Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (M.R.U.A.)

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Un cuerpo se mueve con “movimiento rectilíneo uniformemente acelerado” cuando la trayectoria que lleva es rectilínea y la aceleración es constante.  En este tipo de movimiento la ecuación que nos da la posición  x  en función del tiempo es la siguiente:

x = x₀ + v₀.t + (1/2)at²    donde  x₀ es la posición inicial del cuerpo y  v₀ su velocidad inicial.  En nuestra experiencia tanto la posición inicial como la velocidad inicial serán nulas.

Para la realización de la práctica se procederá de la siguiente forma:

1. Sobre la mesa dispones de un rail horizontal por el que se mueve un carrito unido, mediante un hilo, a una polea de la que penden unas pesas. El carrito lleva pegada, en su parte posterior, una cinta que pasa por un cronovibrador, para poder determinar los tiempos de movimiento.  El cronovibrador hace una marca (punto) en la cinta cada 0,02 s, por lo que contando el número de puntos podemos saber el tiempo invertido. 

2. Con ayuda del cronovibrador debes medir el tiempo invertido por el carrito en llegar a cada una de las posiciones que quedan registradas en la cinta.  Al principio los puntos están muy juntos y es difícil la medida, por lo que debes señalar en la cinta el primer punto bien diferenciado a partir del cual vas a medir.

3. A partir del primer punto marcado haz señales cada cinco puntos, es decir, toma intervalos de tiempo equivalentes a 0,1 segundo (5x 0,02 s) y mide la distancia recorrida en cada intervalo.  Con los datos obtenidos confecciona la siguiente tabla posición tiempo: 

4. Representa gráficamente la posición en función del tiempo.

5. Para cada intervalo de tiempo: (0,00 – 0,10), (0,10 – 0,20)…., calcula la velocidad media.  Toma esa velocidad media como velocidad instantánea en el centro del intervalo considerado, y haz la representación gráfica de dicha velocidad instantánea en función del tiempo. 

6. Analiza los resultados obtenidos.  ¿Es el movimiento estudiado rectilíneo uniformemente acelerado? Si lo es, dichas gráficas tendrán la siguiente forma:

7. ¿Con qué aceleración se mueve el carrito?  Para resolver este apartado debes de observar que la gráfica velocidad – tiempo es una línea recta.  La aceleración es precisamente la pendiente de dicha recta. 

Ondas estacionarias en una cuerda

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1.- Objetivo de la práctica.

·   Calcular la velocidad de propagación de una onda en una cuerda tensa.

·   Visualizar una onda estacionaria en una cuerda sujeta por los dos extremos.

·   Estudiar los modos normales de vibración y analizar la relación entre la longitud de la cuerda, la velocidad de propagación y la frecuencia de la onda.

 2.  Material.

    Cronovibrador, fuente de alimentación, cuerda fina, polea, pinza de sujeción de la polea. Portapesas, pesas, cinta métrica.

 3. Descripción.

    En una cuerda, sujeta por sus extremos y acoplada a un cronovibrador, se producen ondas estacionarias, como consecuencia de la interferencia entre las ondas que van en un sentido y las que regresan en sentido contrario debido a la reflexión en el extremo opuesto. Se observa claramente la posición de los puntos donde se anulan las ondas y no se produce vibración (nodos) y los que se refuerzan las dos ondas y hay una amplitud doble (vientres). Se puede comprobar que la tensión de la cuerda altera las posiciones de los nodos y los vientres.

4.-  Procedimiento experimental.

    Montar el sistema de la fotografía:

1. Medir un metro de cuerda y pesarla.
2. Poner pesas en el portapesas para que la cuerda esté tensa, por ejemplo 30 gramos.
3. Poner en marcha el cronovibrador y acercarlo hacia la polea hasta que se observe que la cuerda vibra en el primer modo de vibración (primer armónico o armónico fundamental). Señalar la posición del cronovibrador sobre la mesa y medir la longitud de la cuerda.
4. Alejar el cronovibrador de la polea, respecto de la posición anterior, hasta que se observe el segundo modo de vibración (segundo armónico). Señalar la posición del cronovibrador sobre la mesa y medir la longitud de la cuerda.
5. Repetir el punto 3 para obtener el tercer modo de vibración (tercer armónico), y así sucesivamente el cuarto, quinto,....
6. Repetir varias veces el proceso variando las pesas del portapesas.

5.- Justificación teórica

Ø  Para una cuerda sujeta por los dos extremos, la relación entre la longitud de la cuerda (L) y la longitud de onda (λ) viene dada por:

con n = 1,2,3,...    Cada valor de n nos dará un modo de vibración. 

Despejando la longitud de onda:  

       Ø  La frecuencia de la onda es: 

donde v es la velocidad de propagación de la onda en la cuerda, que viene dada por la siguiente expresión:

 
 donde

 es la densidad lineal de masa y T la tensión de la cuerda. 

Ø  Así la frecuencia de la onda será: 

Ø  En nuestra experiencia se mantiene constante la frecuencia, f = 50 Hz, y la velocidad de propagación de la onda, v, que la hemos fijado al poner las pesas en el portapesas, ya que con ello hemos fijado la tensión, T. De esta manera:

con lo que L es directamente proporcional a n.

6.- Tabla de datos y análisis de los resultados

Ø  Valores medidos de L al realizar la experiencia:

L (n=1): ______________ m

L (n=2): ______________ m

L (n=3): ______________ m

Ø  Valores de L teóricos:

"Descomposición de Clorato de Potasio"

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Nivel educativo.

      
       Esta práctica es adecuada para Física y Química de 3º y 4º de E.S.O. y 1º de Bachillerato, ya que el contenido está dentro de los programas de esas asignaturas. En 3º y 4º de E.S.O.  es aconsejable que la práctica se realice de manera magistral y cualitativa y en 1º de Bachillerato se puede profundizar mucho más en la reacción en sí, con un análisis más detallado.

Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

Material.

     Tubos de ensayo, gradilla, pinza de madera, quemador de butano, trocitos de papel, espátula y clorato de potasio.

Descripción.

     Ponemos un poco de clorato de potasio en un tubo de ensayo, encendemos el quemador de butano y ponemos a la llama el tubo de ensayo, sujeto con una pinza de madera, hasta que se funda y comience la descomposición. Después separamos el tubo de ensayo del fuego, e introducimos en él pequeños trocitos de papel que previamente hemos preparado. Se observará como los trocitos de papel se queman sin necesidad de llama, debido al oxígeno que se ha desprendido en la reacción.

 Ecuación química ajustada.
2KClO₃ (s) + Calor  →  2KCl (s)  +  3O₂ (g) ↑      

T017. Movimiento ondulatorio (II). Función de onda.

 

En este vídeo vamos a deducir la expresión matemática de la función de ondas para una onda armónica unidimensional. También analizaremos las propiedades de la función de onda y su doble periodicidad.

“Reacción del nitrato de plomo (II) y el yoduro de potasio”

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Nivel educativo.

      
     Esta práctica es adecuada para Física y Química de 3º y 4º de E.S.O. y 1º de Bachillerato, ya que el contenido está dentro de los programas de esas asignaturas. En 3º y 4º de E.S.O. es aconsejable que la práctica se realice de manera magistral y cualitativa. En 3º de E.S.O. se pretende fundamentalmente que los alumnos sepan identificar una reacción química, en 4º de E.S.O. que sepan escribir correctamente la ecuación química ajustada y en 1º de Bachillerato se puede profundizar mucho más en la reacción en sí, con un análisis más detallado.

Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

Material.

     Tubos de ensayo, gradilla, vasos de precipitados, agitadores, espátulas, agua destilada, yoduro de potasio y nitrato de plomo (II).

Descripción.

     Se trata de hacer reaccionar el nitrato de plomo (II), en disolución acuosa, con el yoduro de potasio, también en disolución acuosa. Primero se preparan las disoluciones en un vaso de precipitados y después se trasvasan a unos tubos de ensayo. Al verter la disolución del tubo de ensayo que contiene el yoduro de potasio sobre el que contiene el nitrato de plomo (II), se produce la reacción, con la formación de un precipitado de color amarillo intenso de yoduro de plomo (II). Al principio el precipitado está en suspensión, pero al cabo del tiempo se acaba depositando en el fondo del tubo de ensayo.

Ecuación química ajustada.

 2KI (aq) + Pb(NO₃)₂ (aq)    →     2 KNO₃ (aq)  + PbI₂ (s) ↓ 

T016. Movimiento Ondulatorio (I). Características y tipos de ondas. Ondas armónicas.

En este vídeo vamos a desarrollar los siguientes conceptos de movimiento ondulatorio: características comunes a todas las ondas, tipos de ondas (distintas clasificaciones), velocidad de las ondas mecánicas y ondas armónicas (concepto y magnitudes que las caracterizan).

¿Qué es una onda?

En este vídeo se desarrolla el concepto de onda a través de dos ejemplos, para posteriormente definir de forma precisa qué es una onda.

P017. Problema 5 (M.A.S.). Elongación, velocidad y energía.

Este problema pertenece a los contenidos de “Movimiento Armónico Simple”. En este caso, a través de la interpretación de la gráfica velocidad–tiempo del movimiento oscilatorio de la partícula, se calculan la frecuencia angular y la amplitud del movimiento, así como la energía cinética, potencial y mecánica.

P016. Problema 4 (M.A.S.). Energías cinética, potencial y mecánica.

Este problema pertenece a los contenidos de “Movimiento Armónico Simple”. En este caso se analiza el comportamiento de un cuerpo unido a un resorte al que se le somete a una fuerza que lo desplaza de su posición de equilibrio, para posteriormente soltarlo y analizar su movimiento. Se desarrollan conceptos como la elongación, la amplitud, la frecuencia angular, la velocidad y las energías cinética, potencial y mecánica, así como las representaciones gráficas.

P015. Problema 3 (M.A.S.). Muelle vertical. Muelle vertical. Elongación, velocidad, longitud del resorte y gráficas.

Este problema pertenece a los contenidos de “Movimiento Armónico Simple”, de Física y Química de 1º de Bachillerato. En este caso se analiza el comportamiento de un muelle vertical y se desarrollan conceptos como la elongación, la amplitud, la frecuencia de oscilación, la frecuencia angular, la velocidad y la representación gráfica de la longitud del resorte.

P014. Problema 2 (M.A.S.). Amplitud, elongación, velocidad y representaciones gráficas.

Con este vídeo continuo la resolución de problemas de “Movimiento Armónico Simple”, que pertenece a los contenidos de Física y Química de 1º de Bachillerato. Se desarrollan conceptos como el cálculo de la intensidad del campo gravitatorio terrestre, la amplitud, la elongación, la velocidad y la construcción de representaciones gráficas.

P013. Problema 1 (Movimiento Armónico Simple). Elongación, energía potencial y energía mecánica.

Con este vídeo comienzo la resolución de problemas de “Movimiento Armónico Simple”, que pertenece a los contenidos de Física y Química de 1º de Bachillerato. Se desarrollan conceptos como el cálculo de la elongación, energía potencial elástica y energía mecánica. También se profundiza en la interpretación y realización de representaciones gráficas de las magnitudes antes señaladas.

T014. Péndulo simple

En este vídeo se continúa con el estudio del “Movimiento Armónico Simple”, que pertenece a los contenidos de Física y Química de 1º de Bachillerato. Se estudia el péndulo simple o matemático, deduciendo la fuerza recuperadora que actúa sobre la bola del péndulo,  y las condiciones que se deben cumplir para que dicho movimiento sea un M.A.S. También se deducen las ecuaciones del periodo y frecuencia angular. Por último se hace un análisis energético y se estudia la utilidad de péndulo para calcular la intensidad del campo gravitatorio.

T013. Dinámica y energía del Oscilador Armónico Simple

En este vídeo continúo con el estudio del “Movimiento Armónico Simple”, que pertenece a los contenidos de Física y Química de 1º de Bachillerato. Se analizan tanto la dinámica como la energía de Oscilador Armónico Simple, se deducen las ecuaciones y se hacen las representaciones gráficas.

T012. Velocidad y aceleración del Movimiento Armónico Simple (M.A.S.) (II)

En este vídeo se continúa con el estudio del “Movimiento Armónico Simple”, que pertenece a los contenidos de Física y Química de 1º de Bachillerato. Se deducen las ecuaciones de la velocidad y la aceleración de dicho movimiento y se hacen las representaciones gráficas.