ACTIVIDADES EXPERIMENTALES FISICA I

ACTIVIDADES EXPERIMENTALES FISICA I

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T. Óztotl Profesor de Física

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 1 CONOCIMIENTOS: ANALIZA LA PRECISIÓN EN LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. Explica la importancia de la precisión de los instrumentos de medición. Competencias Disciplinares Básicas. obtiene, registra y sistematiza información para responder preguntas de carácter CIENTÍFICO, CONSULTANDO FUENTES RELEVANTES Y REALIZANDO EXPERIMENTOS PERTINENTES. CONTRASTA LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN UNA INVESTIGACIÓN O EXPERIMENTO CON HIPÓTESIS PREVIAS Y COMUNICA SUS CONCLUSIONES. PROPÓSITO. A partir de actividades experimentales, utilizar las unidades fundamentales de longitud y tiempo de diversas mediciones, clasificando éstas últimas en directas o indirectas y determinando los errores en la medición. LA Exactitud y precisión DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y LOS TIPOS DE ERROR INTRODUCCIÓN. Las leyes de la física son enunciados que resultan de relaciones cuantitativas entre diversas magnitudes. Por ello, al investigar las leyes que rigen un fenómeno físico hay que medir las distintas cantidades que en él intervienen, entendiéndose por cantidad todo aquello que es susceptible a medirse. El Sistema métrico decimal nació en la Revolución Francesa, donde Pese a las dificultades políticas del momento, se aunaron los esfuerzos de los matemáticos franceses tales como Monge, Lagrange, Laplace, Legendre y Condorcet, para la realización del Sistema métrico decimal tal como lo conocemos hoy día. En 1857 el gobierno mexicano adoptó el sistema métrico decimal, convirtiendo al metro, al litro y al kilogramo en las medidas que debían regir en todas las transacciones comerciales y la vida cotidiana. Actualmente, por ley, se usa el Sistema Internacional de Unidades (SIU o SI) creado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas, que inicialmente definió seis unidades físicas básicas, en 1971 se añadió la séptima unidad básica, el mol. El S. I. se basa en tres unidades fundamentales para medir cantidades, estas son las unidades de las cantidades masa, longitud y tiempo. Las unidades para todas las otras cantidades se expresan en términos de éstas tres unidades básicas, y por ello se llaman unidades derivadas. Cualquiera que sea la naturaleza de una cantidad física, si se requiere medir, se emplea para medirla otra cantidad fija de la misma especie, a la que se llama unidad patrón, unidad de medida o simplemente unidad. Medición Directa. Para medir una longitud propuesta se toma como unidad una cierta longitud patrón, por ejemplo el centímetro y se averigua cuantas veces está contenido en la longitud a

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medir. Esta manera de medir es la medición directa. Todas las mediciones que se llevan a cabo así, se conocen como mediciones directas. Mediciones indirectas. Ahora bien, el área se encuentra multiplicando la longitud del largo por la longitud del ancho, el volumen se puede determinar multiplicando el largo por el ancho y por la altura, la densidad se puede expresar como la masa de un cuerpo dividida entre el volumen del mismo, cuando esto se realiza, la medición obtenida se conoce como medición indirecta, otro tipo de medición indirecta se realiza por ejemplo cuando se miden las distancias atómicas o las distancias entre galaxias. El S. I. es de uso sencillo porque las unidades de diferentes tamaños están relacionadas por medio de múltiplos de 10. y las potencias de la base diez van de tres en tres, dando lugar a los prefijos del sistema internacional. El sistema internacional de medida usa como unidades fundamentales el metro [m], para la longitud, el kilogramo [kg] para la masa y el segundo [s] para el tiempo, por ello a éste sistema se le conocía como el sistema mks, en 1960 cambió de nombre, al actual, el cual es: Sistema Internacional ó S.I.

A lo largo de la historia el hombre ha visto la necesidad de aplicar un sistema de medida a los diferentes materiales con los que ha trabajado y que le han permitido de alguna manera desarrollar diferentes tareas con las que se ha visto beneficiado a lo largo de su vida. Es pues, muy importante llevar a cabo mediciones físicas en forma correcta y adecuada, de esta manera vemos como es importante saber en qué unidades nos despacharan el azúcar en la tienda, o conocer la forma correcta de solicitar las medidas de los clavos en la ferretería, así mismo resulta de vital importancia económica saber pedir la cantidad de gasolina en forma adecuada. Nos desarrollamos en un mundo globalizado, y no podemos prescindir de las herramientas que el ser humano ha adoptado para adecuar su vida de forma más fácil. El saber utilizar los instrumentos que sirven de base para utilizar correctamente estas medidas es de suma importancia, ya que como en todos los procesos de medición siempre existirán diferentes tipos de errores, los que se deben procurar evitar con el fin de llevar a cabo un proceso de medición correcta y confiable. Actividad Antecedente. 1. Confórmense en equipos de hasta 5 elementos, nombrando un representante. 2. En equipo diseñe cinco preguntas adecuadas para saber sobre cada una de las medidas de uso común como son: El Almud (de manera más exacta almúdd más conocido como almur). La Vara. La cuarta. El geme. El Kilo. El litro. La lata de sardinas etc. las preguntas deben ser del tipo: a) Conoce o ha usted usado el: b) Me podría usted decir que es, como es, o como hacer un 3

... c) Conoce usted la equivalencia entre el . . . y el . . . d) . . . . . . 3. Aplique la encuesta a diez personas de edad mayor (padres, abuelos, conocidos) sobre: las medidas de uso común. 4. Con base en las respuestas obtenidas, escriba las definiciones de cada una de las medidas de uso común mencionadas y algunas equivalencias que se conozcan entre ellas. 5. para la evaluación se tomará en cuenta: a) Entrega en tiempo y forma (dos semanas máximo). b) Claridad en las definiciones presentadas. c) Coherencia de lo escrito. d) Validez y pertinencia de las ideas expuestas (que tenga relación con la situación actual). e) Presentación. f ) Profundidad de las definiciones. g) Número de equivalencias obtenidas. 6. Escriba, los conceptos más adecuados para las medidas de uso común, asi como las equivalencias encontradas entre ellas. EXACT IT UD Y PRECISIÓ N Significan cosas distinta s Exactitud La exactitud es lo cerca que el resultado de una medición está del valor verdadero . Precisión La precisión es lo cerca que los valo res medidos están unos de otros. EJEMPLOS DE EXACT IT U D Y PRECISIÓN:

Exactitud baja Precisión alta

Exactitud alta Precisión baja

Exactitud alta Precisión alta

Así que si estás jugando al fútbol y siempre le das al poste izquierdo en lugar de marcar gol, ¡entonces no eres exacto, pero eres preciso! Así que si medimos algo varias veces y los valores están cerca unos de otros, pueden estar todos equivocados si hay "sesgo".

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Un sesgo es un error sistemático (pasa siempre) que hace que todas las medidas estén desviadas en una cierta cantidad. EJEMPLOS DE SESGOS   

Un balanza dice "1 kg" cuando no hay ningún peso encima Siempre mides tu altura con zapatos de suelas anchas Un cronómetro que se para medio segundo después de pulsar el botón

Grado de exactitud La exactitud depende del instrumento de medida, por regla general: El grado de exactitud es la mitad de la unidad de medida. Ejemplos: Si tu instrumento mide en "unidades" entonces cualquier valor entre 6½ y 7½ se mide como "7"

Si tu instrumento mide "de 2 en 2" entonces los valores entre 7 y 9 dan medida "8"

Tipos de Errores. Habilidades: diferencía los tipos de errores en la medición y analiza las formas de reducirlos. De entre los más importantes citamos los siguientes: SISTEMÁTICO: Se clasifican en cuatro clases: instrumentales, Teóricos, ambientales y sistemáticos. Estos se deben a causas identificables. ALEATORIOS: Se deben a variables no controladas. POR DEFECTO: Debido a equipos descalibrados o en mal estado. OBSERVACIONALES: De paralaje dependen de la posición desde donde se observe la escala de medición. CALIBRACIÓN: Es instrumental es un error del instrumento a Escala: Es también un error instrumental. AMBIENTALES: se deben a cambios impredecibles. Por ejemplo variaciones de la presión, temperatura, la humedad, el ruido electrónico y otros factores. TEÓRICOS: Se deben a la simplificación de las teorías. ERRORES ALEATORIOS, ESTOCÁSTICOS O CIRCUNSTANCIALES: Se deben a variables no controladas que inciden en la estadística, sus causas son Observacionales y ambientales. OBSERVACIONALES: Son debidos al juicio o la reacción del observador. 5

OBJETIVO:

El alumno realizara diferentes tipos de mediciones en distintos materiales que utiliza a diario, con el fin de determinar el % de error que conllevan estas medidas.

MATERIAL: 1. Su libreta de trabajo o un libro de texto.

2. Una lata de chiles en vinagre vacía.

3. Caja y frasco de medicina vacíos de cualquier tamaño.

4. Caja de un litro de leche, vacía.

5. Una naranja o balón.

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6. Regla graduada en centímetros, metro flexible, vernier.

7. Formulario para el cálculo de Áreas y volúmenes. p. e. de: http://www.acienciasgalilei.com/mat/formularios/form-area-volumen.htm 8. canicas de distintas medidas.

9. Probeta de 100 ml.

10. Una goma de borrar.

11. Balanza granataria.

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PROCEDIMIENTO.

EXPERIMENTO 1: MEDICIÓN DIRECTA: De los materiales que trae escoja aquellos que tengan una forma geométrica especifica, observe la forma del cuerpo a medir, consulte el formulario para que decida que medidas realizar, y de esta manera poder calcular sus áreas y/o volúmenes respectivos. Lleve a cabo las mediciones adecuadas, anótelas, cada cantidad debe tener su unidad de medida. Calcule el Área y el volumen para cada material utilizado. Describa el procedimiento realizado para la medición respectiva, numerando cada paso realizado. Con los datos obtenidos realice los cálculos correspondientes para determinar lo siguiente aspectos: a).- EL VALOR PROMEDIO (VALOR VERDADERO O APROXIMACION)

b).- EL ERROR ABSOLUTO PARA CADA MEDIDA:

c).- EL ERROR RELATIVO PARA CADA MEDIDA:

c).- EL ERROR RELATIVO PORCENTUAL PARA CADA MEDIDA: Nota: colocar estos valores en una tabla.

EXPERIMENTO 2: CALCULO DE LA DENSIDAD Y EL VOLUMEN DE UN CUERPO (MEDICIÓN INDIRECTA) : DESCRIPCION DEL PROCEDIMIENTO. Medir en la balanza la masa de una de las diferentes canicas, anotarla. Vaciar agua en la probeta de 100 ml. hasta la marca de 50 ml. Anotando el volumen correspondiente colocar la canica dentro del recipiente y verificar el aumento de volumen dentro de la probeta, midiendo el volumen final, anotarlo

Con estos datos calcular la densidad del cuerpo expresándola en

,

y

.

Realice lo mismo pero ahora con las otras canicas (todas deben ser de diferentes tamaños) Dibuje o fotografíe los pasos realizados.

Nota: colocar estos valores en una tabla como la que se muestra como ejemplo. 8

Cuerpo

Largo (cm)

Ancho (cm)

Altura (cm)

Área (cm2)

13.2

2.2

2.9

29.0

84.2

20.5

13.5

2.1

276.5

581.18

13.2

2.1

----------------

3.5

45.7

Volumen (cm3)

Indicaciones para el Reporte. 1. Confórmense en equipos de por lo menos 5 elementos, nombrando un representante. 2. Se entregará un reporte por equipo. 3. El reporte de la actividad experimental debe contener: * Presentación. * Introducción. * Desarrollo. * Conclusiones. * Bibliografía. 4. Discuta en equipo el contenido de cada uno de los puntos que debe contener el reporte 5. Para el paso llamado desarrollo, tomar como base el experimento realizado 6. Reunirse en equipo la obtención del material y la construcción del prototipo. 7. Anotar la descripción de los pasos numerándolos, por ejemplo: 1.- Construcción. 2.- Desarrollo 3.4.- . . . . . . 5.- Realizar un cuadro donde se presenten las mediciones y cálculos realizados.

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6.- Deben reportarse por lo menos cinco mediciones. 7.- Discuta en equipo el contenido de las conclusiones y la bibliografía. Evaluación del Experimento; Se tomará en cuenta: 1. Entrega en tiempo y forma (Una semana máximo). 2. Validez y pertinencia de las ideas expuestas. 3. Profundidad de los conceptos. 4. Revisión del contenido. 5. Presentación al profesor del prototipo por el coordinador. 6. Habrá una coevaluación por lo que se debe poner de acuerdo con el profesor. 3. La evaluación se reportará en un cuadro como el siguiente: Indicador si no ponderación calificación Presentó en tiempo y forma 1 Presentó el prototipo 1 El reporte contiene: Introducción 1 Desarrollo 2 Conclusiones 1 Bibliografía 1 Existe Validez y pertinencia de las ideas 1 expuestas Existe Claridad y coherencia en el escrito 1 Existe Profundidad en los conceptos 1

Referencias y Bibliografía http://www.elsurcodelsembrador.com/ximopanolti/content/view/115/55/ http://www.disfrutalasmatematicas.com/datos/exactitud-precision.html http://elpaisdemillas.files.wordpress.com/2008/04/cuaderno_en_blanco-full.jpg http://1.bp.blogspot.com/_9MpnLCgjQE/SlTFsd11RVI/AAAAAAAAApI/H38RTShCgpw/s400/CONSTANCIA+MAYORI A+EN+INFORMACION+NUTRICIONAL+LATA+DE+CHILES.JPG http://www.elquetzalimports.com/images/medicinas1.jpg http://1litrodelechexmes.files.wordpress.com/2009/10/botellitas-de-leche1.jpg http://cafetera2.atlc.upv.es/alegria/wp-content/uploads/2007/01/naranjas.jpg http://2.bp.blogspot.com/_wsKZvatCPys/SeUCS1GXsoI/AAAAAAAAA8U/4qmSv74mb FY/s400/pelotas2.gif

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http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades http://www.inglet.com/upload/img_gesto/ProductesMenu_277_1.jpg http://f1.fotos.es/f/303/766/d95c503bd7225439721e1af3b97adbf6_0_576x576_canicas .jpg http://www.a3bs.com/imagelibrary/U14205_L/mecanica/U14205_L_probeta-graduadade-100-ml.jpg http://www.basculasbalanzas.com/tipos/balanza-granataria-triple-brazo.jpg http://sistemametrico.blogspot.com/

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 2 CONOCIMIENTOS: Identifica las características del movimiento de los cuerpos en una Dimensión. Movimiento rectilíneo Uniforme. Competencias Disciplinares Básicas. obtiene, registra y sistematiza información para responder preguntas de carácter CIENTÍFICO, CONSULTANDO FUENTES RELEVANTES Y REALIZANDO EXPERIMENTOS PERTINENTES. CONTRASTA LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN UNA INVESTIGACIÓN O EXPERIMENTO CON HIPÓTESIS PREVIAS Y COMUNICA SUS CONCLUSIONES. Conocimientos: Identifica las características del movimiento de los cuerpos en una dimensión INTRODUCCIÓN. El movimiento rectilíneo es el más sencillo de los movimientos, pues se lleva a cabo en línea recta, es decir, en una sola dimensión. El movimiento rectilíneo sin aceleración se llama MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME. PROPÓSITOS. 1. construir y utilizar un dispositivo para determinar las características del movimiento rectilíneo uniforme, la posición y calcular con los datos su velocidad. 2. Realizar las gráficas de desplazamiento vs tiempo y velocidad vs tiempo. 3. Que el alumno al observar otras gráficas con las características mencionadas, pueda inferir que el movimiento representado es un movimiento rectilíneo uniforme.

Objetivo: Observación de un Movimiento Rectilíneo Uniforme (aproximado). Representa el movimiento rectilíneo uniforme a través de graficos y modelos matemáticos. Mediante el uso de materiales de uso común, observar el Movimiento Rectilíneo Uniforme. Medición de distancia y tiempo aplicando las relaciones matemáticas conocidas, aplicando la teoría de errores para la expresión de los resultados y mediciones.

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I. Construcción del instrumento. Material. 1. Flexómetro

2. Duela de 2. m de longitud.

4. Clavos alfilerillo (15 o más), cinta de aislar o alambre 4. 2.3 m. de manguera transparente de 1.’’ de diámetro 5. Canica o balín pequeño.

5. Agua, aceite y champú.

6. Dos pedazos de madera cilíndricos de diámetro igual al de la manguera (u otro material) que puedan servir como tapón

7. Cronómetro (algunos celulares tienen esta función).

Descripción de la Construcción. (Dibuje o fotografíe los pasos realizados.) 13

Sobre la duela de 2 m, coloque la manguera de manera que quede lo mas recta posible. Para que esto sea posible, fije la manguera con la cinta, o bien, clave dos alfilerillos a cada lado de la manguera, cada quince centímetros. Tape un extremo de la manguera. Llene con el líquido cuidando de poner la canica o balín dentro. Tape el otro extremo de la manguera.

Figura 1Dispositivo armado Experimento. Descripción del Procedimiento. Colocar la manguera sobre una madera o libro de manera que quede inclinada unos centímetros. Inclinar la duela con la manguera, cuidando que la canica quede en el extremo superior. Medir el tiempo que tarda en pasar los primeros 15 cm, cuidando de que el cronómetro inicie cuando pase por la primera indicación. Realice este procedimiento por lo menos cinco veces. Dibuje o fotografíe los pasos realizados. Indicaciones para el Reporte. 1. Confórmense en equipos de por lo menos 5 elementos, nombrando un representante. 2. Se entregará un reporte por equipo. 3. El reporte de la actividad experimental debe contener: * Presentación. * Introducción. * Desarrollo. * Conclusiones. * Bibliografía. 14

4. Discuta en equipo el contenido de cada uno de los puntos que debe contener el reporte 5. Para el paso llamado desarrollo, tomar como base el experimento realizado 6. Reunirse en equipo la obtención del material y la construcción del prototipo. 7. Anotar la descripción de los pasos numerándolos, por ejemplo: 1.- Construcción. 2.- Desarrollo 3.4.- . . . . . . 5.- Realizar un cuadro donde se presenten las mediciones y cálculos realizados. 6.- Deben reportarse por lo menos cinco mediciones. 7.- Discuta en equipo el contenido de las conclusiones y la bibliografía. Evaluación del Experimento; Se tomará en cuenta: 1. Entrega en tiempo y forma (Una semana máximo). 2. Validez y pertinencia de las ideas expuestas. 3. Profundidad de los conceptos. 4. Revisión del contenido. 5. Presentación al profesor del prototipo por el coordinador. 6. Habrá una coevaluación por lo que se debe poner de acuerdo con el profesor. 8. La evaluación se reportará en un cuadro como el siguiente: Indicador si no ponderación calificación Presentó en tiempo y forma 1 Presentó el prototipo 1 El reporte contiene: Introducción 1 Desarrollo 2 Conclusiones 1 Bibliografía 1 Existe Validez y pertinencia de las ideas 1 expuestas Existe Claridad y coherencia en el escrito 1 Existe Profundidad en los conceptos 1

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 3.

Movimiento Rectilíneo Uniforme Acelerado CONOCIMIENTOS: Identifica las características del movimiento de los cuerpos en una Dimensión. Movimiento rectilíneo Uniformemente acelerado. Competencias Disciplinares Básicas. obtiene, registra y sistematiza información para responder preguntas de carácter CIENTÍFICO, CONSULTANDO FUENTES RELEVANTES Y REALIZANDO EXPERIMENTOS PERTINENTES. CONTRASTA LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN UNA INVESTIGACIÓN O EXPERIMENTO CON HIPÓTESIS PREVIAS Y COMUNICA SUS CONCLUSIONES. Conocimientos: Identifica las características del movimiento de los cuerpos en una dimensión. Habilidades: Explica diversos movimientos de situaciones cotidianas haciendo uso de conceptos de física. Ejemplifica los conocimientos de la asignatura con situaciones cotidianas. INTRODUCCIÓN. El movimiento rectilíneo con aceleración constante llamado MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO se presenta en la caída libre de los cuerpos y fue estudiado cuantitativamente primeramente por Galileo, quien determinó la dependencia de la longitud de la caída con el cuadrado del tiempo. De paso determinó también que todo cuerpo cae con una aceleración constante a la cual actualmente llamamos ACELERACIÓN DEBIDA A LA GRAVEDAD, ésta es casi constante solo en las cercanías de la superficie terrestre, pues como demostró Newton después, varía con la distancia de la superficie al centro de la tierra. Así también encontró que ésta aceleración se puede descomponer en dos vectores, haciendo rodar un cuerpo por un plano inclinado el cual es una máquina simple. En el caso de ésta actividad experimental haremos uso de este hecho para determinar las características del movimiento con aceleración constante. Existen varias maneras de poder observar este tipo de movimiento, el más sencillo es la caída libre, la dificultad es la medición del tiempo, sin embargo actualmente existen los teléfonos celulares que tienen la capacidad de fotografiar, o filmar, la caída libre. Una variación de este método lo inventó Galileo, consiste en retardar el movimiento de caída libre. Esto se consigue realizando una rampa por la cual se deslice un balín o canica. El canal puede ser: Un tubo transparente. Dos tubos de luz fluorescente de dos o tres metros unidos con cinta adhesiva. Una rampa de laboratorio exprofeso para esta actividad experimental. En esta actividad experimental, el equipo decidirá que material a utilizar. PROPÓSITOS. 1. Utilizar un dispositivo ya construido para determinar las características del movimiento rectilíneo uniforme acelerado, la posición y calcular con los datos su velocidad y aceleración. 2. Realizar las gráficas de desplazamiento vs tiempo, velocidad vs tiempo y aceleración vs tiempo. 16

3. Que el alumno al observar otras gráficas con las características mencionadas, pueda inferir que el movimiento representado es un movimiento rectilíneo uniformemente variado. 4. Realizar las gráficas de desplazamiento vs tiempo, velocidad vs tiempo y aceleración vs tiempo.

Objetivo: Caracterización de un Movimiento Rectilíneo Uniforme Acelerado. Representa el movimiento rectilíneo uniforme acelerado a través de gráficos y modelos matemáticos. Mediante el uso de materiales de uso común, observar el Movimiento Rectilíneo Uniforme acelerado. Medición de distancia y tiempo aplicando las relaciones matemáticas conocidas, aplicando la teoría de errores para la expresión de los resultados y mediciones.

Construcción del instrumento. Confórmense en equipos de hasta 5 elementos, nombrando un representante. Decidan que tipo de material usarán. Realice una descripción de la construcción del prototipo. De ser posible Como cámara fotográfica y cronómetro utilice un celular. Dibuje o fotografíe los pasos realizados.

Experimento. MATERIAL. 1. Carril o rampa de 1 m, 1.5 m o 2 m. de longitud. 2. Cronómetro o celular con esa opción. 3. Balín, esfera metálica o de vidrio sin abolladuras u orificios. PROCEDIMIENTO. 1. Marcar el carril cada diez quince o veinte centímetros, según el caso, si está marcado ya continuar en el siguiente paso. 2. Con el carril, hacer un plano inclinado con una altura de 2 a 7 cm. aproximadamente. 3. Dejar deslizar la esfera por la rampa desde el inicio hasta la primera medida, luego desde el inicio hasta la segunda medida, así sucesivamente. 4. Anotar el tiempo de deslizamiento con el cronómetro, por cada integrante del equipo, repitiendo cada medida por lo menos 5 veces. 5. Sacar la media de las medias del tiempo, descartando las que estén muy mal realizadas. 6. Realizar una tabla de medidas de posición o desplazamiento (x) contra tiempo (t). DESARROLLO MATEMÁTICO. La velocidad final es: (1) Para la aceleración, la definición es: (2) 17

Por (1) la aceleración queda: (3) Se puede concluir que la aceleración depende de la distancia total recorrida dividida por el tiempo que se mide al recorrer esta distancia, pero elevado al cuadrado. RESULTADOS. 1. Realiza una tabla con los siguientes datos.

Indicaciones para el Reporte. 1. Confórmense en equipo, nombrando un representante. 2. Se entregará un reporte por equipo. 3. El reporte de la actividad experimental debe contener: * Presentación. * Introducción. * Desarrollo. * Conclusiones. * Bibliografía. 4. Discuta en equipo el contenido de cada uno de los puntos que debe contener el reporte 5. Para el paso llamado desarrollo, tomar como base en la actividad experimental realizada: 6. Reunirse en equipo la obtención del material y la construcción del prototipo. 7. Anotar la descripción de los pasos numerándolos, por ejemplo: 1.- Construcción. 2.- Desarrollo 3.4.- . . . . . . 5.- Realizar un cuadro donde se presenten las mediciones y cálculos realizados. 6.- Reportar las siguientes Gráficas: a) vs b) vs c) vs 8.- Deben reportarse por lo menos cinco mediciones. 9.- Discuta en equipo el contenido de las conclusiones y la bibliografía. Para la evaluación de esta Actividad experimental se tomará en cuenta: 10. La evaluación se reportará en un cuadro como el siguiente: Indicador si no ponderación calificación Presentó en tiempo y forma 1 Presentó el prototipo 1 El reporte contiene: Introducción 1 Desarrollo 2 Conclusiones 1 Bibliografía 1 Existe Validez y pertinencia de las ideas 1 expuestas Existe Claridad y coherencia en el escrito 1 Existe Profundidad en los conceptos 1

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 4. Actividad EXPERIMENTAL: Cohete de AGUA Conocimientos: Identifica las características del movimiento de los cuerpos en dos dimensiones. Habilidades: Ejemplifica los conocimientos de la asignatura con situaciones cotidianas. Explica conceptos y tipos de movimiento involucrados en el movimiento de los cuerpos. Representa el movimiento de los cuerpos a través de gráficos y modelos matemáticos. Objetivo: Confección de un dispositivo para hacer un estudio cualitativo (observación e identificación de los fenómenos que ocurren) del: 1.- Tiro parabólico, 2.- La Tercera Ley de Newton y 3.- La Conservación de la Cantidad de Movimiento. El dispositivo es de fácil construcción, de bajo costo, puede ser desarrollado por alumnos de bachillerato, despertado el interés del alumno por la investigación. Introducción. La propulsión a chorro es una aplicación de la Tercera Ley de Newton y la conservación de la Cantidad de Movimiento. Puede ser aplicado en la observación del Tiro parabólico. El cohete gana impulso expulsando el combustible de su interior hacia afuera de el, como consecuencia, el cohete ejerce una fuerza sobre el combustible que escapa y por la Tercera Ley de Newton, se ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el cohete propulsándolo hacia adelante. El momento lineal perdido por el combustible expulsado es igual al momento lineal ganado por el cohete. Por lo tanto, se concluye que el cohete, se impulsa en sentido contrario al combustible que escapa. Construcción del Cohete.

Material: - Dos botellas de refresco desechables.

- Un corcho o madera que sirva como tapón. - Cuatro aletas de plástico o cartón.

- Cinta adhesiva o canela.

- Agua. 19

- Bomba manual de aire.

- Válvula para inflar pelotas.

Procedimiento de construcción del Cohete Paso 1 Paso 2 y 3

Figuras para la Construcción del Cohete. Paso 1 Se debe disponer de dos botellas. Una de las mismas se utiliza entera y a la otra se corta de manera que el pico quede con un tercio del total de la botella. Paso 2 El pico de la botella cortada se inserta en la base de la botella entera. Paso 3 Ambas partes se sellan utilizando cualquier tipo de cinta adhesiva o silicón frío (preferentemente cinta canela). Construcción de las alas.

Forma de las alas, cualquier forma, funciona bien. El material con el que las alas deben construirse es madera comprimida u otro material ligero. Las razones principales son el bajo peso y costo de este material, además de que se puede trabajar fácilmente, no hay recomendaciones acerca de la forma de las alas, cualquiera funciona bien. El pegado de las alas al cohete debe ser relativamente débil, esto es porque el cohete impacta contra el piso luego de ser lanzado, si el pegado fuese fuerte es probable que se parta la madera, en cambio, con un pegamento débil se logra que las alas se separen del cohete al chocar con el suelo sin que se rompan. Procedimiento Experimental. Paso 1 Perforar el tapón y ponerle la válvula de inflar pelotas. 20

Paso 2 Conectar la bomba manual de aire a la válvula de inflar pelotas. Paso 3 Accionar la bomba hasta que el cohete salga disparado.

En este instante se debe soltar el cohete. Paso 4 Filmar una serie de lanzamientos realizar un estudio de lo que ocurre observando cuadro por cuadro. Paso 5 Construya una rampa o ideen la manera de que el cohete pueda ser disparado a diferentes inclinaciones para poder observar el Tiro Parabólico Recomendaciones En general no se puede lograr que el pico de la botella que se conecta a la manguera cierre herméticamente. Esto genera pérdidas importantes de agua cuando la presión dentro del cohete comienza a ser grande. En el “aterrizaje”. Cuando el cohete cae contra el piso suelen romperse las alas de madera. La manera más fácil de evitar esto es con un grupo de observadores que “detengan” al cohete antes de que este se golpee con el suelo. La persona que sostiene al cohete hasta lanzarlo resulta mojada, porque el agua que sale del mismo salpica todo lo que está a su derredor, lo que se recomienda es “salvese el que pueda”; hay que correr. Análisis del Movimiento.

Sistema: Cohete y Combustible expulsado para un intervalo determinado de tiempo. El análisis requiere del uso de ecuaciones diferenciales, sin embargo, se realizan aproximaciones que dan un resultado válido para este nivel. Se analiza el sistema total (cohete y combustible expulsado) ver la figura del sistema, para un intervalo determinado de tiempo. Igualando esta variación al impulso ejercido sobre el sistema por las fuerzas externas que actúan sobre él. Las variables son: designa la fuerza externa resultante que actúa sobre el cohete. es la masa del 21

cohete más la cantidad de combustible que se encuentra en su interior. m masa de combustible expulsado. es la velocidad en el instante t relativa a la tierra (fig. 1a ). es la Velocidad de expulsión del combustible. es el tiempo en que inicia la salida de combustible. En un instante posterior: la masa del cohete es: moviendose con una velocidad: Si el combustible es expulsado con una velocidad respecto a la Tierra en el instante es El Ímpetu del sistema en el instante

respecto al cohete, la velocidad

es:

El cambio en la cantidad de movimiento del sistema en el instante

es:

Donde se elimina el término: (en lenguaje matemático, se dice que se desprecia) ya que es el producto de dos magnitudes muy pequeñas en comparación con las demás, cuando el intervalo t es muy pequeño. Igualándola al impulso (relación3.32), se obtiene: Dividiendo entre el intervalo de tiempo (

);

Tomando el límite cuando tiende a cero, el término se aproxima a la derivada dv/dt , que es la aceleración, y el término se aproxima a , el cual es el valor absoluto de la variación de la masa del cohete, el signo negativo se debe a que es una disminución. con respecto al tiempo. Así se obtiene la ecuación de la Fuerza que impulsa al cohete:

La magnitud es la fuerza de impulsión del cohete. Esta se puede aproximar mediante la expresión:

Es decir que la velocidad de avance del cohete depende del cambio de la masa expulsada por el cohete.

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Recomendaciones para las Conclusiones. El aumento de la velocidad del cohete a medida que disminuye la cantidad de agua dentro del mismo es apreciable a simple vista, luego, con un simple análisis de las fuerzas actuantes en el sistema también se aprecia la aplicación de la Tercera Ley de Newton. Un mejor análisis se puede hacer si se filma algún lanzamiento, al pasar el video cuadro por cuadro se aprecia perfectamente como en cada cuadro la distancia recorrida por el cohete es mayor que la distancia recorrida en el cuadro anterior. Realizar una investigación sobre cohetes y su implementación. Realizar un reporte con las características necesarias, colocando en la introducción un resumen de la investigación realizada. Los resultados cumplen las competencias propuestas ya que son de carácter cualitativo. 1. Se entregará un reporte por equipo. 2. El reporte de la actividad experimental debe contener: * Presentación. * Introducción. * Desarrollo. * Conclusiones. * Bibliografía. 3. Discuta en equipo el contenido de cada uno de los puntos que debe contener el reporte 4. Para el paso llamado desarrollo, tomar como base el procedimiento encionado anteriormente. 5. Reportar como: 1.- Se observó que . . . 2.- La atura se midió con el . . . , porque; . . . 3.- . . . . . . 4.- . . . . . . . 6. Realizar un cuadro donde se presenten las mediciones y cálculos realizados. 7. Discuta en equipo el contenido de las conclusiones y la bibliografía. Para la evaluación de la Actividad experimental 4 se tomará en cuenta: 1. Entrega en tiempo y forma (dos semanas máximo). 2. Validez y pertinencia de las ideas expuestas. 3. Profundidad de los conceptos. 4. Revisión del contenido. 5. Presentación a l plantel por el equipo. 6. habra una coevaluación por lo que se debe poner de acuerdo con el profesor. 7. La evaluación se reportará en un cuadro como el siguiente: Indicador si no ponderación calificación Presentó en tiempo y forma 1 Presentó el prototipo 1 El reporte contiene: Introducción 1 Desarrollo 2 Conclusiones 1 Bibliografía 1 Existe Validez y pertinencia de las ideas 1 expuestas Existe Claridad y coherencia en el escrito 1 Existe Profundidad en los conceptos 1

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