1= 30 R2= 20

R3 4= 24

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 3737

Como podemos observar, el circuito se reduce a un arreglo en serie y podemos calcular la resistencia total, utilizando la fórmula:

Rt = R1+ R2 + R’

Re = 74 Rt = 30 + 20 + 24

Ahora podemos calcular la intensidad total del circuito, utilizando la ley de Ohm.

I IT T=V IT= =40 V 0.54 A R 24

Como R1 y R2 están conectadas en serie, el valor de la intensidad de corriente que pasa por cada una de estas, es igual al valor de la intensidad total del circuito (IT). En el caso de las resistencias conectadas en paralelo, primero es necesario calcular el voltaje que se les suministra a estas dos resistencias, utilizando de la ley de Ohm, el siguiente despeje:

V= I * R

Igualmente como lo hicimos con la resistencia equivalente, para diferenciar que se trata de resistencias conectadas en paralelo en un circuito mixto, lo representaremos como V’.

V’= I * R’

V’= 0.54 V V’= 12.96 Volts

En seguida calcularemos la intensidad de corriente que circula por estas resistencias.

I3= 12.96 V I3= 0.324 A 40

I4= 12.96 V I3= 0.216 A 60

IT= 0.324 A + 0.216 A IT= 0.54 A

La suma de esta debe ser igual a la intensidad total del circuito, o sea, IT = I3 + I4

V1= I *R1

A continuación alculamos el voltaje que fluye por las resistencias R1 y R2.

V1=( 0.54 Volt) (30 1= 16.2 V

V2= I *R2 V1=( 0.54 Volt) (20 1= 10.8 V

El voltaje total del circuito, se obtiene al sumar V1 + V2 + V’ y debe ser igual al voltaje del circuito original. Para este caso es de 40 Volts.

) V

) V

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38 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Comprobamos:

Por último, organizamos nuestros resultados en una tabla, como la que se muestra a continuación:

VT = 16.2 V + 10.8 V + 12.96 V

VT 40 V

Cierre

En equipo de tres integrantes, resuelvan los siguientes ejercicios.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. Calcular la resistencia equivalente e intensidad total de los siguientes circuitos:

ACTIVIDAD 4SD2-B1

A) B)

C) D)

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 3939

A)

B)

C)

2. Resuelvan los siguientes circuitos eléctricos, anotando el procedimiento correspondiente y al final organicen los resultados en cada una de las tablas que se les proporcionan.

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40 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Secuencia didáctica 3LEYES DE KIRCHHOFF

Inicio

De manera individual, explica cómo se cumple la ley de la conservación de la energía en los circuitos eléctricos.

ACTIVIDAD 1SD3-B1

__________________________________________________________________________________________

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__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Leyes de Kirchhoff.

Desarrollo

Las leyes de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, aun siendo estudiante. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de intensidad de corriente y potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía.

Estas leyes tienen como finalidad, obtener un sistema de ecuaciones cuya resolución, por un método matemático adecuado, nos permite conocer el valor y sentido de las intensidades de corriente existentes en un circuito.

Antes de adentrarnos en el tema, definiremos conceptos que sustentan estas leyes:

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 4141

Nodo: es un punto del circuito donde se unen tres (o más) conductores. De acuerdo a esta figura los puntos A y D, son nodos.

Malla: es cualquier trayectoria cerrada del circuito. En este caso, son mallas las trayectorias: ABCDA, ADEFA y ABCDEFA.

Rama: es toda trayectoria entre nodos. En esta figura, son ramas los tramos ABCD, AD y AFED.

Primera ley de Kirchhoff o ley de corrientes de Kirchhoff (LCK).La suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un nodo de un circuito, es igual a la suma de todas las intensidades de corriente que salen de él.

Las intensidades de corriente que entran a un nodo son de signo positivo, mientras que las que salen de él son negativas.

Esta ley establece, que la suma algebraica de todas las intensidades de corriente en cualquier nodo de un circuito es igual a cero.

Esta ley se basa en el principio de la conservación de la carga. Donde la carga en coulomb es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.

Analicemos el siguiente ejercicio. En el siguiente circuito, determina el valor de la intensidad de la corriente que pasa por I2.

La sumatoria de intensidad de corriente que entra al nodo del circuito es igual a la sumatoria de intensidad de la corriente que sale del nodo, o sea:

ƩIe = ƩIs

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42 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Para este caso, I1 = I2 + I3

Por lo tanto: I2 = I1 - I3

I2 = 8A - 3 A

I2 = 5A

Partiendo de que, ƩIe = ƩIs. Tenemos para el nodo A:

I1= I2 + I3 + I4, por lot anto:

I4= I1 – I2 - I3

I4= 12 A – 3A – 4A

I4 = 5A

El sentido de la corriente es el mismo de I2 e I3 y se dirige al nodo B.

Para el cálculo de I5, tenemos que ene l nodo B.

I5 = I2 + I3 + I4

I5= 3 A + 4A + 5 A

I5= 12 A

El sentido de la corriente es hacía el nodo C. Para el cálculo deI7, tenemos la ƩIe= ƩI s es:

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 4343

El sentido de la corriente es hacia el nodo D, para el cálculo de I8 tenemos que en el nodo D, la ƩI entrada = ƩI salida es:

I5+I6+I7

I7 = I5-I6 = 12A-8A =4A

I6+ I7= I8 8A + 4A = 12A

El sentido de la corriente es hacia la terminal positiva de la batería.

Segunda ley de Kirchhoff o ley de Voltajes de Kirchhoff (LVK).La suma de las fuerzas electromotrices (Ʃ€) en un circuito cerrado o malla, es igual a las sumas de todas las caídas de potencial IR en el circuito; es decir: Ʃ€ = Ʃ IR.

Esta ley confirma el principio de la conservación de la energía. La energía que gana una fuente generadora de fuerza electromotriz (fem) al transformar la energía mecánica o química en eléctrica, se “pierde” en forma de caídas de tensión (o de voltaje).

Analicemos el siguiente ejercicio. En el siguiente circuito eléctrico, determina la caída de tensión R3.

VT= V1 + V2 + V3

V3= VT - V2 - V3

V3= 60 V – 15 V – 20 V

V3= 25 V

Analicemos el siguiente ejercicio. En el siguiente circuito eléctrico, determina la cañida de tensión R3 y R4.

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44 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Partiendo de que Ʃ€ = Ʃ IR:

VT= V1+ V2 + V3 + V4

Para el cálculo de V2, consideramos que la caída de potencial en V1 es de 20 volts y el voltaje total 60 volts, por lo tanto:

VT= V1+ V2

Por lo que V2= VT - V1

V2= 60 V - 20V

V2= 40 V

Para calcular la caída de potencial V4, debemos considerar que por R2, la caída de potencial es de 40 V y que R2está en paralelo con R3 y R4, por lo que por estas dos últimas resistencias debe de haber también una caída de tensión de 40 V.40 V = V3 + V4

V4= 40 V - 10 V

V4= 30 V

O bien:

VT= V1 + V3 + V4

V4= VT - V1 - V3

V4= 60 V- 20 V - 10 V

V4= 30 V

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 4545

ACTIVIDAD 2SD3-B1

En equipo de tres integrantes, resuelvan los siguientes ejercicios aplicando las leyes de Kirchhoff. Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que aparece al final del bloque.

1. Determinar el valor de las intensidades de corrientes desconocidas, así como el sentido de dicha intensidades.

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46 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

2. En los siguientes circuitos eléctricos, calcula las caídas de potencial desconocidas.

Importancia de las leyes de Kirchhoff. Las leyes de Kirchhoff, contribuyeron de forma determinante para el desarrollo de la ingeniería eléctrica y electrónica: la primera consecuencia del principio de la conservación de la energía.

Estas dos leyes junto con la ley de Ohm, permiten resolver el problema fundamental del análisis de circuitos en estado estacionario. Posteriormente con los trabajos de Oliver Heaviside y Laplace, se transformaron la ley de Ohm junto con las dos leyes de Kirchhoff para encontrar la respuesta completa; esto quiere decir que se dieron cuenta por primera vez que existía un estado transitorio como parte de la respuesta completa del circuito; este estado transitorio duraba pocos milisegundos y era una concepción teórica que habría de confirmarse con la invención del osciloscopio.

Todo lo anterior permitió la construcción del primer computador experimental analógico un poco antes de la Segunda Guerra Mundial por Vanevar Bush y su grupo de investigadores.

Cierre

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 4747

ACTIVIDAD INTEGRADORA

En equipo de cuatro integrantes, diseñen un prototipo que demuestre un fenómeno correspondiente a una de las siguientes leyes: • Coulomb• Ohm• Kirchhoff

Para la elaboración del prototipo, se te recomienda que revises la rúbrica que se presenta al final del bloque.

En equipos de 4 integrantes, respondan detalladamente los siguientes cuestionamientos.

1. Realizen un esquema o un diagrama de cómo se genera y distribuye la energía hasta llegar a nuestras viviendas. Incluye las caídas de potencial en cada uno de los trayectos que presentes.

2. Investigen y esquematizen los tipos de circuitos presentes en una vivienda.

REACTIVOS DE CIERRE

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48 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

3. Conforme una batería va envejeciendo, su resistencia interna aumenta. Supongan que, hacia el fin de su vida útil, la resistencia interna de la batería aumenta hasta 2 Ω. ¿Cómo afecta este aumento en su resistencia interna a la capacidad de la batería para suministrar energía?

4. Calcular la energía eléctrica que se consume en tu salón y el costo de dicho consumo durante un mes.

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 4949

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA

Asignatura N° Serie: Equipo o alumno:

Parcial: Fecha entrega: Calificación:

CRITERIOS EXCELENTE ( 5) REGULAR (3) INSUFICIENTE (0)

Datos del problema

En todos los casos los datos están correctamente identificados y determinado su significado.

En todos los casos los datos están correctamente identificados pero no siempre está determinado su significado.

En ninguno de los casos, los datos están correctamente identificados.

Comprensión de los problemas planteados

La resolución de todos los problemas incluye explicaciones para facilitar la lectura y comprensión. Presentan los procedimientos y eliminación de unidades correspondientes.

La resolución de casi todos los problemas incluye explicaciones para facilitar la lectura y comprensión. Presentan la mayoría de los procedimientos y eliminación de unidades correspondientes.

La resolución de la mayoría de los problemas no incluye explicaciones, por lo que no se facilita la lectura y comprensión. No Presentan procedimientos ni eliminación de unidades.

ResultadosLos resultados de todos los problemas planteados son totalmente correctos.

Los resultados de todos los problemas planteados son correctos, con pequeños errores.

Se cometieron demasiados errores, por lo que la mayoría de los problemas son incorrectos.

EntregaLa serie se entregó en tiempo y forma. Se observa limpieza.

La serie se entregó en tiempo y forma. Se observa poca limpieza.

La serie no se entregó ni en tiempo ni en forma.

Total

RÚBRICA PARA EVALUAR LAS SERIES DE EJERCICIOS

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50 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

GUÍA DE OBSERVACIÓN PARA EVALUAR EL TRABAJO EN EQUIPO

Bloque Nombre de la secuencia

Actividad Grupo

Instrucciones:

Con el presente instrumento de evaluación se valorará la competencia:

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

Atributos:

8.1 Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

Lee detenidamente antes de iniciar las actividades en el grupo de trabajo, lean íntegramente esta guía de observación.

Para cada uno de tus compañeros de equipo, marca con una X, los aspectos que valores en cada uno de tus compañeros con base a la siguiente escala:

E= Excelente B= Bien NM=Necesita mejorar

Nombre estudiante Escucha con respeto a sus compañeros.

Se muestra tolerante ante los puntos de vista de sus compañeros.

Su participación demuestra conocimientos y habilidades para la solución del problema.

Contribuye para que la participación de los integrantes del grupo se dé en un clima de respeto.

Integrante E B NM E B NM E B NM E B NMIntegrante 1

Integrante 2

Integrante 3

Escala

Predomina las E: El estudiante desarrolló los atributos

Predomina las B: El estudiante está en proceso de desarrollo de los atributos

Predomina las NM: El estudiante aún no desarrolla los atributos

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T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Aplica la electricidad en su entorno naturalBLOQUE 1 5151

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA

Asignatura Nombre del Prototipo: Equipo:

Maestro: Fecha entrega: Calificación:

CRITERIOS EXCELENTE ( 5) BUENO (3) REGULAR (1)

Originalidad

Muestra creatividad en el diseño seleccionado. Se observa limpieza y orden en su elaboración El prototipo no atenta contra la seguridad personal ni material.

Muestra poca creatividad en el diseño seleccionado. Se observa limpieza y orden en su elaboración.

El prototipo no atenta contra la seguridad personal ni material.

No muestra creatividad en el diseño seleccionado. Tampoco se observa limpieza y orden en su elaboración.

Recursos materiales

Atiende la instrucción del docente al utilizar materiales económicos, reutilizables y de fácil adquisición.

Los materiales utilizados son seguros para la fabricación del prototipo.

Utiliza materiales económicos y de fácil adquisición aunque no sean reutilizables.

Los materiales son seguros para su uso.

Utiliza materiales de fácil adquisición no se preocupa por el costo ni el reciclaje.

Explica el diseño del prototipo

(relación de conceptos)

Presenta ideas claras sobre el diseño del prototipo, logrando explicar el fenómeno físico que se presenta.

Muestra el diagrama del prototipo.

Muestra las características del prototipo.

El diseño es sencillo, explica de manera clara y sencilla el fenómeno que se pretende explicar.

Presenta ideas claras sobre el diseño del prototipo, logrando explicar el fenómeno físico que se presenta.

Presenta el diagrama del prototipo.

Muestra las características del prototipo.

El diseño es sencillo, aunque no explica de manera clara el fenómeno que se pretende explicar.

Presenta ideas vagas sobre el diseño del prototipo, por lo que no logra explicar con claridad el fenómeno físico que se presenta.

No muestra el diagrama del prototipo.

No muestra las características del prototipo.

Calidad en la presentación

El prototipo muestra buena organización general.

El tamaño es muy apropiado para su uso y manejo.

Los materiales utilizados favorecen la calidad de presentación.

El prototipo muestra una regular organización en general. El tamaño es aceptable para su uso y manejo.

La mayoría de los materiales utilizados favorecen la presentación. Algunos de los materiales no son reutilizables o económicos.

El prototipo no muestra calidad en su presentación, ya que el tamaño no es apropiado para su uso y manejo; además de no respetar las recomendaciones para su diseño.

Trabaja en equipo

Muestra respeto y tolerancia hacia sus compañeros, apoya otras opiniones. Retroalimenta a sus compañeros cuando es necesario.

Entrega el prototipo en tiempo y forma como les fue solicitado.

Muestra respeto y tolerancia hacia sus compañeros, apoya otras opiniones, no retroalimenta a sus compañeros

Entrega el prototipo en tiempo y forma como les fue solicitado.

No muestra el debido respeto y tolerancia hacia sus compañeros.

No retroalimenta a sus compañeros cuando es necesario.

No entrega el prototipo en tiempo y forma.

Total

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52 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Alumno: ______________________________________________________

Asignatura: __________________________________ Entrega: _________

Criterio/Puntuación 4 3 2 1 Puntos

Portada

Incluye nombre y logo de la Institución, curso, nombre del maestro y alumno, título de portafolio, fecha y lugar.

Falta un elemento en la presentación del trabajo

Faltan dos elementos en la presentación del trabajo.

Carece de tres o más elementos para la correcta presentación del trabajo

Introducción

Detalla de manera personal u original el aprendizaje obtenido y la razón por la cual se estructuran de esa forma las evidencias.

Detalla parcialmente de manera personal el aprendizaje obtenido y la razón por la cual se estructuran de esa forma las evidencias. Del portafolio.

La introducción no es congruente con las evidencias presentadas, además no menciona acerca de la estructura de las evidencias presentadas en el portafolio.

No presenta introducción o presenta ideas irrelevantes a cerca de las evidencias que integran el portafolio.

Evidencias de aprendizaje

Incluye todos los tipos de evidencias solicitadas.

Las evidencias demuestran los avances en los aprendizajes esperados.

Incluye la mayoría de las evidencias solicitadas. Sin embargo no todas las evidencias demuestran claramente el avance en los aprendizajes esperados.

Incluye algunas de las evidencias solicitadas.

Estas evidencias demuestran mínimamente el avance en los aprendizajes esperados.

Incluye sólo uno o ninguna de las evidencias solicitadas, sin demostrar avance en los aprendizajes.

Organización

Todas las evidencias de aprendizaje están correctamente presentadas: constan de encabezado, son claros y limpios.

A las evidencias de aprendizaje les falta algún elemento de la presentación.

A las evidencias de aprendizaje les faltan más de dos elementos de la presentación.

Las evidencias de aprendizaje solo tienen un elemento o ninguno de la presentación.

OrtografíaEl portafolio de evidencias está elaborado sin errores ortográficos.

Se observan hasta cinco errores ortográficos.

Se observan de 6 a 10 errores ortográficos en el portafolio

Se observan más de 10 errores ortográficos.

Conclusión

Presenta una conclusión personal e integral de manera detallada acerca del producto realizado, el aprendizaje e importancia de este para su vida cotidiana.

Presenta una conclusión personal de manera general acerca del producto realizado y lo que aprendió.

Presenta una conclusión personal de manera general acerca del producto realizado.

Presenta ideas o puntos generales acerca de su aprendizaje.

EntregaEntrega el portafolio de evidencias en el formato solicitado el día y la hora acordada.

Entrega el portafolio de evidencias en el formato solicitado el día acordado.

Entrega el portafolio de evidencias en un formato diferente al solicitado el día acordado.

Entrega el portafolio de evidencias en un formato diferente al solicitado el día acordado.

Total

Rangos 28-22 21-15 14-8 7-0Puntaje 40 30 20 10

RÚBRICA PARA EVALUAR EL PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

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Conoce y describe el comportamiento y aplicación del electromagnetismo, utilizando herramientas y equipos que le permitan identificar, la ley de Lenz, ley de Faraday y circuitos RC basándose en prototipos relacionados a su entorno.

Tiempo asignado: 10 horas

Electromagnetismo: Ley Faraday y Ley de Lenz.

Circuitos RC.

Diseña prototipos o modelos para demostrar la relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, aplicando principios científicos relacionados con el electromagnetismo.

Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar las aplicaciones del electromagnetismo.

Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno con el uso de herramientas y equipos que permitan identificar las diferentes

leyes del electromagnetismo, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Desempeño del estudianteal finalizar el bloque Objetos de aprendizaje Competencias a desarrollar

Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2

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54 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

De manera individual responde los siguientes cuestionamientos:

1. Anota tres dispositivos de tu entorno que funcionan a base de electromagnetismo.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________2. ¿Por qué se dice que la tierra es un enorme imán?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. ¿Cuál es la diferencia entre polos magnéticos y polos geográficos?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________4. Define el concepto de fuerzas a distancia y anota tres ejemplos.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________5. Anota tres ejemplos de materiales conductores.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________6. ¿Qué es campo magnético?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

7. ¿Qué es una fuerza electromagnética?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Al concluir el presente bloque demostrarás los conocimientos y habilidades adquiridos, a partir del diseño de uno de los siguientes dispositivos: Motor eléctrico, Transformador, Generador eléctrico.

PROYECTO INTEGRADOR

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 5555

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

8. ¿Cuál es la diferencia entre corriente continua (CC) y corriente alterna (CA)?

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________9. ¿Qué es un electroscopio?

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

10. ¿Qué es un osciloscopio?

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Secuencia didáctica 1ELECTROMAGNETISMO: LEY DE FARADAY Y LEY DE LENZInicio

ACTIVIDAD 1SD1-B2

De manera individual responde los siguientes cuestionamientos.1. Anota tres cuerpos o materiales que presenten propiedades magnéticas.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________2. Menciona y describe tres situaciones de tu entorno, en los que se haga uso de los imanes o de las propiedades de estos.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. Describe el resultado de la interacción que se presenta entre las energías procedentes de la electricidad y el magnetismo. Después explica la utilidad de dicha interacción.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________4. ¿Qué fenómenos electromagnéticos has observado en tu entorno?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________5. ¿Qué mide un Faraday?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

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56 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

¿Qué es el magnetismo?Es un fenómeno que se presenta debido a las fuerzas de atracción o repulsión que ejercen ciertos objetos sobre otros cuerpos. Este fenómeno, al igual que el eléctrico,

está estrechamente ligado a los átomos y es también una propiedad general de la materia, a partir de la cual se describen las fuerzas de interacción entre los materiales metálicos.

Las partículas atómicas responsables de lo antes descrito, son los electrones, ya que debido a su movimiento, se comportan como pequeños imanes, confiriéndole a los cuerpos capacidad magnética.

En realidad, todos los materiales son magnéticos, pero ocurre en éstos una distribución desigual de sus electrones, de manera que se anulan las distintas fuerzas magnéticas generadas; por otro lado, existen materiales que en su estructura disponen de una gran cantidad de electrones distribuidos de tal manera que las fuerzas magnéticas producidas se multiplican creando un efecto magnético a mayor escala.

Desarrollo

Los imanes pueden ser naturales o artificiales y se caracterizan por presentar dos polos magnéticos diferentes llamados Norte y Sur. Cuando interactúan estos polos, se observa lo siguiente:

• Polos iguales: experimentan repulsión.

• Polos diferentes: experimentan atracción.

Otra particularidad que presentan los imanes, es que si se dividen, cada una de las partes presentará igualmente dos polos.

Al hablar de magnetismo, no debemos olvidar que nuestro planeta se comporta como un imán gigante. Esta observación fue realizada en 1600, por el físico y filósofo británico William Gilbert. Es importante mencionar que el fenómeno de magnetismo terrestre, era conocido mucho tiempo atrás, en las famosas brújulas en navegación.

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 5757

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

¿Qué es un campo magnético?Es una magnitud vectorial que representa la intensidad de la fuerza magnética, debida a una carga puntual en movimiento o por un conjunto de cargas en movimiento. También se le describe como una propiedad física del espacio que rodea a los imanes, a las cargas en movimiento y a las corrientes eléctricas.

En la siguiente figura, se esquematiza el campo eléctrico generado por un imán.

Líneas de campo magnético.Las líneas de campo magnético revelan la forma del campo, las cuales se extienden a partir de un polo, rodean al imán y regresan al otro polo. La dirección del campo es del polo norte al polo sur, como se observa en la siguiente imagen.

Como puedes observar, la intensidad del campo magnético es mayor donde las líneas están más próximas entre sí. Se puede comprobar que la intensidad de campo magnético es mayor en los polos. Si se coloca otro imán o una pequeña brújula en cualquier punto del campo, sus polos tenderán a alinearse con el campo magnético.

ACTIVIDAD 2SD1-B2

En equipo de cuatro integrantes, realicen lo que a continuación se les indica.1. Sobre una hoja de papel coloquen una muestra de limaduras de hierro.2. Deslicen un imán por debajo de la hoja.3. Respondan lo que a continuación se indica.

¿Cómo se comporta la limadura de hierro, cuando el imán pasa por debajo de la hoja?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________A través de un diagrama, presenten sus observaciones.

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58 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

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_________________________________________________________________________________________

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__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Realicen una conclusión general de la actividad.

Electromagnetismo.Es la parte de la física que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Es una teoría de campos, porque sus explicaciones y predicciones se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo.

El electromagnetismo es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo y es la responsable de la interacción entre partículas con carga eléctrica. Este se divide en dos tipos de interacción: la electrostática, que actúa sobre cuerpos cargados en reposo, y la magnética, que actúa solamente sobre cargas en movimiento. Estas fuerzas actúan sobre todas las partículas cargadas eléctricamente, son de naturaleza atractiva o repulsiva y su radio de interacción es infinito. Por ejemplo, las fuerzas electromagnéticas te permiten leer tu módulo de aprendizaje, ya que la luz es una de

las diversas interacciones electromagnéticas presentes en la naturaleza. La interrupción de estas fuerzas por un instante, ocasionaría de manera inmediata la desaparición de la vida.

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 5959

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

ACTIVIDAD 3SD1-B2

De manera individual, elabora una línea del tiempo sobre el desarrollo del electromagnetismo. Preséntala a tu maestro para su revisión.

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60 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

El surgimiento del electromagnetismo se debe a las investigaciones realizadas por diferentes hombres de ciencia. A continuación se describen los trabajos que han permitido el extraordinario desarrollo de éste en la actualidad.

En el año 1800 Alessandro Volta, inventó la pila eléctrica, a partir de la cual se produjo una corriente continua. Posteriormente en 1820, Hans Christian Oersted, empujó de manera accidental una brújula que se encontraba

bajo un alambre conectado a una pila, que conducía una corriente eléctrica continua, la aguja de esta brújula al caer, giró 90° para colocarse perpendicularmente al alambre.

Con ello, Oersted, demostró que el alambre, además de conducir electricidad, generaba a su alrededor, una fuerza parecida a la de un imán, es decir, generaba un campo magnético; descubriéndose con ello el electromagnetismo.

Michael Faraday en 1831, descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con una bobina y un imán. Él demostró con su experimento que se podía inducir corriente en la bobina, al acercar o alejar un imán, cuando el polo norte del imán se acerca a la bobina la aguja del galvanómetro se desvía hacia la derecha del lector y cuando se aleja la aguja se mueve hacia la izquierda, lo que indica que la corriente cambia de sentido. De otro modo, la corriente desaparece, si el imán se mantiene en la misma posición, por lo que se llega a la conclusión, de que sólo una variación del flujo del campo magnético con respecto al tiempo genera corriente eléctrica, como se muestra en la siguiente figura.

Galvanómetro:Instrumento que sirve para detectar y medir corriente eléctrica, así como determinar el sentido de una corrien-te eléctrica mediante la desviación que esta pro-duce en una aguja mag-nética.

GLOSARIO

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 6161

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Heinrich Lenz

Faraday, descubrió con ello, lo que se conoce como inducción electromagnética, fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (fem o voltaje), en un medio expuesto a un campo magnético que puede ser variable o estático. Una corriente inducida se produce cuando se mueve un conductor en sentido transversal a las líneas de flujo de un campo magnético.

Ley de la inducción electromagnética o ley de Faraday.“La fem inducida en un circuito formado por un conductor o una bobina es directamente proporcional al número

de líneas de fuerza magnéticas cortadas en un segundo, es decir, la fem inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que la envuelve”.

Ley de Lenz.El físico ruso Heinrich Lenz, comprobó que la corriente debido a la fem inducida, se opone al cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido,tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de él.

Lo anterior, le permitió expresar la ley de Lenz, que establece: “La corriente eléctrica inducida en la bobina es tal que el campo magnético producido por ella, se opone al campo magnético del imán que la genera”.

Observa la siguiente figura, en ella se representa de manera clara la Ley de Lenz.

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62 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Como podemos darnos cuenta el trabajo de estos científicos fue arduo, pero le correspondió a James Maxwell, establecer las leyes que explican los fenómenos electromagnéticos. Estas son conocidas como leyes o ecuaciones de Maxwell y son de gran relevancia, pues desempeñan en el electromagnetismo, el mismo papel que las leyes de Newton, en la dinámica.

La ley de Faraday, matemáticamente se expresa:

O bien = Øf - Øi

t

Donde:

E = fem media inducida expresada en Volts (V).Øf= flujo magnético final medido en Webers (Wb).Øi=flujo magnético inicial medido en Webers (Wb).t = tiempo en que se realiza la variación del flujo medido en segundos (s).

La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el Weber y se designa por Wb. En el sistema CGS, se utiliza el Maxwell.

1 Weber (Wb) = 108 Maxwells.

El signo menos de la ecuación, se debe a la oposición que hay entre la fem inducida y la variación del flujo que la produce (de acuerdo a la Ley de Lenz).

Cuando la bobina tiene N (número de vueltas o espiras), la expresión matemática para obtener la fem inducida es:

Para calcular la fem inducida en un conductor recto de longitud L, que se desplaza con una velocidad v, en forma perpendicular a un campo de induccion magnético B, se utiliza la expresión:

Analicemos el siguiente ejercicio.

Una bobina de 60 espiras emplea 4 x 10-2 segundos, en pasar entre los polos de un imán en forma de herradura, desde un lugar donde el flujo magnético es de 2 x 10-4 Wb, a otro de 5 x 10-4 Wb. ¿Cuál es el valor de la fem media inducida?

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 6363

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

4 x 10 -2 s

Solución

Datos

N = 60

t = 4 x 10 -2 s =( - 60 )5 x 10-4 Wb - 2 x 10-4 Wb

= 0.45 V

En binas, resuelvan los siguientes ejercicios de reforzamiento, en los que aplicarás los conocimientos de las leyes de Faraday y de Lenz.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. El flujo magnético que cruza una espira de alambre varía de 2 x 10-3 a 4 x 10-3 Wb en 3 x 10-3 segundos. Determina la magnitud de la fem media que se induce en el alambre.

2. Un conductor rectilíneo de 10 cm de longitud se mueve perpendicularmente a un campo de inducción magnética igual a 0.4 T con una velocidad cuyo valor es de 3 m/s. ¿Cuál es el valor de la fem inducida?

3. Calcular el valor de la fem media inducida en una bobina de 200 espiras que tarda 2 x 10-2 segundos en pasar entre los polos de un imán en forma de herradura, desde un lugar donde el flujo magnético es de 5 x 10-3 Wb a otro de 8 x 10-3 Wb.

ACTIVIDAD 4SD1-B2

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64 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Fenómenos electromagnéticos.Estos son los responsables de prácticamente todos los fenómenos que ocurren en la vida diaria, con excepción de la gravedad.

Ejemplos:1. Cuando se frota un trozo de vidrio o acrílico con un paño este atrae pequeños trozos de papel debido a la carga electrostática que adquiere.2. Las auroras polares.3. El cinescopio de un televisor o pantalla de computadora.

El electroimán es otro ejemplo de fenómenos electromagnéticos, ya que a partir de su descubrimiento y fabricación a gran escala, revolucionó sorprendentemente la ciencia y tecnología, dado la diversidad de aplicaciones que estos tienen en nuestra vida cotidiana.

El electroimán, es un imán que funciona gracias a la electricidad, se compone de un material ferromagnético denominado núcleo, alrededor del cual se ubica un cable conductor de forma espiral llamado solenoide. Cuando este dispositivo funciona se hace circular corriente eléctrica por el conductor, creándose un campo magnético a su alrededor. El campo generado fluirá al interior del solenoide en una misma dirección, e inducirá a las partículas del núcleo a alinearse en esta dirección, obteniéndose un potente imán.

En la siguiente figura, se muestra un electroimán sencillo.

Aplicaciones del electromagnetismo.Como se mencionó anteriormente, los electroimanes tienen gran aplicación en nuestra vida, como por ejemplo en la tecnología, la ingeniería, la medicina, la construcción y la aeronáutica. Estos dispositivos son esenciales para el funcionamiento de los aparatos eléctricos, juegan un papel clave en motores y generadores, ya que usan la fuerza del campo magnético para generar energía y electricidad. También pueden usarse para producir sonido en timbres eléctricos y altavoces; para grabar cintas de vídeo y discos duros. Así mismo, los electroimanes de alta potencia pueden usarse en imagenología y en aceleradores de partículas.

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 6565

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

En la siguiente lista se presentan algunos dispositivos de tu entorno, que funcionan a base de electromagnetismo:• Microondas de cocina• Transformadores• Lectores de tarjetas magnéticas• Equipos de resonancia magnética para estudios médicos• Micrófonos• Aviones• Cámaras digitales• Celulares• Equipos de ecografía• Osciloscopios• Espectrómetros de masas• Módems• Tomógrafos• Mamógrafos

Cierre ACTIVIDAD 5SD1-B2

En equipo de cuatro integrantes, realicen lo que se les solicita. Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la guía de observación, para evaluar el trabajo en equipo, que se presenta al final del bloque.

I. Resuelvan los siguientes ejercicios. Es importante que anoten las fórmulas, el procedimiento y la eliminación de unidades correspondientes.

1. Calculen el tiempo necesario para efectuar una variación de 6 x 10-4 Wb en el flujo magnético, al desplazarse una bobina de 500 vueltas entre los polos de un imán en forma de herradura, el cual genera una fem media inducida de 20 V.

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66 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

2. Un conductor rectilíneo de 12 cm de longitud se mueve en forma perpendicular a un campo de inducción magnética igual a 0.27 T con una velocidad de 4 x 103 m/s. Determinen la magnitud de la fem media inducida.

3. Calcular el valor de la velocidad con la que se mueve un alambre de 15 cm perpendicularmente a un campo cuya inducción magnética es de 0.35 T al producirse una fem media inducida de 0.5 V.

II. Investiguen en internet o fuentes recomendadas por su maestro, como realizar un experimento sencillo sobre el fenómeno de inducción electromagnética.

Este experimento será desarrollado en el aula y comentarán como se manifestaron en éste las leyes de Faraday y Lenz, analizadas en el presente bloque.

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 6767

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Secuencia didáctica 2CIRCUITOS RCInicio

ACTIVIDAD 1SD2-B2

De manera individual responde los siguientes cuestionamientos.

1. Menciona y describe los elementos principales de un circuito eléctrico.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________2. Define corriente eléctrica.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. ¿Qué es un condensador?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________4. Menciona que nos permiten calcular la primera y segunda Ley de Kirchhoff.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Intensidad de corriente eléctrica (I).La corriente eléctrica se define como la tasa de flujo de carga, que pasa por un determinado punto de un circuito eléctrico. Básicamente existen dos tipos de corriente eléctrica:• Continua o directa.• Alterna.

Desarrollo

Corriente continua o directa (CC o CD).Es aquella, cuyas cargas eléctricas o electrones siempre fluyen en el mismo sentido en un circuito cerrado, su tensión o voltaje se mantiene fijo tanto en magnitud como en polaridad.

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68 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

La dirección del flujo siempre es del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (fem), como suele observarse en dinamos y baterías.

La mayoría de los dispositivos electrónicos que empleamos cotidianamente (ordenadores, tablets teléfonos móviles, entre otros), funcionan a base de esta corriente.

Corriente alterna (CA).Es aquella en la que la intensidad de corriente cambia de dirección periódicamente en un conductor, como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conductor.

La mayoría de los motores eléctricos (grandes consumidores de electricidad), utilizan corriente alterna. A nivel mundial este tipo de corriente, es actualmente la forma imperante en la generación de energía, transporte y distribución de electricidad

A continuación se presenta de manera gráfica la diferencia entre estos tipos de corrientes.

¿Qué es un condensador o capacitor?Es un dispositivo utilizado en un circuito eléctrico para almacenar carga y energía.Un capacitor tiene muchas aplicaciones, por ejemplo, algunos automóviles vienen equipados con un dispositivo mediante el cual los limpiaparabrisas lo utilizan de manera intermitente durante una llovizna ligera. En este modo de operación los limpiadores permanecen apagados durante un rato y luego se encienden brevemente. La duración del ciclo encendido/apagado es determinada por la constante de tiempo de una combinación resistor-capacitor.

En la siguiente imagen se muestra el símbolo del condensador de los circuitos eléctricos

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 6969

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Son circuitos simples de corriente continua, compuesto de una resistencia (R) y un condensador (C), alimentados por una fuente eléctrica.

En un circuito RC cuando se conecta un condensador descargado a una fuente de voltaje constante, éste no se carga instantáneamente, sino que adquiere cierta carga que varía con el tiempo. La intensidad de corriente, depende de los valores de la capacitancia (C) del condensador y de la resistencia (R) del circuito.

Al producto RC se le llama constante de tiempo (τ) y se define como el tiempo necesario para que la carga del condensador alcance un 63% como máximo. La expresión matemática se presenta a continuación.

τ = RC

DondeR= resistencia expresada en ohm (Ω)C = capacitancia se mide en Faraday (F)τ = constante de tiempo se mide en segundos (s).

Ejemplo:Un condensador de 5µFinicialmente descargado, se conecta en serie a una resistencia de 5.3X105 Ω y a una fuente de 15 V. Determina la constante de tiempo (τ) del circuito.

Fórmula Sustitución

= RC = (5.3 x 10 5 ) (5 x 10-6 F) = 2.65 s

Datos

C = 5 F = 5 x 10 -6 F R = 5.3 x 10 5 V = 15 V

=?

Por razones prácticas un condensador se considera totalmente cargado después de un periodo de tiempo igual a cinco veces la constante de tiempo (τ).

Carga del condensador.En un circuito RC simple, el condensador esta inicialmente descargado. Al cerrar el interruptor se observara un paso de corriente y entonces empezará a cargarse el condensador, de manera que una vez alcanzada la carga máxima, la corriente en el circuito es cero.

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70 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Al cerrar el interruptor (t = 0), el voltaje del condensador (Vc) es cero por estar descargado y el voltaje en la resistencia (VR) será igual al voltaje (V) de la fuente (de acuerdo a la segunda ley de Kirchhoff).

En ese instante, la corriente inicial (I) a través de la resistencia será VR/R = V/R (Ley de Ohm).

A medida que el condensador se carga, su voltaje VC aumenta y el voltaje VR en la resistencia disminuye, lo anterior debido a una disminución en la corriente del circuito. La suma de estos dos voltajes es una constante y será igual al voltaje de la fuente:

V = VC + VR

Después de un tiempo prolongado, el condensador se cargará completamente, la corriente disminuirá hasta cero y el voltaje en la resistencia también será cero. En ese instante, el voltaje en el condensador (Vc) será igual al voltaje de la fuente, es decir, Vc = V.

Después de cierto tiempo de cerrar el interruptor, los voltajes respectivos en la resistencia y en el condensador, estarán dados por:

VR = IR yVc = Q / C

Utilizando la segunda ley de Kirchhoff y las expresiones anteriores, tenemos:

Despejando la intensidad de corriente I de la expresión anterior:

En el instante t = 0, cuando se cierra inicialmente el interruptor, el condensador esta descargado y, por lo tanto, Q = 0. Sustituyendo Q = 0 en la anterior expresión:

Si el condensador no estuviera en el circuito, el último término de la ecuación: I = V/R – Q/RC, no existiría, entonces la corriente I sería constante e igual a V/R. Conforme la carga Q aumenta, el término/RC crece y la carga del condensador tiende a su valor final (Qf). La corriente disminuye y termina por desaparecer (I = 0), en este momento la ecuación V/R = Qf/RC, se reduce a Qf= CV, con esto nos damos cuenta que la carga final Qf no depende del valor de la resistencia R.

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 7171

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Mediante cálculos se pueden deducir expresiones generales de la carga Q y la corriente I en función del tiempo, para circuitos RC en carga. Resultando las siguientes formulas:

La representación gráfica correspondiente a la corriente y a la carga en el condensador son las siguientes:

Ejemplo:Un condensador de 6 µF, está inicialmente conectado a una fuente de 100 V. Si este se une a una resistencia de 500 Ω. Determinar:a) ¿Cuál es la carga inicial del condensador?b) ¿Cuál es la intensidad de corriente en el instante después de que se conecte el condensador a la resistencia?c) ¿Cuál es la constante de tiempo en este circuito?

C = _Q_ V

Q = CV

C = 6 F = 6 x 10-6 F V = 100 V R = 500 Q =?

I = _V_ R 500

Q = (6 x 10-6 F) (100 V)

Q = 600 c

I = _100 V_ = 0.2 Ampere

= RC = (500 ) (6 x 10-6 F) = 3 x 10-3 s

Datos: Fórmula Sustitución

Descarga del condensadorEl condensador está cargado inicialmente con una carga Q. Cuando el interruptor s está abierto, el voltaje en el condensador es: Vc = Q/C y no hay corriente circulando por el circuito, como se observa en la siguiente figura.

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72 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Al cerrar el interruptor s, se inicia el proceso de descarga del condensador a través de la resistencia R, la corriente del circuito aumenta y el voltaje en el condensador disminuye proporcionalmente a su carga, como se muestra en la figura siguiente.

Durante el proceso de descarga, los valores en función del tiempo para la corriente del circuito y el voltaje del condensador son, respectivamente:

R I = - Vo e–t /RC Vc = Vo e –t/ RC

En equipo de tres integrantes resuelvan los siguientes ejercicios de reforzamiento, anotando el procedimiento y eliminación de unidades correspondiente.Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1.Un condensador de 1.6 µF, inicialmente descargado se conecta en serie a una resistencia de 10 KΩ y a una batería de 5 V. Determinar la carga del condensador después de un tiempo prolongado.

ACTIVIDAD 2SD2-B2

Cierre

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 7373

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

2. Calcular la constante de tiempo para un circuito de corriente continua en serie, que contiene un condensador de 4 μF, conectado a una resistencia de 5000 Ω y a una batería de 12 V.

3. El siguiente circuito está constituido por una resistencia y un capacitor. Si a este circuito se le aplica la fem de un generador de corriente continua a través del interruptor S.Calcular:a) La constante de tiempo RCb) La caída de tensión en el condensador para los tiempos t=RC; t=2RC; t=3RC y t=5RC

4. El Condensador C del siguiente circuito ha sido cargado previamente a una diferencia de potencial de 5V, como se muestra en la siguiente figura.

R = 2,2KΩC = 10μF

Calcular:a) ¿Cuál será la diferencia de potencial final del condensador?b) ¿Cuánto tiempo tardará en adquirir, prácticamente toda la carga?

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74 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

5. Calcular cuánto tiempo deberá transcurrir, para que el condensador del circuito del problema anterior, alcance una tensión de 10V.

6. Una bobina consta de 200 vueltas de alambre y tiene una resistencia total de 2 Ω. Cada vuelta es un cuadrado de 18 cm de lado y se activa un campo magnético uniforme perpendicular al plano de la bobina. Si el campo cambia linealmente de 0 a 0.5 t es la en 0.8 seg. ¿Cuál es la magnitud de la fem inducida en la bobina, mientras está cambiando el campo?

ACTIVIDAD INTEGRADORA

En equipo de cuatro integrantes, diseñen un prototipo de alguno de los siguientes dispositivos:• Motor eléctrico• Transformador• Generador eléctrico

Es importante que para la elaboración del prototipo, revisen la rúbrica que se presenta al final del bloque.

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 7575

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

De manera individual, contesta los siguientes cuestionamientos.

1. ¿De qué depende la magnitud de la fuerza ejercida por un imán?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________2. ¿Qué ventajas tiene un electroimán con respecto a los imanes naturales?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. Describe detalladamente el proceso de rectificación o conversión de corriente alterna a corriente continua.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________4. Describe detalladamente el funcionamiento de un desfibrilador y explica en qué situaciones se recomienda su uso.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

REACTIVOS DE CIERRE

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76 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA

Asignatura N° Serie: Equipo o alumno:

Parcial: Fecha entrega: Calificación:

CRITERIOS EXCELENTE ( 5) REGULAR (3) INSUFICIENTE (0)

Datos del problema

En todos los casos los datos están correctamente identificados y determinado su significado.

En todos los casos los datos están correctamente identificados pero no siempre está determinado su significado.

En ninguno de los casos, los datos están correctamente identificados.

Comprensión de los problemas planteados

La resolución de todos los problemas incluye explicaciones para facilitar la lectura y comprensión. Presentan los procedimientos y eliminación de unidades correspondientes.

La resolución de casi todos los problemas incluye explicaciones para facilitar la lectura y comprensión. Presentan la mayoría de los procedimientos y eliminación de unidades correspondientes.

La resolución de la mayoría de los problemas no incluye explicaciones, por lo que no se facilita la lectura y comprensión. No Presentan procedimientos ni eliminación de unidades.

ResultadosLos resultados de todos los problemas planteados son totalmente correctos.

Los resultados de todos los problemas planteados son correctos, con pequeños errores.

Se cometieron demasiados errores, por lo que la mayoría de los problemas son incorrectos.

EntregaLa serie se entregó en tiempo y forma. Se observa limpieza.

La serie se entregó en tiempo y forma. Se observa poca limpieza.

La serie no se entregó ni en tiempo ni en forma.

Total

RÚBRICA PARA EVALUAR LAS SERIES DE EJERCICIOS

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 7777

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

GUÍA DE OBSERVACIÓN PARA EVALUAR EL TRABAJO EN EQUIPO

Bloque Nombre de la secuencia

Actividad Grupo

Instrucciones:

Con el presente instrumento de evaluación se valorará la competencia:

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

Atributos:

8.1 Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

Lee detenidamente antes de iniciar las actividades en el grupo de trabajo, lean íntegramente esta guía de observación.

Para cada uno de tus compañeros de equipo, marca con una X, los aspectos que valores en cada uno de tus compañeros con base a la siguiente escala:

E= Excelente B= Bien NM=Necesita mejorar

Nombre estudiante Escucha con respeto a sus compañeros.

Se muestra tolerante ante los puntos de vista de sus compañeros.

Su participación demuestra conocimientos y habilidades para la solución del problema.

Contribuye para que la participación de los integrantes del grupo se dé en un clima de respeto.

Integrante E B NM E B NM E B NM E B NMIntegrante 1

Integrante 2

Integrante 3

Escala

Predomina las E: El estudiante desarrolló los atributos

Predomina las B: El estudiante está en proceso de desarrollo de los atributos

Predomina las NM: El estudiante aún no desarrolla los atributos

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78 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA

Asignatura Nombre del Prototipo: Equipo:

Maestro: Fecha entrega: Calificación:

CRITERIOS EXCELENTE ( 5) BUENO (3) REGULAR (1)

Originalidad

Muestra creatividad en el diseño seleccionado. Se observa limpieza y orden en su elaboración El prototipo no atenta contra la seguridad personal ni material.

Muestra poca creatividad en el diseño seleccionado. Se observa limpieza y orden en su elaboración.

El prototipo no atenta contra la seguridad personal ni material.

No muestra creatividad en el diseño seleccionado. Tampoco se observa limpieza y orden en su elaboración.

Recursos materiales

Atiende la instrucción del docente al utilizar materiales económicos, reutilizables y de fácil adquisición.

Los materiales utilizados son seguros para la fabricación del prototipo.

Utiliza materiales económicos y de fácil adquisición aunque no sean reutilizables.

Los materiales son seguros para su uso.

Utiliza materiales de fácil adquisición no se preocupa por el costo ni el reciclaje.

Explica el diseño del prototipo

(relación de conceptos)

Presenta ideas claras sobre el diseño del prototipo, logrando explicar el fenómeno físico que se presenta.

Muestra el diagrama del prototipo.

Muestra las características del prototipo.

El diseño es sencillo, explica de manera clara y sencilla el fenómeno que se pretende explicar.

Presenta ideas claras sobre el diseño del prototipo, logrando explicar el fenómeno físico que se presenta.

Presenta el diagrama del prototipo.

Muestra las características del prototipo.

El diseño es sencillo, aunque no explica de manera clara el fenómeno que se pretende explicar.

Presenta ideas vagas sobre el diseño del prototipo, por lo que no logra explicar con claridad el fenómeno físico que se presenta.

No muestra el diagrama del prototipo.

No muestra las características del prototipo.

Calidad en la presentación

El prototipo muestra buena organización general.

El tamaño es muy apropiado para su uso y manejo.

Los materiales utilizados favorecen la calidad de presentación.

El prototipo muestra una regular organización en general. El tamaño es aceptable para su uso y manejo.

La mayoría de los materiales utilizados favorecen la presentación. Algunos de los materiales no son reutilizables o económicos.

El prototipo no muestra calidad en su presentación, ya que el tamaño no es apropiado para su uso y manejo; además de no respetar las recomendaciones para su diseño.

Trabaja en equipo

Muestra respeto y tolerancia hacia sus compañeros, apoya otras opiniones. Retroalimenta a sus compañeros cuando es necesario.

Entrega el prototipo en tiempo y forma como les fue solicitado.

Muestra respeto y tolerancia hacia sus compañeros, apoya otras opiniones, no retroalimenta a sus compañeros

Entrega el prototipo en tiempo y forma como les fue solicitado.

No muestra el debido respeto y tolerancia hacia sus compañeros.

No retroalimenta a sus compañeros cuando es necesario.

No entrega el prototipo en tiempo y forma.

Total

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Describe fenómenos electromagnéticosBLOQUE 2 7979

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Alumno: ______________________________________________________

Asignatura: __________________________________ Entrega: _________

Criterio/Puntuación 4 3 2 1 Puntos

Portada

Incluye nombre y logo de la Institución, curso, nombre del maestro y alumno, título de portafolio, fecha y lugar.

Falta un elemento en la presentación del trabajo

Faltan dos elementos en la presentación del trabajo.

Carece de tres o más elementos para la correcta presentación del trabajo

Introducción

Detalla de manera personal u original el aprendizaje obtenido y la razón por la cual se estructuran de esa forma las evidencias.

Detalla parcialmente de manera personal el aprendizaje obtenido y la razón por la cual se estructuran de esa forma las evidencias. Del portafolio.

La introducción no es congruente con las evidencias presentadas, además no menciona acerca de la estructura de las evidencias presentadas en el portafolio.

No presenta introducción o presenta ideas irrelevantes a cerca de las evidencias que integran el portafolio.

Evidencias de aprendizaje

Incluye todos los tipos de evidencias solicitadas.

Las evidencias demuestran los avances en los aprendizajes esperados.

Incluye la mayoría de las evidencias solicitadas. Sin embargo no todas las evidencias demuestran claramente el avance en los aprendizajes esperados.

Incluye algunas de las evidencias solicitadas.

Estas evidencias demuestran mínimamente el avance en los aprendizajes esperados.

Incluye sólo uno o ninguna de las evidencias solicitadas, sin demostrar avance en los aprendizajes.

Organización

Todas las evidencias de aprendizaje están correctamente presentadas: constan de encabezado, son claros y limpios.

A las evidencias de aprendizaje les falta algún elemento de la presentación.

A las evidencias de aprendizaje les faltan más de dos elementos de la presentación.

Las evidencias de aprendizaje solo tienen un elemento o ninguno de la presentación.

OrtografíaEl portafolio de evidencias está elaborado sin errores ortográficos.

Se observan hasta cinco errores ortográficos.

Se observan de 6 a 10 errores ortográficos en el portafolio

Se observan más de 10 errores ortográficos.

Conclusión

Presenta una conclusión personal e integral de manera detallada acerca del producto realizado, el aprendizaje e importancia de este para su vida cotidiana.

Presenta una conclusión personal de manera general acerca del producto realizado y lo que aprendió.

Presenta una conclusión personal de manera general acerca del producto realizado.

Presenta ideas o puntos generales acerca de su aprendizaje.

EntregaEntrega el portafolio de evidencias en el formato solicitado el día y la hora acordada.

Entrega el portafolio de evidencias en el formato solicitado el día acordado.

Entrega el portafolio de evidencias en un formato diferente al solicitado el día acordado.

Entrega el portafolio de evidencias en un formato diferente al solicitado el día acordado.

Total

Rangos 28-22 21-15 14-8 7-0Puntaje 40 30 20 10

RÚBRICA PARA EVALUAR EL PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

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80 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

FORMULARIO

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Analiza fenómenos relacionados al comportamiento y naturaleza de la luz, óptica, ondas mecánicas y acústicas, que le permita aplicar en su vida diaria.

Tiempo asignado: 20 horas

Ondas mecánicas. Acústica. Óptica, fenómenos y naturaleza de la luz.

Observa y relaciona los fenómenos naturales del comportamiento de la luz en su entorno.

Demuestra principios científicos, hechos o fenómenos relacionados con la óptica por medio de prácticas experimentales.

Utiliza las TIC como una herramienta que le permita indagar, seleccionar y clasificar conceptos sobre el estudio de las ondas mecánicas para su formación académica.

Confronta las ideas preconcebidas acerca de la mecánica ondulatoria para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

Desempeño del estudianteal finalizar el bloque Objetos de aprendizaje Competencias a desarrollar

Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3

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82 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA

Responde individualmente los siguientes cuestionamientos

1. ¿Qué entiendes por ondas?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2. Menciona y describe dos ejemplos de ondas que has observado en tu entorno.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3. ¿Qué características presentan las ondas observadas en tu entorno?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4. Describe con tus palabras a que se refieren los conceptos de reflexión y refracción de las ondas.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5. ¿Qué es el espectro electromagnético?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________6. ¿Por qué crees que podemos ver los objetos?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Al concluir el presente bloque demostrarás y explicarás los fenómenos ondulatorios presentes en tu entorno, a partir del desarrollo de una actividad experimental sobre ondas superficiales o bidimensionales.

PROYECTO INTEGRADOR

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 8383

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

7. ¿Cuál es la rapidez de propagación de la luz?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________8. Anota a través de qué medio (s), se propaga el sonido______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________9. Describe como se genera el efecto Doppler.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________10. ¿Cuál es la diferencia entre un espejo y una lente?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Secuencia didáctica 1ONDAS MECÁNICASInicio

Responde individualmente los siguientes cuestionamientos.

1. ¿Cómo se forma una onda? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2. ¿A través de qué medios se propagan las ondas?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3. ¿Qué es una onda mecánica?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4. Describe un ejemplo en el que muestres que las ondas transportan energía, pero no materia.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 1SD1-B3

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84 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

¿Qué es una onda?Es una perturbación que se propagan oscilando periódicamente, a través de un medio material deformable (elástico) o en el vacío.

Aunque su definición no nos resulta tan familiar, cotidianamente interaccionamos con las ondas al percibir fenómenos como la luz, el sonido, las olas del mar, el movimiento de un cuerda, las señales de radio y telefonía celular, entre otros.

Formación de una onda.Una onda se forma cuando una perturbación, produce un impacto en una determinada partícula del medio, a esta zona se le denomina foco de la onda y a partir de allí, se genera la oscilación periódica o movimiento ondulatorio, en todas las direcciones, por las que se extiende a partir del foco, siempre y cuando se conserven las mismas características físico- químicas.

De acuerdo a lo antes descrito, podemos darnos cuenta que una onda transporta energía, pero no materia, ya que las partículas solo vibran, alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

Desarrollo

Vibración: es una oscilación o movimiento repetitivo de vaivén respecto a una posición equilibrio.

GLOSARIO Las ondas se clasifican de acuerdo los criterios que a continuación se describen:

Medio de propagación.Ondas mecánicas: son aquellas ondas que viajan de un lugar a otro a través de un medio deformable o elástico, originando una perturbación temporal en este medio, sin que este se transporte de un lugar a otro. Esta perturbación ocasiona cambios en la posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas

Son ejemplo de este tipo de ondas el sonido, una onda sísmica, una ola, la onda de una cuerda, entre otras.

Ondas electromagnéticas: son aquellas ondas que no necesitan de un medio material para propagarse, pues se difunden aún en el vacío, como por ejemplo la luz visible, rayos X, rayos infrarrojos, rayos ultravioletas, ondas de radio, microondas, entre otras.

Dirección de propagaciónOndas unidimensionales: son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones, como por ejemplo las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en el agua.Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 8585

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Un esquema representativo de este tipo de ondas, se presenta enseguida.

Movimiento de las partículas del medio material Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio se mueven o vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, las ondas sonoras y las ondas de un resorte.Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, las olas del mar y las ondas que se propagan en una cuerda.

En el siguiente esquema se muestra la dirección de propagación de este tipo de ondas.

En función de su periodicidadOndas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal.Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes.

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86 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

La siguiente figura el tipo de ondas antes descritas.

A continuación solamente nos abocaremos a analizar fenómenos y resolver actividades correspondientes a las ondas mecánicas. Para ello, primeramente ampliaremos su definición. Una onda mecánica es una representación de la propagación de una vibración o perturbación inicial, entre las moléculas que constituyen a los medios elásticos. Una vez que se ha originado el foco en una partícula determinada, ésta pierde su posición de equilibrio y se aleja de las partículas con las que estaba unida elásticamente. No obstante, las fuerzas existentes entre estas provocarán, que dicha partícula intente recuperar su posición original, a través de fuerzas de restitución, que originarán un movimiento vibratorio en la partícula, la cual también inmediatamente transmitirá vibración a las partículas cercanas y posteriormente a las más lejanas (Pérez, 2014).

Anteriormente, mencionamos que las ondas producidas en un resorte son un claro ejemplo de ondas mecánicas. Cuando las partículas de estos cuerpos vibran de forma paralela a la dirección de la onda, se forman ondas longitudinales, caracterizadas por oscilar de abajo hacia arriba, como se muestra en la figura siguiente:

Las ondas de dilatación (o expansión) y compresión producidas a lo largo del

resorte, al comportarse como un oscilador armónico, hacen que

las partículas vibren de un lado hacía el otro (o de arriba y hacia abajo) en la misma dirección en

la cual se propaga la onda.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 8787

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

El comportamiento antes descrito, se debe a que las fuerzas de restitución del resorte, tienden a recuperar la posición de equilibrio, pero debido a la velocidad de su desplazamiento, siguen moviéndose por inercia, generándose compresiones y expansiones continuamente. En estas condiciones el resorte es un generador de ondas longitudinales, ya que las partículas de aire cercanas a este oscilarán en la misma dirección de propagación de las ondas, como se muestra en la siguiente figura.

También los resortes, al igual que las cuerdas y superficies de líquidos forman ondas transversales, debido a que sus partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, como se muestra a continuación.

El esquema siguiente corresponde a ondas de tipo transversal, producida al arrojar una piedra a un estanque.

Cuando la piedra se introduce en el agua, las moléculas se empujan entre sí formándose prominencias y depresiones circulares alrededor de la piedra. Como se puede observar, el movimiento de estas ondas es igual al presentado en la figura donde anteriormente, se definió a las ondas transversales.

Las ondas mecánicas presentan fenómenos conocidos como pulso, tren de ondas, frente de onda y rayo o vector de propagación. A continuación describiremos cada uno de ellos.

El movimiento de cualquier objeto material en un medio (aire, agua, etc.), es una fuente de propagación de ondas, ya que éste al moverse perturba el medio que lo rodea, originando los fenómenos conocidos como pulso o tren de ondas.

Cuando se propaga un impulso único o una sola vibración en el extremo de un cuerpo tenso, como por ejemplo una cuerda o un resorte, se origina en estos, un tipo de onda llamada pulso. Las partículas oscilan una sola vez al trasladarse el pulso, transmiten energía y vuelven a su estado inicial, es decir, sólo se presentan en un tiempo en cada lugar del espacio. No obstante, si las vibraciones que se aplican al extremo del cuerpo tenso, se presentan de manera continua, se forma un tren de ondas que se desplazará a lo largo del cuerpo.

Un frente de onda es el lugar geométrico que une todos los puntos que, en un instante dado, se encuentran en idéntico estado de vibración, es decir, tienen igual fase.

El rayo o vector de propagación, es la línea que señala la dirección en que se desplaza cualquiera de los puntos de un frente de onda. Cuando el medio en que se propaga la onda es homogéneo, la dirección de los rayos siempre es perpendicular.

En el siguiente esquema se muestran estos dos últimos fenómenos descritos.

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88 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Cada círculo representa un frente de onda formado por todos los puntos que se encuentran en la misma fase del movimiento, ya sea una cresta o un valle. El rayo señala la dirección de cualquiera de los puntos de un frente de onda.

Cálculos sobre el período de vibración y la velocidad en ondas mecánicas.Para calcular el período de vibración de un resorte, se utiliza la siguiente ecuación:

Donde:

T = Es el período de oscilación del resorte (seg).m = Es la masa del cuerpo suspendido en el extremo del resorte (kg).k = Es la constante de restitución del resorte (N/m).

Ejercicio: calcula el período de vibración de un resorte que oscila con un cuerpo suspendido en su extremo inferior y cuya masa es de 100 g. La constante de restitución (k) del resorte es de 2.5 N/m.

m T = 2 k

Fórmula Sustitución Resultado

m T = 2 T = 2 0.1 kg T = 1.26 s k 2.5 N/m

Datos

T =? m = 100 g = 0.1 kg

k = 2.5 N/m

Para calcular la velocidad con la que se transmite una onda en una cuerda, se utiliza la siguiente ecuación:DondeV = Es la velocidad con la que se transmite la onda.FT = Es la fuerza aplicada para producir la onda.µ = Es la densidad lineal de la masa (masa por unidad de longitud, medida en kg/m).

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 8989

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Ejercicio: calcular la magnitud de la velocidad con la que se propaga una onda a lo largo de una cuerda de 3m de largo, cuando tiene suspendida una masa de 500 g y se le aplica una fuerza de 24 N.

Fórmula Sustitución Resultado

V = 24 N _ (0.5 kg) (3m )

Datos

L = 3m m = 500 g = 0.5 kg F = 24 N

V= 12 m/s

Características de las ondas.Todos los tipos de ondas ya sean transversales o longitudinales presentan las características que se esquematizan a continuación.

Te recomendamos que leas estas características analizando el esquema, ya que te será más fácil identificarlas y comprenderlas.

Ciclo u oscilación: es el recorrido de cada partícula desde que inicia una vibración hasta que vuelve a la posición inicial (m).Línea de equilibrio: es la línea que indica la posición de equilibrio o punto medio de vibración.Cresta: este elemento es el punto de máxima elongación o amplitud de una onda. Es el punto que se encuentra más separado de la posición de equilibrio.Valle: es el punto más alejado de la posición de equilibrio de una onda, pero en el lado opuesto al lugar donde se ubican las crestas.Amplitud: es la distancia máxima de una partícula a su posición de equilibrio o elongación máxima (m). Período (T): es el tiempo que tarda una partícula en efectuar una vibración completa, el período se mide en segundos (T=1/F)Frecuencia (F): es el número de ondas que pasan por un punto en una unidad de tiempo. La unidad de frecuencia en el sistema internacional de unidades es el Hertz (Hz) y es el inverso del período (F = 1/T).Elongación: es la distancia perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio. Nodo: es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.Longitud de onda: es la distancia que hay entre dos crestas sucesivas o entre dos puntos de la onda que están en la misma fase o elongación. La longitud de onda se mide en metros.Fase: es la fracción del período transcurrido desde que la partícula pasó por la línea de equilibrio moviéndose en sentido positivo.Velocidad de onda (V): es el espacio recorrido por una onda en unidad de tiempo (m/s).

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90 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

ACTIVIDAD 2SD1-B3

Después de analizar la información sobre la clasificación y características de las ondas, así como la de cálculos en ondas mecánica, realiza individualmente los siguientes cuestionamientos.

1. Marca con una X el tipo de ondas al que pertenecen los ejemplos de perturbaciones que se te presentan en la siguiente tabla.

TIPO DE ONDASEjemplos Transversales Longitudinales Mecánicas Electromagnéticas

Ondas sísmicas POndas sísmicas S

Ondas de una cuerda

Ondas de rayos X

Ondas sonoras

Ondas formadas en un estanque

Ondas luminosasOndas en un muelle

Ondas de radio y TV

Microondas

2. Analiza la siguiente gráfica que muestra la propagación de una onda, cuyo período es de 8 segundos.

Con base a esta gráfica, determina:a) Elongación en los puntos A, B y Cb) Amplitudc) Longitud de ondad) Frecuencia

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 9191

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

3. Resuelve los siguientes ejercicios, anotando el procedimiento correspondiente.

a) Un cable que tiene una masa de 3 kg, una longitud de 30 m y está sometido por sus extremos a una tensión de 40 N. Si se produce una onda en uno de sus extremos. ¿Cuánto tiempo tardará la onda en llegar al otro extremo?

b) Un cuerpo que pesa 20 N se suspende de un resorte y lo estira 5 cm a partir de su posición de equilibrio. Si se quita el cuerpo y en su lugar se cuelga un bloque con una masa de 1 kg, el resorte comienza a oscilar, ¿Cuál es el periodo de oscilación del bloque?

c) Calcular la velocidad con que una onda se propaga a lo largo de una cuerda de 4.5 m de largo y que tiene suspendida una masa de 850 g si se le aplica una fuerza de 27 N.

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92 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Velocidad de propagación de una onda.La rapidez o magnitud de la velocidad de propagación de una onda, depende de la elasticidad y densidad del medio. En un medio elástico y de baja densidad, la rapidez de propagación es significativamente mayor.

Esta magnitud es constante en cada medio, lo cual significa que cuando una onda de mayor frecuencia incide en estos, el valor de su longitud de onda debe disminuir, de tal manera que el producto de λ. f se mantenga invariable.

La velocidad de propagación, se calcula a partir de la siguiente ecuación:

V = λ . f

Donde:

V = Velocidad de la onda (m/s)λ = Longitud de onda (m)f = Frecuencia de la onda (Hertz)

Ejercicio: una onda de 100 Hz de frecuencia tiene una longitud de onda de 11 m. Determinar la velocidad de propagación de la onda.

Fórmula

V = .F

Sustitución

V = (11m) (100Hz)

Resultado

V= 1100 m/s

Datos

F = 100 Hz (1/seg) = 11 m

V =?

Ejercicio: una onda de 12 m de longitud se propaga con una velocidad de 6 m/s. Determinar su período y su frecuencia

Datos Fórmula Resultado

= 12 m V = T=

Sustitución

T= 12 m T V 6 m/s

F =? T=? F= = 1 1 F= 0.5 Hz

seg T F

2

V= 6 m/sT=2 seg

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 9393

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

En binas resuelvan los siguientes ejercicios de reforzamiento, anotando el procedimiento y eliminación de unidades correspondiente.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. La nota musical tiene una frecuencia de 440 Hz. Si esta se propaga en el aire y en el agua con una velocidad de 340 m/s y 1400 m/s respectivamente, ¿cuál será la longitud de onda de la nota musical en cada uno de estos medios?

2. Un foco genera ondas de 2 mm de amplitud con una frecuencia de 250 Hz, en un medio cuya velocidad es de 250 m/s. Determinar el periodo y la longitud de onda de estas perturbaciones.

3. Una cuerda de guitarra de 1 m de longitud fija por ambos extremos, vibra con una longitud de onda de 2/3 de metro. Si la velocidad de las ondas en la cuerda es de 660 m/s, determinar la frecuencia con la que vibra la cuerda.

ACTIVIDAD 3SD1-B3

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94 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Fenómenos ondulatorios.Cuando hablamos de fenómenos ondulatorios, hacemos referencia a los efectos y propiedades de la materia o cuerpos que se propagan en forma de onda. Estos fenómenos se presentan espontáneamente en nuestro entorno, gracias a ellos, nos llegan las ondas sonoras, percibimos la luz, entre otra información que recibimos y utilizamos diariamente. A continuación abordaremos cada uno de los fenómenos ondulatorios presentes en nuestro entorno.

FENÓMENO DESCRIPCIÓN ESQUEMA

Reflexión Se presenta cuando una onda choca con la superficie de un medio que no puede ni absorberla ni transmitirla. Se cumple que los ángulos de incidencia y reflexión son idénticos.

Refracción

Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Se debe a la diferencia en la velocidad de propagación de la onda en ambos medios. Cada medio está caracterizado por un índice de refracción.

Difracción

Es la propiedad que tienen las ondas de rodear los obstáculos en determinadas condiciones. Cuando una onda llega a un obstáculo (abertura o punto material) de dimensiones similares a su longitud de onda, ésta se convierte en un nuevo foco emisor de la onda.

Cuanto más parecida es la longitud de onda al obstáculo mayor es el fenómeno de difracción.

Interferencia

Este fenómeno resulta de la superposición de dos o más ondas. Puede ser constructiva o destructiva.La primera se presenta al superponerse dos movimientos ondulatorios de la misma frecuencia y longitud de onda, que llevan el mismo sentido.La última se manifiesta cuando se superponen dos movimientos ondulatorios con una diferencia de fase, por ejemplo al superponerse una cresta y un valle de diferente amplitud con una diferencia de fase igual a media longitud de onda.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 9595

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

En equipo de tres integrantes resuelvan los siguientes ejercicios de reforzamiento, anotando el procedimiento y eliminación de unidades correspondiente.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1.Un barco envía una onda sonora a través de un sistema de sonar hacia el fondo del océano, donde se refleja y se regresa. Si el viaje redondo es de 0.6 s, ¿Cuál es la profundidad del océano? Considera que la rapidez del sonido en el agua marina es de aproximadamente 1489 m/s.

2. Una balsa de madera en el extremo de una línea pesquera, completa 8 oscilaciones en 10 segundos. Si se requiere 3.6 segundos para que una sola onda recorra 11 metros, ¿cuál es la longitud de las ondas que se encuentran en el agua?

3. Una onda longitudinal tiene una frecuencia de 200 Hz y una longitud de onda de 4.2 m. ¿Cuál es la rapidez de la onda?

ACTIVIDAD 4SD1-B3

Cierre

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96 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

4. Un oscilador armónico tiene una masa de 800 gr y un resorte ideal de con k = 180 N/m. Determinar: a) El período.b) La frecuencia.

5. Un cuerpo de masa desconocida se une a un resorte ideal con constante de fuerza de 140 N/m. Si el cuerpo vibra con una frecuencia de 8 Hz. Calcular: a) El período.b) La masa del cuerpo.

6. Una masa de 800 gr se sujeta a un resorte. Si el sistema vibra con una frecuencia natural de 5 Hz y presenta una amplitud de 6.0 cm. Determinar:a) La constante de resorte. b) La velocidad máxima de la masa.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 9797

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Secuencia didáctica 2ÓPTICA: FENÓMENOS Y NATURALEZA DE LA LUZInicio

De manera individual, responde los siguientes cuestionamientos.

1. ¿Qué estudia la óptica?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________2. Enumera tres fenómenos relacionados con la luz.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. ¿Cómo llegan los rayos del sol a la tierra?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________4. ¿Qué color tiene la luz?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________5. ¿Por qué y cómo se forma un arcoíris?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________6. ¿A qué velocidad se propaga la luz?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 1SD2-B3

¿Qué es la óptica? La óptica es la parte de la física que estudia la naturaleza de la luz, los fenómenos ópticos y las leyes que la fundamentan.

El campo de estudio de la óptica, se divide en tres ramas: • Óptica geométrica• Óptica física• Óptica electrónica

Desarrollo

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98 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

A continuación se presenta la descripción, fenómenos estudiados y un esquema representativo de cada una de estas ramas.

Rama Descripción Fenómenos estudiados Esquema

Óptica geométrica

Estudia fenómenos y elementos ópticos a través de líneas rectas y geometría plana.

Fotometría, reflexión y refracción.

Óptica física

Estudia y describe fenómenos ópticos, con base a la Teoría Ondulatoria de la Luz.

Dispersión, difracción, interferencia, polarización y fenómeno de la doble refracción

Óptica electrónica

Estudia fenómenos ópticos, aplicando principios de la Teoría Cuántica de la luz.

Espectros cuánticos de la luz.

Antes de profundizar más sobre estos temas, describiremos primeramente el concepto del fenómeno que estudia esta disciplina.

El término Luz, proviene del latín lux y se le suele definir como a continuación se menciona:

Es radiación electromagnética que se propaga en el vacío en forma de ondas.

Es una onda electromagnética o propagación de una perturbación que transmite energía, pero no materia, y se propaga en el vacío.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 9999

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Naturaleza de la luz.A continuación, se presenta una tabla con las diferentes teorías acerca de la naturaleza de la luz, desarrolladas a través del tiempo.

Época Teoría Científico Fundamento

Fines del siglo XVII y siglo XVIII

Corpuscular

Newton

La luz es un flujo de partículas pequeñísimas (corpúsculos), que se mueven en línea recta a gran velocidad a partir de una fuente emisora de luz.

Newton postulaba que debido al comportamiento de estas partículas, les era posible atravesar los cuerpos transparentes, permitiendo ver a través de ellos; mientras que en los cuerpos opacos, los corpúsculos rebotaban, por lo cual no se podía observar lo que había detrás de ellos.

Ondulatoria Huyghens

La luz representa en sí una onda que parte de la fuente de luz y se propaga con gran velocidad de un medio inmóvil elástico que cubre todo el universo y que se denomina éter espacial.

Principios del siglo XIX Ondulatoria

Young

Fresnel

A partir de los trabajos de Thomas Young, sobre las interferencias luminosas, y el físico francés Augeste Jean Fresnel, sobre la difracción, se demostró que esta teoría, explicaba la naturaleza de la luz de manera más convincente que la teoría corpuscular.

Mediados del siglo XIX

Sobre el Campo Electromagnético Maxwell

Demuestra que las ondas luminosas representan en sí ondas electromagnéticas.

Veinte años después Hendrich Hertz demuestra que las ondas hertzianas de origen electromagnético tienen las mismas propiedades que las ondas luminosas, estableciendo definitivamente la identidad de ambos fenómenos.

Electromagnética de la luz

Fiseau, Michelson y

Lebeded

Eliminaron el término “éter espacial”, como portador de las ondas luminosas, basadas en la teoría de Maxwell.

Principios del siglo XX Cuántica de la luz

Max Plank, Bohr y

Einstein

La luz representa en sí, un flujo de partículas luminosas, denominadas fotones.

Finales del siglo XX y principios del siglo XXI

Ondulatoria y Cuántica

Plank, Bohr Einstein y De

Broglie

Representan el doble carácter corpuscular-ondulatorio de la luz.

El que la luz se comporte como onda y partícula fue corroborado por el físico Luis de Broglie. Este científico señaló además, que los fotones tenían un movimiento ondulatorio, o sea que la luz tenía un comportamiento dual.

Adaptado de: Cubaeduca, Portal Educativo Cubano.

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100 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Las teorías propuestas por estos científicos han ido cambiando a través del tiempo, a medida que se han descubierto nuevas evidencias que permiten interpretar su comportamiento, como corpúsculo, onda, radiación electromagnética, cuanto o como la mecánica cuántica.

Pérez (2008), menciona que:La luz tiene una naturaleza dual, porque algunas veces se comporta como onda y en otras como partícula. En conclusión, la luz es una energía radiante transportada a través de fotones y transmitida en un campo ondulatorio.

Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia a partir del espectro electromagnético.

A continuación se presenta un esquema de este espectro y se describen brevemente cada una de las radiaciones que la componen.

Rayos gamma (γ): son emitidos a partir del núcleo atómico y se caracterizan por presentar las longitudes de onda más cortas y las frecuencias más altas conocidas. Son ondas de alta energía capaces de viajar a larga distancia a través del aire.

Rayos X: son emitidos por electrones del exterior del núcleo, poseen longitudes de onda más largas que los rayos gamma. Aunque tienen diversas aplicaciones en los campos científico, tecnológico e industrial, han sido de gran utilidad en la interpretación y seguimiento de diagnósticos médicos.

Radiación ultravioleta (UV): forma parte de la porción del espectro electromagnético ubicado entre los rayos X y la luz visible.

Luz visible o espectro visible: región del espectro electromagnético que el ojo humano puede percibir. La llongitud de onda va desde los 780 nanómetros de la luz roja a unos 380 nanómetros de la luz violeta.

Radiación infrarroja (IR) o Radiación Térmica: constituye la región del espectro que se localiza entre la luz visible y las microondas. La fuente natural más importante de radiación infrarroja es el sol.

Ondas radioeléctricas: se caracterizan por presentar longitudes de onda largas que varían de centímetros a miles de kilómetros de longitud. Estas ondas tienen aplicación en medios de comunicación, como la televisión, los teléfonos móviles y la radio.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 101101

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

De manera individual consulta fuentes de información recomendadas por tu maestro e investiga la aplicación o utilidad de las siguientes ondas electromagnéticas en nuestra vida diaria.

a) Ondas de radio

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b) Microondas

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__________________________________________________________________________________________

c) Infrarrojos

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

d) Rayos X__________________________________________________________________________________________

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__________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 2SD2-B3

Cuerpos luminosos: Emiten luz propia de manera natural o artificial, como por ejemplo el sol, las estrellas, la llama de un cerillo, entre otros.

Con relación a la luz, a los cuerpos se les clasifica como:

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102 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Cuerpos iluminados. Son los que no poseen luz propia y, por lo tanto, no se ven en la oscuridad, pero se hacen visibles al reflejar la luz que reciben de un cuerpo luminoso.

Estos cuerpos pueden ser:

Opacos: son los que no dejan pasar la luz y producen sombras definidas.

Translúcidos: dejan pasar la luz pero no permiten ver los objetos detrás de la luz, por lo que proyectan una sombra tenue.

Transparentes: dejan pasar la luz y permiten ver con nitidez los objetos detrás de ellos.

Cuerpo opaco

Cuerpo Translúcido

Cuerpo Transparente

De manera individual, investiga dos experimentos utilizados para determinar la velocidad de propagación de la luz. Presenta tu trabajo al profesor (a) y comenta lo investigado con tus compañeros.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 3SD2-B3

La luz presenta las siguientes propiedades o características:

a) Propagación rectilínea.b) Se refleja cuando llega a una superficie reflectante.c) Se refracta o cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro.

A continuación se describirán detalladamente cada una de estas características o propiedades.

a) Propagación rectilínea: la luz se propaga en línea recta en el vacío a una velocidad aproximada de 300,000 km/seg. En cualquier otro medio, la velocidad de la luz es inferior.

A esta línea recta que representa la dirección y el sentido de la propagación de la luz, se le denomina rayo de luz.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 103103

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

En el modelo corpuscular, el rayo es la trayectoria que sigue un fotón y en el modelo ondulatorio se refiere a la dirección de propagación de la onda luminosa. Un hecho que demuestra la propagación rectilínea de la luz es la formación de sombras o siluetas oscuras con la forma del objeto.

Sombras, penumbras y eclipses- Cuando un foco luminoso, grande o pequeño, se encuentra muy lejos de un objeto produce sombras nítidas.- Cuando un foco grande se encuentra cercano a un objeto, se formarán sombras donde no lleguen los rayos procedentes de los extremos del foco y penumbra donde no lleguen los rayos procedentes de un extremo pero sí del otro.

Estos fenómenos de sombra y penumbra, tienen lugar cuando ocurren los eclipses.

b) Reflexión: cuando la luz incide en una superficie lisa, los rayos luminosos son reflejados en una sola dirección y sentido, como ocurre en un espejo.

La reflexión de la luz cumple dos leyes:- El rayo incidente, el reflejado y la normal están en un mismo plano perpendicular a la superficie.- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Existen dos tipos de reflexión de la luz: reflexión especular y reflexión difusa.

Reflexión especular: la superficie donde se refleja la luz es completamente lisa (espejos, agua en calma), por lo que todos los rayos son reflejados en la misma dirección.

Reflexión difusa: la superficie presenta rugosidades. Los rayos salen reflejados en todas las direcciones. Gracias a esta reflexión podemos percibir los objetos y sus formas.

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104 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

En la figura siguiente podemos identificar lo anteriormente descrito.

c) Refracción: es el cambio de dirección y velocidad que experimenta una rayo luminoso al pasar de un medio de distinta densidad a otro. Un ejemplo de este fenómeno se presenta cuando un rayo de luz, se desvía al pasar del aire al agua, es decir, se refracta.

Las leyes fundamentales de la refracción son:- Primera ley: el rayo refractado, el incidente y la normal se encuentran en un mismo plano.- Segunda ley: para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, tiene un valor constante, que recibe el nombre de índice de refracción (n).

Matemáticamente esta ley se expresa:n = Sen i Sen r

La segunda ley se conoce también como la ley de Snell, en honor a Willebrord Snell, quien la descubrió. El índice de refracción, también puede calcularse con el cociente de las magnitudes de las velocidades de los medios, por lo tanto:

Sen r V2 n = Sen i = V1

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 105105

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Donde: n=índice de refracción (adimensional)i= ángulo de incidenciar= ángulo de refracciónV1= Velocidad de la luz en el primer medio V2= Velocidad de la luz en el segundo medio

En la tabla siguiente se presentan el índice de refracción de diferentes medios: Índices de refracción

Medio (sustancia) Índice de refracción (n)Aire 1.003Agua 1.33Alcohol 1.36Vidrio 1.5Diamante 2.42

Ejercicio: un rayo luminoso llega a la superficie de separación entre el aire y el vidrio, con un ángulo de incidencia de 60°. Determinar el ángulo de refracción.

Datos

i=60° r=?

nvidrio= 1.5

Formula

n = Sen i Sen r

n Sen r= Sen i

Sustitución

Sen r= Sen 60° 1.5

Sen r= 0.8660= 0.5773 1.5

r= sen-1 (0.5773)

Resultado

r=35° Si dibujamos estos rayos de luz, observaremos q ue e l ángulo refractado se acerca a la normal, debido a que este es menor que el d e i ncidencia. L o anterior significa que el r ayo luminoso se d esplazó hacía un m edio d e mayor densidad y p or l o tanto, su v elocidad d e propagación disminuyó.

La luz como toda onda, exhibe otras propiedades o fenómenos conocidos como absorción, difracción, dispersión, interferencia y polarización.

A continuación describiremos cada uno de estos fenómenos.

Absorción: Cuando la luz blanca incide sobre un cuerpo, éste absorbe total o parcialmente una parte del espectro y refleja (según sea opaco o transparente) una determinada gama de longitudes de onda, que constituyen su color. Es entonces cuando la energía luminosa puede convertirse en otro tipo de energías como el calor o la electricidad, o producir una reacción química como la que ocurre en la fotografía analógica y los soportes fotosensibles.

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106 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Difracción: debido a su comportamiento ondulatorio, la luz se difracta y convierte en un foco emisor secundario cuando incide en la orilla de un obstáculo opaco o cuando atraviesa aberturas pequeñísimas, cuyo tamaño es similar a su longitud de onda.

Dispersión: se presenta cuando los rayos del sol o luz blanca atraviesan un prisma y se descompone en los colores que lo forman. Este fenómeno lo podemos observar cuando los rayos solares atraviesan pequeñas gotas de lluvia, estas actúan como pequeños prismas y dispersan la luz, formándose así un arco iris.

Interferencia: Cuando dos o más ondas de luz están en una misma fase se superponen, generando una interferencia que puede ser de tipo constructiva o destructiva.

En la primera la amplitud de la onda resultante es mayor que la de cualquiera de las ondas individuales, mientras que en la segunda la amplitud resultante es menor que la de cualquiera de las ondas individuales.

Polarización: este fenómeno ocurre cuando las vibraciones de una onda luminosa son transversales y todas sus direcciones posibles son perpendiculares a la dirección en la cual se propaga.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 107107

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Espejos.Un espejo es toda superficie que refleja los rayos luminosos, geométricamente pueden ser planos y esféricos.

Los espejos planos presentan una superficie lisa sumamente pulida, forman imágenes virtuales, es decir, reflejan una imagen como si el objeto se ubicara por detrás de la superficie del mismo y no enfrente; además, reflejan una imagen simétrica de igual tamaño a la del objeto, derecha, es decir mantiene la misma orientación del reflejo de la luz. En este tipo de espejos, se cumplen las leyes de la reflexión antes descritas.

Los espejos esféricos están formados por una superficie pulida correspondiente a un casquete esférico, se les clasifica en cóncavos y convexos. Los primeros presentan la superficie reflectora en el interior, mientras que los convexos la presentan en la parte exterior, como se observa en la figura siguiente.

El siguiente esquema muestra los elementos de los espejos esféricos.

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108 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

En los espejos esféricos, también se cumplen las leyes de reflexión como en los espejos planos. De hecho, se considera que el punto de incidencia del rayo pertenece al plano tangente al espejo esférico, en ese mismo punto.

Formación de imágenes.En los espejos cóncavos se forman imágenes reales y virtuales. Las primeras se forman cuando la imagen se encuentra del mismo lado que el objeto, en relación al espejo.

Para identificar las imágenes formadas, a partir de un objeto colocado frente a un espejo esférico cóncavo, utilizaremos las leyes fundamentales que a continuación se mencionan:

1) Si el objeto se encuentra entre el centro de curvatura y el infinito, la imagen que se formará será real, de menor tamaño, invertida y ubicada entre el centro de curvatura y el foco.

2) Si el objeto se encuentra sobre el centro de curvatura, la imagen que se formará será real, de igual tamaño, invertida y ubicada sobre el centro de curvatura.

3) Si el objeto se encuentra entre el centro de curvatura y el foco, la imagen que se formará será real, de mayor tamaño, invertida y ubicada entre el centro de curvatura y el infinito

4) Si el objeto se encuentra sobre el foco, no se formará imagen.

5) Si el objeto se encuentra entre el foco y el espejo, la imagen que se formará será virtual y de mayor tamaño.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 109109

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

En los espejos convexos siempre se forma una imagen virtual, derecha y de menor tamaño con respecto al objeto.

Dado las características de este tipo de imagen, los espejos convexos, se colocan en los retrovisores de los automóviles, avenidas y viaductos muy transitados.

Son cuerpos transparentes definidos por dos superficies esféricas o por una superficie esférica y otra plana. Se emplean para desviar los rayos luminosos de acuerdo a las leyes de la refracción.

Las lentes se clasifican en convergentes y divergentes. En la tabla siguiente se muestran sus principales características y ejemplos.

Tipo de lente Características Ejemplos

ConvergenteEl espesor de la lente disminuye del centro hacía los bordes.Desvían los rayos hacía el eje y los hacen converger en un punto llamado foco.El foco se localiza a la derecha de la lente.Las superficies de las lentes pueden ser esféricas, cilíndricas o una combinación de ambas.Se utilizan para obtener imágenes reales (como en la cámaras fotográficas, proyectores, entre otros). También se aplican para corregir defectos de hipermetropía en los seres humanos.

DivergenteEl espesor de la lente disminuye de los bordes hacía el centro.Los rayos se desvían al exterior, alejándose del eje óptico de la lente.El foco está a la izquierda de la lenteLas superficies de las lentes normalmente son esféricas.Se aplican en el tratamiento de la miopía.

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110 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

En equipo de cuatro integrantes, investiguen cinco tipos de lentes utilizados en los dispositivos de tu entorno. Con la información recabada, completen la siguiente tabla.

ACTIVIDAD 4SD2-B3

Nombre de la lente Clasificación Aplicación o utilidad Esquema

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 111111

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Elementos de una lente y formación de imágenes.Tanto en las lentes convergentes como divergentes, podemos distinguir los siguientes elementos: dos centros de curvatura (C), dos radios de curvatura (r), un eje principal, dos focos (F), y un centro óptico (O), como se muestra en la figura siguiente.

Hipermetropía:defecto del ojo que consiste en la imposibilidad de ver con claridad los objetos próximos y se debe a un defecto de convergencia del cristalino, que hace que los rayos luminosos converjan más allá de la retina.

GLOSARIO

A continuación describiremos los fenómenos que suceden cuando un rayo luminoso, viaja por los estas lentes. En el caso de las lentes divergentes, sucede que:

1) Todo rayo que incide paralelo al eje principal, se refracta pasando por el foco.

2) Todo rayo que incide pasando por el foco, se refracta paralelo al eje principal.

3) Todo rayo que pasa por el centro óptico, se refracta sin sufrir desviación.

1) Todo rayo que incide paralelo al eje principal, se refracta en una dirección tal que su prolongación, pasa por el foco.

2) Todo rayo que incide en la dirección del foco, se refracta paralelo al eje principal.

3) Todo rayo que incide en el centro óptico, se refracta sin sufrir desviación.

Mientras que en las lentes divergentes:

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112 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Las imágenes de las lentes, se forman a partir de los mismos rayos fundamentales de los espejos esféricos.

A continuación, describiremos las ecuaciones newtonianas y gaussianas, que nos permiten determinar las características de la imagen formada de un objeto en una lente.

Fuente: Pérez (2014)

Ecuaciones newtonianas:

Donde:

x= distancia del objeto al foco del mismo lado de la lentex´= distancia de la imagen al foco del lado opuesto al objetof= distancia focal

Para calcular el tamaño de la imagen, se utiliza la expresión:

xx´= f2

O = x i f

O= tamaño del objetoi= tamaño de la imagenx=distancia del objeto al focof= distancia focal

Ecuaciones gaussianas: 1 = 1 + 1 f s s´ 1 = 1 - 1 f s s´ -1 = 1 - 1f s s´

Donde:f= distancia focals= distancia de la lente al objetos´= distancia de la lente a la imagen

Al aplicar estas ecuaciones, se debe tener en cuenta:• En las lentes convergentes la distancia focal f es positiva, mientras que en las lentes divergentes f es negativa.

• La distancia del objeto al foco x, que está del mismo lado de la lente es positivo, si el objeto se encuentra del foco hacia afuera, y es negativo si el objeto está entre el foco y la lente.

• Cuando el tamaño de la imagen i, es positivo, significa que la imagen es real; si i es negativo, la imagen es virtual y se verá aparentemente dentro de la lente.

La potencia de una lente es inversamente proporcional a la distancia focal de una lente. Su magnitud se determina en dioptrías.

P= 1 f

Si el objeto se coloca hacia afuera del foco principal.

Si el objeto se coloca entre la lente y el foco.

Para lentes divergentes.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 113113

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Formula Resultado 1 = 1 + 1

a) Datos O= 4cm s= 20 cm f= 12 cm x= 20 cm -12 cm = 8 cm s=?

f s s´ s´= 30.3 cm

Sustitución 1 = 1 - 1 s´ 12 cm 20 cm

= 0.083 – 0.05

Ejercicio: un objeto de 4cm se coloca a 20 cm de una lente convergente, que tiene una distancia focal de 12 cm. Determinara) ¿A qué distancia de la lente se forma la imagen?b) ¿Cuál es su tamaño?

i=? despejando: 1 = 1 - 1 s´ f s

s´= 1 0.033

b) O = x i f

Despejando

i=Of x

8 cm i= (4 cm) (12 cm) i= 6 cm

Ejercicio: un objeto se coloca a 5 cm de una lente divergente que tiene una distancia focal de 8 cm. ¿A qué distancia se forma la imagen de la lente?

a) Datos Formula Resultado s= 5 cm f= 8 c s´=? i=?

-1 = 1 - 1f s s´

despejando: 1 = 1 + 1 s´ f s

0.325

s´= 3.1 cm

Sustitución 1 = 1 + 1 s´ 8 cm 5 cm

= 0.125 + 0.2

s´= 1

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114 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Cierre ACTIVIDAD 5SD2-B3

En equipo de tres integrantes resuelvan los siguientes ejercicios de reforzamiento, anotando el procedimiento y eliminación de unidades correspondiente.Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. Un rayo luminoso llega a la superficie de separación entre el aire y el agua, con un ángulo de incidencia de 58°. Determinar el ángulo de refracción.

2. Sabiendo que la velocidad de la luz en el agua es de 225,000 km/s y de 124,481 km/s en el diamante. Determinar:a) Los índices de refracción absolutos en el agua y en el diamanteb) El índice de refracción relativo del agua respecto al diamante

3. Determinar la potencia de una lente que tiene una distancia de 25 cm.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 115115

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

4. Un objeto de 3 cm se coloca a una distancia de 4 cm de una lente convergente que tiene una distancia focal de 10 cm. Calcular:a) ¿A qué distancia de la lente se forma la imagen?b) ¿Cuál es su tamaño?c) ¿Cuáles son sus características?

5. Un objeto de 5 cm se coloca a 6 cm de una lente divergente que tiene una distancia focal de 9 cm. Calcular:a) ¿A qué distancia se forma la imagen de la lente?b) ¿Qué tamaño tiene?

6. ¿Cuál es la distancia focal de una lente cuya potencia es de 10 dioptrías?

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Secuencia didáctica 3ACÚSTICAInicio

De manera individual, responde los siguientes cuestionamientos y participa en la dinámica grupal desarrollada por tu maestro.

1. ¿Qué es una onda sonora?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________2. Explica con un ejemplo o situación de tu vida cotidiana, ¿Cómo puedes generar un sonido?

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. Anota tres ejemplos de fenómenos acústicos presentes en tu entorno.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 1SD3-B3

¿Qué es la acústica?La acústica es la parte de la física que estudia la producción, transmisión, recepción, control y audición de los sonidos.

El sonido es una perturbación que al producirse en un medio elástico, se propaga en forma de ondas sonora, hasta llegar al oído, donde se produce la sensación de audibilidad. En el humano, el sonido, se percibe cuando un objeto vibra, en un rango de frecuencia comprendido entre 15 y 20,000 ciclos/seg, conocida como frecuencia del espectro audible.

Desarrollo

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 117117

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Para que el sonido se propague, son necesarios los siguientes elementos:

1. Fuente de ondas sonoras.2. Un medio material donde se propague la onda sonora. 3. Un receptor para las ondas sonoras.

Al inicio del bloque clasificamos a las ondas sonoras, como ondas mecánicas longitudinales, debido a que las partículas del medio vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda.

El sonido se produce cuando un cuerpo vibra y se propaga a partir de ondas mecánicas longitudinales en todas las direcciones, por lo que se le clasifica como una onda tridimensional o espacial.

Fuentes de sonido: este concepto se refiere a las emisoras de ondas sonoras y se clasifican en tres tipos:1. Cuerdas en vibración, por ejemplo el violín y las cuerdas humanas.2. Columna de aire en vibración, por ejemplo el órgano y la trompeta.3. Placas y membranas en vibración, por ejemplo el tambor y el magnavoz.

Cuerdas en vibración

Columna de aire en vibración

Membranas en vibración

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118 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Los límites de audición para el oído humano procedentes de estas y otra fuentes, son de una frecuencia aproximada de 20 a 20000 Hz. Si la frecuencia de una onda es menor al límite inferior, se le llama onda infrasónica, y si es mayor al límite superior se le llama onda ultrasónica.

Velocidad de propagación del sonido.La velocidad con que se propaga un sonido depende del medio elástico y de su temperatura. En la siguiente tabla se muestran algunos de estos valores, en la cual se observa que la velocidad es mayor en los sólidos que en los líquidos y gases.

Velocidad del sonido

Medio elástico Velocidad m/s Temperatura °KAire 331.4 273Aire 340 288Agua 1435 281

Oxígeno 317 273Hierro 5130 293

Aluminio 5100 293Vidrio 4500 293

Fenómenos acústicos.Los fenómenos acústicos, son consecuencia de algunos efectos auditivos, provocados por el sonido. A continuación describiremos brevemente estos fenómenos.

Fenómeno acústico Descripción Esquema

Reflexión

Este fenómeno se produce cuando las ondas sonoras se reflejan al chocar con un objeto sólido.

Eco Fenómeno originado por la repetición de un sonido reflejado

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 119119

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

ResonanciaLa resonancia se presenta cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con la misma frecuencia.

Reverberación La reverberación se produce si después de escucharse un sonido original, éste persiste dentro de un local como consecuencia del eco

Cualidades del sonido.

Intensidad.Esta cualidad determina si el sonido es fuerte o débil. La intensidad depende de tres factores que son, la amplitud de onda, de la distancia entre la fuente sonora y el oyente y de la superficie que vibra.

La intensidad de un sonido expresa la cantidad de energía acústica que en un segundo pasa a través de una superficie de un cm2, perpendicular a la dirección en la cual se propaga la onda. Las unidades de intensidad sonora (Is) son:

1 cm2 cm2 Is = Joules/s = watt

El intervalo de intensidad que el oído humano es capaz de percibir es muy grande, por eso se creó una escala logarítmica para medirlas, usando como unidades el bel (B) y el decibel (dB), como se muestra a continuación:

I´ B = log I_

cm2

1dB = 0.1 B

Donde: B = relación entre las intensidades del bel (B) I = Intensidad de un sonido en watt

cm2 I´= Intensidad del otro sonido en watt

Como el Bel es una unidad muy grande, se usa el decibel que equivale a:

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120 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Tono.El tono es una cualidad que depende de la frecuencia con la que vibra el cuerpo emisor del sonido. A mayor frecuencia, el sonido es más alto o agudo; a menor frecuencia, el sonido es más bajo o grave.

Timbre.Esta cualidad permite identificar la fuente sonora, aunque distintos instrumentos produzcan sonidos con el mismo tono e intensidad. Por ejemplo el timbre nos permite identificar las voces de personas conocidas, así como los instrumentos que producen un sonido.

Efecto doppler.El efecto doppler consiste en un cambio aparente de la frecuencia de un sonido, durante el movimiento relativo entre el observador y la fuente sonora. Por ejemplo al escuchar la sirena de una patrulla, notamos que el tono se hace agudo a medida que se acerca y después se hace grave al alejarse.

Responde de manera individual los siguientes cuestionamientos.

1. Anota y describe dos fenómenos acústicos que hayas experimentado en tu entorno. Justifica detalladamente los fenómenos.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 2SD3-B3

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 121121

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

2. Explica a partir de situaciones o dispositivos presentes en tu entorno las siguientes cualidades del sonido.a) Intensidad

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________b) Tono

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________c) Timbre

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________3. Explica por qué el sonido no se transmite en el vacío.

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Para escuchar la frecuencia aparente de un sonido que escucha un observador, se tienen las siguientes situaciones:

a) Cuando la fuente sonora está en movimiento y el observador se encuentra en reposo, se usa la expresión:

f ´ = f V V + v

Donde:

f ´ = frecuencia aparente escuchada por el observador en ciclos /sf = frecuencia real del sonido emitido por la fuente sonora en ciclos/sV= valor de la velocidad a la que se propaga el sonido en el aire en m/sv = valor de la velocidad a la que se mueve la fuente sonora en m/s.

b) Si la fuente sonora permanece en reposo y el observador es quien se acerca o aleja de ella, se usa la siguiente expresión:

Nota: el signo menos de la expresión se utiliza si la fuente sonora se acerca al observador, y el signo más cuando se aleja de él.

Nota: el signo más de la expresión se utiliza si el observador se acerca a la fuente sonora, y el signo menos cuando se aleja de ella.

V f ´ = f (V + v)

Ejemplo:

Una ambulancia lleva una velocidad cuyo valor es de 70 km/h y su sirena suena con una frecuencia de 830 Hz. Qué frecuencia aparente escucha un observador que está parado cuando:a) La ambulancia se acerca a élb) La ambulancia se aleja de el. Considere la velocidad del sonido en el aire con un valor de 340 m/s.

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122 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Datos Fórmula

v = 70 km/h f ´ = f V V + v

f = 830 Hz

340 m/s - 19.44 m/s a) f ´ = ( 830 ciclos/s)(340 m/s) = 880.33 Hz

f ´= ? V = 340 m/s

Conversión de unidades:

70 km 1000 m) 1 h = 19.44 m/s h 1 km 3600

Sustitución y resultado

340 m/s + 19.44 m/s b) f ´= ( 830 ciclos/s)(340 m/s) = 785.11 Hz

Cierre

En binas resuelvan los siguientes ejercicios de reforzamiento, anotando el procedimiento y eliminación de unidades correspondiente.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la rúbrica para evaluar serie de ejercicios, que se presenta al final del bloque.

1. La frecuencia del silbato de una locomotora de tren es de 350 Hz, si el tren viaja con una velocidad de 20m/s, determinar qué frecuencia percibe un observado en reposo:a) Al acercarse el tren. b) Al alejarse el tren.

ACTIVIDAD 3SD3-B3

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 123123

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

2. La sirena de un camión de bomberos en reposo se emite con una frecuencia de 400 Hz. Determinar la frecuencia que percibe un ciclista con una velocidad de 10 m/s, cuando el ciclistaa) Se acerca al camión.b) Se aleja del camión.

3. Una ambulancia viaja con una velocidad de 40 m/s y su sirena emite un sonido con una frecuencia de 400 Hz; si se cruza con un automóvil que transita en sentido contrario a 25 m/s. Determinar qué frecuencia percibirá el conductor del automóvil cuando:a) se aproximen los vehículos.b) se alejen los vehículos.

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124 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

ACTIVIDAD INTEGRADORA

Actividad experimental: Ondas superficiales o bidimensionales.

En equipo de cuatro integrantes, realizarán en el laboratorio escolar la presente actividad experimental.

Esta actividad formará parte del portafolio de evidencias y se valorará con la lista de cotejo para evaluar el informe de actividad experimental, que se presenta al final del bloque.

Objetivo.Observar las características de las ondas mecánicas producidas en la superficie de un líquido.

Introducción.Las ondas mecánicas son aquellas ocasionadas por una perturbación y que para su propagación en forma de oscilaciones periódicas requieren de un medio material. Tal es el caso de las ondas producidas en un resorte, una cuerda o el agua, o en algún medio por el sonido. Las ondas pueden ser longitudinales si las partículas del medio material vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda; como las ondas producidas en un resorte.

Son transversales si las partículas del medio material vibran en forma perpendicular a la dirección de propagación de la onda; ejemplo de éstas son las ondas que se difunden en un estanque al arrojar una piedra. Las ondas también se clasifican en lineales si se propagan en una sola dimensión, tal es el caso de un resorte; superficiales si se propagan en dos dimensiones, como sucede en la superficie de un líquido cuando una piedra cae en un estanque; tridimensionales si se propagan en todas direcciones, el sonido, por ejemplo.

Conceptos a investigar: Tipos de ondas, características de las ondas, refracción y difracción de ondas, ondas sonoras y ondas símicas.

Material:Tanque de ondas Silicón para vidrio4 bases de madera (Cilindros de 40 cm de altura) 1 Cartulina blancaRegla graduada 1 recipiente de plástico2 lápices con punta 1 piedra pequeña2 bloques de madera de 8 x 13 cm. (de 5cm de altura) 1 Transportador Cinta adhesiva Manguera semicircular1Soporte universal 1 Pinzas para bureta

Procedimiento:Una semana antes elaboren un tanque de ondas de la siguiente manera: coloque un vidrio de 50 x 60 cm. como base, en cada uno de los lados peguen con el silicón un vidrio de 10 cm. de altura de modo que simulen las paredes (figura 1) y en cada una de las esquinas por la parte de abajo peguen y sujeten bien cada uno de los cilindros de madera que servirán de base para la caja de vidrio.

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 125125

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Utilizando este dispositivo, analizaremos los siguientes fenómenos:

a) Frente de una onda. Llenen el recipiente de plástico con agua y dejen caer una piedra en su centro. Observen las ondas que se forman. Repitan la actividad cuantas veces sea necesario, para observar con claridad las ondas que se forman.

b) Refracción de las ondas. Coloquen debajo del tanque de ondas la cartulina blanca sujeta con la cinta adhesiva para que no se mueva, agreguen agua al tanque de ondas, a una altura aproximada de 5 a 7 mm y coloquen en un soporte universal una lámpara en la parte superior para que la sombra de las ondas se vea en la cartulina (figura 2).

Figura 1. Tanque de ondas

Lámpara

Cartulina

Base s cilíndricas de madera

Figura 2. Tanque de ondas con fuente luminosa.

En un extremo del tanque, toquen el agua con la punta de un lápiz para producir una perturbación de fuente puntual. Después muevan el lápiz de arriba hacia abajo con movimientos regulares y observen las ondas de la pantalla.

Coloquen una regla de manera de barrera recta a unos 20 cm, para generar pulsos con la punta del lápiz. Muevan la regla recta para formar un ángulo de 40° respecto al lápiz generador de los pulsos; observen el ángulo de incidencia de las ondas reflejadas con relación al ángulo de reflexión.

Cambien la regla por un trozo de manguera, colóquenla de manera semicircular a 20 cm. de donde se generan los pulsos con la punta del lápiz y observen como son reflejadas las ondas.

Difracción de las ondas. Utilicen la regla para generar un frente de onda recto (deslicen la regla para generar la simulación de una ola), dibujen la forma de la onda en su cuaderno.

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126 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Coloquen los bloques de madera dentro del tanque de ondas, separados a una distancia de 15 cm; generen un frente de onda recto con la regla y observen la forma de la onda después de pasar entre los bloques. Repitan la experiencia con los bloques separados cada vez a menor distancia, hasta llegar a una separación de 10 mm.

Interferencia de ondas. A intervalos de tiempo regulares, sumerjan la punta de un lápiz en un extremo del tanque de ondas. Ahora, utilicen los lápices separados por unos 10 cm; retírenlos e introdúzcanlos al agua al mismo tiempo y observen las formas que se producen en donde los frentes de onda se cruzan.

Cuestionario:

1.- ¿Son transversales las ondas que se formaron en la cubeta al dejar caer la piedra? ¿Por qué?

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__________________________________________________________________________________________2. ¿Qué representa cada círculo formado?

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__________________________________________________________________________________________3.- ¿Cómo son las ondas cuando el lápiz se mueve de arriba hacia abajo, considerando la dirección de propagación y su forma?

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__________________________________________________________________________________________4.- ¿Qué sucede al introducir los dos lápices al mismo tiempo, ¿aparece cada frente de onda como si el otro no estuviera ahí, o se interfiere de laguna manera?

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Conclusiones:

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 127127

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

REACTIVOS DE CIERRE

En equipos, respondan detalladamente los siguientes cuestionamientos.

1. Dos alumnos de Temas Selectos de Física 2, intentan demostrar las características de las ondas produciendo ondas transversales. ¿Qué les sugerirían que elaboraran para producir estas ondas e identificar sus características? Describan cómo se generarían las ondas.

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__________________________________________________________________________________________.

__________________________________________________________________________________________.2. ¿Cómo lograrían una mayor difracción en un haz luminoso, haciéndolo incidir en una abertura pequeña o en una abertura grande? ¿Por qué?

__________________________________________________________________________________________.

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__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________.

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__________________________________________________________________________________________.3. ¿En qué tipo de ondas se presenta el fenómeno de polarización? Argumenten su respuesta.

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__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________4. En las películas de ficción es común ver escenas en las cuales, naves que se encuentran en el espacio intergaláctico disparan sus potentes armas y se escuchan los fuertes sonidos producidos. ¿Cómo le explicarían a alguien que es imposible escuchar un sonido en el espacio intergaláctico por más fuerte que sea?

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128 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA

Asignatura N° Serie: Equipo o alumno:

Parcial: Fecha entrega: Calificación:

CRITERIOS EXCELENTE ( 5) REGULAR (3) INSUFICIENTE (0)

Datos del problema

En todos los casos los datos están correctamente identificados y determinado su significado.

En todos los casos los datos están correctamente identificados pero no siempre está determinado su significado.

En ninguno de los casos, los datos están correctamente identificados.

Comprensión de los problemas planteados

La resolución de todos los problemas incluye explicaciones para facilitar la lectura y comprensión. Presentan los procedimientos y eliminación de unidades correspondientes.

La resolución de casi todos los problemas incluye explicaciones para facilitar la lectura y comprensión. Presentan la mayoría de los procedimientos y eliminación de unidades correspondientes.

La resolución de la mayoría de los problemas no incluye explicaciones, por lo que no se facilita la lectura y comprensión. No Presentan procedimientos ni eliminación de unidades.

ResultadosLos resultados de todos los problemas planteados son totalmente correctos.

Los resultados de todos los problemas planteados son correctos, con pequeños errores.

Se cometieron demasiados errores, por lo que la mayoría de los problemas son incorrectos.

EntregaLa serie se entregó en tiempo y forma. Se observa limpieza.

La serie se entregó en tiempo y forma. Se observa poca limpieza.

La serie no se entregó ni en tiempo ni en forma.

Total

RÚBRICA PARA EVALUAR LAS SERIES DE EJERCICIOS

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 129129

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

Lista de cotejo para evaluar informe de actividad experimental.

Nombre del informe experimental:

Grupo y turno: ___________ Equipo No. __________ Fecha _____________

Valor de la actividad 10 puntos.

Criterio

Valor del

criterioSí

No

Observaciones

1. El reporte se entrega en el tiempo y la forma solicitada. Se observa limpieza y organización en general.

1

2. Presenta portada con los elementos: nombre de la institución, nombre de la asignatura, número de práctica, nombre de la práctica, nombre del docente, nombre de los integrantes, lugar y fecha.

1

3. La introducción que presenta trata sobre la actividad experimental desarrollada. 3

4. Anota todos los materiales y sustancias necesarios para la actividad 1

5. Detalla paso a paso el desarrollo experimental o procedimiento de la actividad experimental. 3

6. Registra sus observaciones, datos, procedimientos y resultados. 3

8. Presenta conclusiones considerando todo el proceso experimental y su análisis correspondientes de acuerdo a la teoría que sustenta el fenómeno físico demostrado.

3

9. Presenta los cuestionamientos completa y correctamente contestados (Anexos). 3

10. Reporta correctamente las referencias bibliográficas. 2

Total *0.5= Multiplicado por 0.5

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130 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

Alumno: ______________________________________________________

Asignatura: __________________________________ Entrega: _________

Criterio/Puntuación 4 3 2 1 Puntos

Portada

Incluye nombre y logo de la Institución, curso, nombre del maestro y alumno, título de portafolio, fecha y lugar.

Falta un elemento en la presentación del trabajo

Faltan dos elementos en la presentación del trabajo.

Carece de tres o más elementos para la correcta presentación del trabajo

Introducción

Detalla de manera personal u original el aprendizaje obtenido y la razón por la cual se estructuran de esa forma las evidencias.

Detalla parcialmente de manera personal el aprendizaje obtenido y la razón por la cual se estructuran de esa forma las evidencias. Del portafolio.

La introducción no es congruente con las evidencias presentadas, además no menciona acerca de la estructura de las evidencias presentadas en el portafolio.

No presenta introducción o presenta ideas irrelevantes a cerca de las evidencias que integran el portafolio.

Evidencias de aprendizaje

Incluye todos los tipos de evidencias solicitadas.

Las evidencias demuestran los avances en los aprendizajes esperados.

Incluye la mayoría de las evidencias solicitadas. Sin embargo no todas las evidencias demuestran claramente el avance en los aprendizajes esperados.

Incluye algunas de las evidencias solicitadas.

Estas evidencias demuestran mínimamente el avance en los aprendizajes esperados.

Incluye sólo uno o ninguna de las evidencias solicitadas, sin demostrar avance en los aprendizajes.

Organización

Todas las evidencias de aprendizaje están correctamente presentadas: constan de encabezado, son claros y limpios.

A las evidencias de aprendizaje les falta algún elemento de la presentación.

A las evidencias de aprendizaje les faltan más de dos elementos de la presentación.

Las evidencias de aprendizaje solo tienen un elemento o ninguno de la presentación.

OrtografíaEl portafolio de evidencias está elaborado sin errores ortográficos.

Se observan hasta cinco errores ortográficos.

Se observan de 6 a 10 errores ortográficos en el portafolio

Se observan más de 10 errores ortográficos.

Conclusión

Presenta una conclusión personal e integral de manera detallada acerca del producto realizado, el aprendizaje e importancia de este para su vida cotidiana.

Presenta una conclusión personal de manera general acerca del producto realizado y lo que aprendió.

Presenta una conclusión personal de manera general acerca del producto realizado.

Presenta ideas o puntos generales acerca de su aprendizaje.

EntregaEntrega el portafolio de evidencias en el formato solicitado el día y la hora acordada.

Entrega el portafolio de evidencias en el formato solicitado el día acordado.

Entrega el portafolio de evidencias en un formato diferente al solicitado el día acordado.

Entrega el portafolio de evidencias en un formato diferente al solicitado el día acordado.

Total

Rangos 28-22 21-15 14-8 7-0Puntaje 40 30 20 10

RÚBRICA PARA EVALUAR EL PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 131131

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

REFERENCIAS

Bibliografía

Alfaro, Eduardo. Apuntes de Física IV. Instituto Politécnico Nacional.

Alvarenga, Máximo. 1981. Física general con experimentos sencillos. Ed. Harla. México.

Harita, A. (2013). Temas Selectos de Física 2. COBACH, Hermosillo, Sonora.

Pérez, H. (2008). FÍSICA GENERAL. Segunda reimpresión, Grupo Editorial Patria. México, D.F.

Ribeiro, Antonio y Alvarenga, Beatriz (2002). Física General. D.F.: OXFORD.

Serway R. y Jewett, J. (2008). Física para ciencias e ingeniería. Volumen 1. Séptima edición. Cengage Learning.

Tippens, P. (2001). Física, Conceptos y aplicaciones. Séptima edición, Edit. Mc Graw Hill, México, D.F.

A. Samuelson y William D. Nordhaus, Economía, Editorial MC. Graw Hill.

Maite Barneto Carmona, Economía 2.0 para Bachillerato, I.E.S. Navarro Villoslada, Pamplona.

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PENDIENTES

N O T A S

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Analiza la naturaleza de la mecánica ondulatoriaBLOQUE 3 133133

T E M A S S E L E C T O S D E F Í S I C A 2

FORMULARIO

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134 C O L E G I O D E B A C H I L L E R E S D E L E S T A D O D E S O N O R A

FORMULARIO

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N O T A S N O T A S

TAREA

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ANOTACIONES

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