martes, 27 de octubre de 2015

CAMPO ELÉCTRICO

A continuación les muestro el link con la página del Profesor Angel Franco García, llamada Física con Ordenador, para que lean la introduccion del concepto de Campo Eléctrico, su definición desde el punto de vista matemático, el concepto de Líneas de Fuerza, y su ilustración a través de un Applet. No es necesario que se estudien el concepto de superficies o líneas equipotenciales, dado que el Potencial Électrostático es un tema que estudiaremos más adelante.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/electrico/cElectrico.html#Actividades
© Ángel Franco García -1998-2006

Les muestro también otro Applet para simular el Campo Eléctrico asociado a partículas cargadas, que es más interactivo y más animado, desarrollado por el Departamento de Física de la Universidad de Colorado.
http://phet.colorado.edu/sims/charges-and-fields/charges-and-fields_es.html
© 2008 University of Colorado
En esta simulación pueden seleccionar cargas positivas (rojas) o negativas (azules) de 1 nC, es decir, 10 a la -9 coulombs, y activando la casilla Mostrar Campo E, verán las Líneas de Fuerza que son una representación o abstracción matemática, del ente físico denominado Campo Eléctrico. Las líneas de Fuerza, como vieron en la página recomendada inicialmente, "entran" en las cargas positivas (fuentes) y "salen" de las cargas negativas (sumideros). Recuerden que el vector Intensidad de Campo Eéctrico E se define como la Fuerza que se ejerce sobre una partícula cargada de prueba positiva, que se coloca en la posición en que se quiere calcular E. En el applet se pueden seleccionar también partículas de prueba (amarillas) y colocar en diferentes posiciones y, en cada una de ellas, se puede ver la representación del vector E en ese punto y su magnitud, si se activa la casilla Mostrar Números. Pueden "jugar" con diferentes distribuciones de cargas, para que comprendan el concepto físico que están estudiando.

domingo, 16 de agosto de 2015

ACTIVIDADES SOBRE CAMPO ELECTROSTÁTICO

I.- CAMPO ELECTROSTÁTICO DEBIDO A UNA DISTRIBUCIÓN DISCRETA DE CARGAS.
Hacer click en el siguiente enlace, que corresponde a la simulación desarrollada por el Departamento de Física de la Universidad de Colorado, utilizada en la actividad anterior:
a.- Colocar una carga de 1 nC (1 . 10-9 C) roja en un punto elegido como origen del Sistema de Coordenadas (se visualiza activando la casilla que dice rejilla). A una distancia de 2m en la dirección horizontal (al activar la casilla mostrar número aparece una escala donde se muestra la distancia equivalente a 1m), colocar una partícula negativa de carga -1nC, azul .
Realizar el cálculo correspondiente a la intensidad de campo eléctrico en el punto medio de la línea que une las dos cargas y comprobar que coincide con el resultado que muestra la simulación al colocar una carga de prueba (amarilla) en ese punto. Tenga en cuenta que, si las dos cargas están alineadas, la orientación del vector Ē que muestra el applet será de cero grados (o un valor muy cercano si no se puede alinear manualmente).

b.- Colocar de nuevo una carga positiva (roja) de 1 nC en el punto que se tome como origen del SC (0,0), y ubicar otras dos cargas, una positiva y otra negativa, en otros dos puntos (x,y), de forma que queden ubicadas en tres de los cuatro vértices de un cuadrado. Colocar una carga de prueba (amarilla) en el cuarto vértice y realizar los cálculos para obtener el vector Ē resultante en ese punto. Comparar ese resultado con el que ofrece la simulación al activar la casilla mostrar número.

miércoles, 20 de mayo de 2015

Estudio de las Leyes de Conservación en los choques elásticos e inelásticos

En esta práctica de Laboratorio Virtual estudiarán los choques perfectamente elásticos e inelásticos, y las leyes de conservación que se cumplen en cada caso.

Para ello realizarán mediciones con el Applet que encontrarán en la siguiente ubicación:

http://www.walter-fendt.de/ph14s/collision_s.htm


 © Walter Fendt, November 7, 1998 Last modification: December 27, 2002

Ejercicio 1.-
Seleccionarán la opción Elastic collision (Choque elástico).

Escogerán iguales valores de masas para los Vagones 1 y 2 (m1=m2). Este valor será opción de cada equipo de trabajo; y adicionalmente fijarán un valor de velocidad diferente de cero y positivo para el Vagón 1, escogiendo velocidad cero para el segundo vagón. Deben activar la casillas que indica Velocidad. Presionen el botón Start. A continuación comenzarán a moverse los vagones. Observe lo que sucede después del choque. Anote los valores de velocidad antes y después del choque que aparecen en la parte superior e inferior del applet, respectivamente.

A partir de las leyes de conservación de la Cantidad de Movimiento Lineal y de la Energía Cinética en este tipo de Choque, obtengan las expresiones para el cálculo de las velocidades finales de los dos cuerpos después del choque, y comprueben los resultados obtenidos mediante estos cálculos con el que se obtienen en la simulación.

Presionen el botón Reset y repitan el ejercicio, con los mismos valores de las masas y las velocidades, pero activando las casillas de Momentum (Cantidad de Movimiento Lineal) y Kinetic energy (Energía cinética) respectivamente.

En cada caso realicen los cálculos (cantidad de movimiento y energía cinética antes y después del choque) y comparen los resultados con los obtenidos en la simulación.


Ejercicio 2.-

Repitan todos los pasos del Ejercicio 1 colocando dos valores de masas diferentes tales que m1 sea el doble de m2, sin cambiar los valores de velocidad.


Ejercicio 3.-


Repitan todos los pasos del Ejercicio 1 seleccionando iguales valores para las masas, con velocidades de igual módulo para los dos vagones, pero de forma que la del vagón 1 sea positiva y la del vagón 2 negativa. En ese caso los vagones chocarán frontalmente.

Tanto en el Ejercicio 2 como en el 3, deben hacer de nuevo los cálculos y compararlos con los valores que da la simulación.

Ejercicio 4.-

En este caso active la casilla que indica Inelastic collision (Choque inelástico). Coloque valores iguales para las masas de los dos vagones y de nuevo un valor positivo de velocidad para el vagón 1, y velocidad cero para el Vagón 2.
Active sucesivamente las casillas que indican los valores de velocidad, momentum y energía cinética y haga un análisis cualitativo de los resultados que ofrece la simulación. Es decir, en este ejercicio no tienen que realizar cálculos adicionales, sino solamente hacer un análisis físico de lo que ocurre en el choque, haciendo énfasis en las leyes de conservación.

jueves, 14 de mayo de 2015

CORRIENTE ELÉCTRICA Y CIRCUITOS

Leyes de Ohm y de Poillet.


I.-
En la simulación del Departamento de Física de la Universidad de Colorado que pueden descargar en:

http://phet.colorado.edu/sims/ohms-law/ohms-law_en.html
© 2008 University of Colorado
se observa cómo al variar los valores de los parámetros del circuito, relacionados a través de la Ley de Ohm V=IR se afecta el comportamiento de los demás. Además de cambiar los valores numéricos, las proporcionalidades directa e inversa se expresan de una manera muy grafica con el aumento o disminución del tamaño de las letras que representan las magnitudes V, I y R.


De forma similar, en

http://phet.colorado.edu/sims/resistance-in-a-wire/resistance-in-a-wire_en.html
© 2008 University of Colorado



pueden descargar la simulación que muestra la dependencia de la resistencia de un conductor con los valores de la resistividad del material, su longitud, y el área de la sección transversal, expresados a través de la Ley de Poillet.
II.-
La simulación que encontrará en: http://www.article19.com/shockwave/oz.htm

 Copyright © 1995 – 2009 The Article 19 Group Inc.
permite la construcción de circuitos sencillos, escogiendo los componentes y la forma de combinarlos. Construya cinco combinaciones diferentes de circuitos que consten de la batería, un interruptor, uno o más resistores, el voltímetro y el amperímetro. Compruebe, para cada caso, que el valor que se lee para la corriente en el amperímetro, coincide con el calculado por la Ley de Ohm.
A continuación se muestra la traducción del texto que aparece en la ventana principal de la simulación.

TRADUCCIÓN
Bienvenidos a la Zona Ohm (OhmZone). Aquí pueden construir cualquier tipo de circuito que quieran. En la esquina inferior izquierda de la pantalla tienen una batería, algunos bombillos y resistores, dos interruptores y cables para conectarlo todo. Puede medir voltaje utilizando el voltímetro y corriente utilizando el amperímetro. Solo colóquelos sobre la parte del circuito que desee medir. Si necesita ayuda en la construcción del circuito, hay dos tipos de ayuda disponible:
- Haga click en el botón que tiene una interrogación para activar las ventanas emergentes (popups). Entonces, cuando desplace el mouse sobre un objeto en la pantalla, OhmZone le dirá de que dispositivo se trata.
- La mano se mostrará una lista de tópicos acerca de circuitos. Observe como OhmZone construye el circuito para ayudarlo con cada tópico seleccionado.
- Después de construir el circuito haga click en el botón Visualize. Esto le permitirá ver la dirección de la corriente.
III.-
CIRCUITO RC
Para el estudio cualitativo del Circuito RC (formado por un resistor y un capacitor) en serie, nos auxiliaremos de la simulación desarrollada por el Profesor Fu-Kwun Hwang, de Dept. Of Physics, National Taiwan Normal University, y traducida al español por José Villasuso Gato, disponible en:

http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/rc/rc_s.htm


En ella encontrarán las orientaciones para interactuar con la simulación. Observe y describa lo que sucede con los valores de voltaje en el capacitor y en el resistor, así como la corriente que circula por el circuito. En el gráfico que se muestra en la parte superior, la curva roja corresponde al voltaje en el capacitor Vc, y la curva azul a la intensidad de corriente. Haga el análisis y la descripción de los procesos de Carga (capacitor conectado a la batería), y de Descarga (capacitor deconectado de la batería). Seleccione con el interruptor rojo ambas posiciones.

domingo, 10 de mayo de 2015

Laboratorio Virtual sobre el Movimiento de Proyectiles

Estudio en Laboratorio virtual del Movimiento de proyectiles
Para la realización de esta práctica virtual utilizaremos el applet que aparece en la dirección:
http://phet.colorado.edu/new/simulations/sims.php?sim=Projectile_Motion


© 2007 University of Colorado

Una vez en este site, presionar en Run Now. Cuando el applet se abra verán una figura en la que se ve un hombre, un cañón, una cinta de medición y un eje de coordenadas.

Ángulo de disparoEl ejercicio consiste en estudiar cómo varía el alcance del proyectil con el ángulo de disparo. Para ello fijarán algunos valores que aparecen en la ventana superior derecha. La primera opción de esta ventana dice User choice (selección del usuario, es decir, tu selección). Marquen esa opción. En la ventana de Inicial speed (velocidad inicial) coloquen el valor que consideren conveniente. Dejen en blanco el cuadro que indica resistencia del aire (air resistance). Para variar el ángulo de disparo ponen el cursor en el extremo del cañón y ubican el ángulo que quieran experimentar (aparecerá en la ventana angles). También pueden colocar un valor en la ventana que dice angles (degree). Realicen cinco disparos a diferentes ángulos manteniendo fija la velocidad. Anoten la distancia recorrida por el proyectil en cada caso. Esta distancia la pueden medir con la cinta métrica o tomar el dato directamente de la primera de las tres pequeñas ventanas de la parte superior del applet (range), Después de los cinco disparos cambien la velocidad y realicen 5 disparos más. Anotarán las distancias recorridas por el proyectil, como en el caso anterior. Hacer un gráfico donde se muestre cómo cambia la distancia recorrida por el proyectil vs. el ángulo de disparo. Serán dos curvas, una para cada velocidad escogida. ¿Podemos decir que hay un ángulo para el cual la distancia recorrida es máxima? ¿Podemos hablar de un ángulo para el cual el alcance del proyectil es máximo?

Movimiento en el eje y
Ahora el estudiante deberá comprobar que el movimiento en el eje ¨y¨ es con aceleración constante, en este caso será la aceleración de la gravedad. De las clases se sabe que cuando la aceleración es constante, el gráfico del espacio recorrido vs el tiempo transcurrido debe dar una parábola. El estudiante deberá obtener una parábola si se construye un gráfico de altura vs. tiempo. Para ello escoja una velocidad de 35 a 50 m/s y un ángulo alto (más de 60 grados) y realice un disparo. Si la trayectoria del proyectil se pierde en la pantalla, presione sobre la lupa con el signo – hasta que aparezca totalmente. La trayectoria del proyectil debe aparecer en azul con unas equis negras sobre ella. En cada punto donde haya una equis negra habrá transcurrido un segundo. Es decir que entre el disparo y la primera equis negra transcurrió un segundo. Entre la primera equis y la segunda transcurrió otro segundo y así sucesivamente. Con la cinta de medir, mida esas alturas. Fíjese que tanto la cinta de medir como el cañón tienen una equis roja que sirve para marcar la verticalidad y la horizontalidad con respecto a los ejes de coordenadas que aparecen en el applet (en el cañón). Para medir la altura la cinta tiene que estar perfectamente vertical. La altura 0 (cero) del cañón la obtienen desplazando hacia arriba o hacia abajo el cañón por la rueda. Hagan coincidir la línea horizontal del eje de coordenadas con la sombra del hombre y estará el cañón en altura 0. Tanteen varias combinaciones de velocidad inicial y ángulo hasta encontrar un disparo que tenga un tiempo de vuelo de más de 6 s y midan las alturas. Estas, con sus respectivos tiempos, les dará una gráfica de altura vs tiempo. Saquen sus conclusiones para el informe.

Este debe un título por cada aspecto estudiado. Se debe dar una explicación teórica de lo que se está estudiando en cada caso y llegar a alguna conclusión, que puede ser la ratificación de lo estudiado en clase. Los gráficos deben estar bien hechos, con las escalas de cada eje bien claras (unidades utilizadas, etc).
Cada pareja tendrá tanta independencia para escoger los valores con los que trabajar por lo que los informes no deben coincidir en ningún caso.

Nota: Para desplazar la cinta métrica. Arrastrarla con el Mouse presionando sobre la caja de la cinta. Para sacar más cinta de la caja, presionar sobre la punta de la cinta y arrastrarla con el Mouse. En esta misma posición, puede cambiar el ángulo de la cinta.

miércoles, 15 de abril de 2015

VARIACIÓN DE LA PRESIÓN CON LA PROFUNDIDAD- SIMULACIÓN

Mientras que la presión atmosférica decrece con el incremento de la altitud, la presión de un líquido crece con la profundidad. Supongamos un líquido en reposo para el cual la densidad es homogénea a través del mismo, lo que significa que es incompresible. Como el líquido está en equilibrio, si analizamos una porción de líquido representado por el rectángulo sombreado en el interior del volumen en la figura, se cumple que la sumatoria de todas las fuerzas en la dirección vertical es cero.

Copyright: Physics, Serway

Teniendo en cuenta que   P = F/A entonces, F = PA

PA – P0 A – Mg = 0

Por otra parte, la densidad ρ = M/V, de donde M = ρ V   De ahí: PA – P0 A – ρ V g = 0

siendo el volumen V = Ah, entonces al sustituir en la expresión anterior:

PA – P0 A – ρ Ah g = 0  ó    PA – P0 A = ρ Ah g

P - P0 = ρ g h

Esta ecuación es básica en la Estática de los Fluidos y, desde el punto de vista teórico, representa la variación de la presión con la profundidad h en el interior de un fluido. Nos dice que, la Presión P a una profundidad h por debajo de un punto en el fluido en el que la presión es P0, es mayor en una magnitud igual a ρ g h. Si el líquido está abierto a la presión atmosférica, entonces la presión P0 en la superficie libre del líquido es la presión atmosférica, que es igual a 1 atm o 1.013 x 105 Pa.

Para verificar las expresiones anteriores, se propone realizar la Práctica de Laboratorio Virtual del sitio de simulaciones del Departamento de Física de la Universidad de Colorado, Phet:

http://phet.colorado.edu/en/simulation/under-pressure

Under Pressure Screenshot
© 2013 University of Colorado

La simulación permite medir la variación de la presión con la profundidad.

Se pueden escoger diferentes geometrías para los tanques soterrados que contienen el fluido, variar la densidad del fluido, y el valor de la gravedad. Asimismo, las mediciones se pueden realizar bajo los efectos o no de la presión atmosférica.
Se trata de desplazar el manómetro que aparece en la parte superior hasta la profundidad en la cual se desea conocer el valor de la presión.

El experimento se puede realizar aumentando o disminuyendo el volumen del fluido mediante la llave de llenado o la válvula de salida, ambas manipulables.

Se propone realizar varios conjuntos de mediciones de la presión con la profundidad:

1.- Con el agua como fluido, sin considerar la presión atmósférica (Atmósfera en Off), para cinco valores de altura en el tanque.

2.- Repetir el experimento anterior consideranod la presión atmosférica.

3.- Con un fluido más denso que el agua, sin considerar la presión atmósférica (Atmósfera en Off), para cinco valores de altura en el tanque. Calcular los valores teóricos y compararlos con el resultado del experimento.

4.- Repetir el experimento anterior consideranod la presión atmosférica.

5.- Con un fluido menos denso que el agua, sin considerar la presión atmósférica (Atmósfera en Off), para cinco valores de altura en el tanque. Calcular los valores teóricos y compararlos con el resultado del experimento.

6.- Repetir el experimento anterior consideranod la presión atmosférica.

Calcular, en cada caso, los valores teóricos y compararlos con el resultado del experimento, reflejando ambos resultados en una tabla para cada fluido.
Interpretar los resultados.

sábado, 28 de marzo de 2015

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE PARTÍCULAS CARGADAS

Para afianzar lo visto en la clase sobre la acción del campo magnético sobre las partículas cargadas en movimiento, los remito a la página de Física con Ordenador, del Prof. Angel García Franco, localizada en:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/mov_campo/mov_campo.html#Actividades
© Ángel Franco García
En este sitio encontrarán, además de la información teórica que se estudió en clases, una aplicación en forma de applet, que les permite observar la trayectoria de la partícula cargada al cambiar su carga, su masa y las intensidades de los campos eléctrico y magnético.
Como actividad a entregar deben elaborar un informe en el cual se muestren los gráficos de la trayectoria para cinco combinaciones diferentes de las magnitudes involucaradas en el movimiento. Analicen, cualitativamente, la trayectoria de la partícula. Para ello deben de tener en cuenta que la flecha negra representa la dirección de la velocidad, la roja la dirección del vector Intensidad de Campo eléctrico, y la flecha azul, que entra al plano de la pantalla, la dirección del vector Induccción Magnética. Deben escoger situaciones que se diferencien, no sólo por las intensidades de los campos, sino por la orientación de sus vectores representativos (quiere decir, valores positivos y negativos), ausencia de uno de los dos campos, etc.
FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR CON CORRIENTE.
Para ilustrar este aspecto deben ver la simulación llamada El Anillo Flotante, desarrollada en el Departamento de Física del Instituto Técnico de Massachusetts (MIT). En este applet, un conductor con corriente ubicado en una región donde existe un campo magnético por la presencia de un imán, puede flotar, debido a la fuerza que experimenta por la acción de ese campo. En la simulación se pueden activar o desactivar las casillas correspondientes a las líneas de campo y del vector, variar los valores y sentido de la corriente en el conductor, así como girar el plano de observación con el puntero del mouse.
© MIT, Deparment of Physics.
TRADUCCIÓN
Este applet ilustra las fuerzas sobre una espira conductora portadora de corriente que está situada en el eje de un imán permanente. Para un determinado sentido de la corriente en la espira, la fuerza sobre ella estará dirigida hacia arriba, y si la corriente es suficientemente grande, la espira "levitará", flotando en el campo magnético resultante. Para la corriente circulando en sentido contrario, la espira es atraída por el imán. El imán tiene el polo norte en la parte superior, y la dirección de la corriente es positiva cuando circula en sentido contrario a las manecillas del reloj, vista desde arriba. Inicialmente la espira descansa a una distancia de un radio por encima del imán, sobre una plataforma. Hay una marca a la distancia de dos radios por encima del imán. Un problema cuantitativo que se encuentra en este enlace, da una idea de las corrientes que se necesitan para obtener la levitación en el experimento simple que este applet ilustra.
En el informe a entregar deben explicar teóricamente lo que sucede en el experimento virtual, para lo cual deben estudiar el contenido relacionado con Fuerza magnética sobre conductores con corriente. No tienen que reportar ningún valor numérico ni realizar ningún cálculo sobre este aspecto, pero sí mostrar las expresiones matemáticas involucradas en este fenómeno, así como los aspectos teóricos.

viernes, 6 de febrero de 2015

FUENTES DE CAMPO MAGNÉTICO. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

En la simulación que pueden descargar en el sitio:

http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Faradays_Electromagnetic_Lab
© 2008 University of Colorado
Faraday's Electromagnetic Lab Screenshot

pueden seleccionar, en las diferentes pestañas, simulaciones que mostrarán la presencia de campo magnético asociado a imanes o conductores con corriente, y el fenómeno de Inducción Electromagnética. Intente dar una explicación cualitativa en cada uno de los cinco experimentos mostrados, e identifique, en caso de que sea posible, las leyes del electromagnetismo que están reflejadas.