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I
Manual de
ciencia
BACHILLER
Universidad Nacional
Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

i
MANUAL DE EXPERIMENTOS DE FÍSICA III

CIENCIAS-BACHILLER
4
ESCUELA NACIONAL PREPARATORIA

COORDINACIÓN: ALICIA ALLIER ONDARZA
JUANBAUTISTAPÉREZ, TEODORO CANO MIGUEL, RENE CISNEROS SANDOVAL, MIGUEL
ÁNGEL MARCIAL CORTÉS CÓRDOVA, HILARIO MACÍAS CAMPOS, IS AURO RGUEROA Ra
DRÍGUEZ, ANA FLORES FLORES, EMILIO FLORES LLAMAS, ENRIQUE FLORES MEDINA,
Ros ALIÑA FLORES Y BERMÚDEZ, CARLOS GARCÍA TORRES, FRANCISCO GUILLEN ESTÉ-
VEZ, DAVID HURTADO SIL, HILARIO MACÍAS CAMPOS, JESÚS MARTÍNEZ CAMAÑO, BER­
NABÉ MELÉNDEZ MARCOS, RICARDO MORA PONCE, MANUEL OTERO MARTÍNEZ, FER­
NANDO PANTOJA REBOLLO, ALAN PAZ MARTÍNEZ Y DANIEL VÁZQUEZ HERNÁNDEZ
MANUAL DE EXPERIMENTOS DE FÍSICA III
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
México, 2001

Escuela Nacional Preparatoria
Director General: Arq. Héctor E. Herrera León y Velez
Secretario Académico: Lie. Antonio Meza
Diseño de portada: Jorge Lobato
Dibujos: Raymundo Mondragón Colín
Edición: Angeles Lara
Primera edición: 2001
®Universidad Nacional Autónoma de México
Escuela Nacional Preparatoria
Dirección General
Adolfo Prieto 722, Col. Del Valle
C.P. 03100. México, D.F.
Impreso en México
ISBN 968-36-9149-8

PRESENTACIÓN
Fomentar la publicación de materiales didácticos que eleven la calidad de
la enseñanza aprendizaje en el bachillerato es un objetivo primordial de la
presente administración de la Escuela Nacional Preparatoria.
Además de cumplir con esta finalidad educativa, procuramos otros logros:
por un lado, abrir un espacio editorial para que los autores puedan comunicar
a sus colegas las experiencias didácticas adquiridas durante muchos
años de práctica docente; por otro, ayudar a que los profesores se sirvan de
estas experiencias y, a la vez, se sientan estimulados para reunir sus propios
materiales de trabajo y puedan hacer propuestas alternativas que enriquezcan
la enseñanza.
Con la entrega de Manual de experimentos de física II, número cuatro de la
colección "Ciencias-bachiller", obra que deseamos cumpla con los propósitos
establecidos en el programa.
Creemos que por este camino conseguiremos el más importante de nuestros
objetivos en este rubro: el de mantener una oferta editorial de alta calidad
académica que redunde en el beneficio de nuestros alumnos.
Arq. Héctor E. Herrera León y Velez
Director General

ÍNDICE DE EXPERIMENTOS
PRÁCTICAS PÁGINAS
1. Abanico de fuerzas 11
2. Movimiento rectilíneo uniforme en velocidad 15
3. Movimiento acelerado 17
4. Segunda ley de Newton 19
5. Densidad y volumen 23
6. Experimento de Torricelli 27
7. Principio de Arquímedes 31
8. Equilibrio térmico 35
9. Calor específico 39
10. Equivalente mecánico del calor 43
11. Energía de radiación 45
12. Cargas electrostáticas 49
13. Circuitos eléctricos 53
14. Potencia eléctrica 57
15. Campo magnético 59
16. Reflexión y refracción de ondas 63
17. Difracción de la luz 67
18. Decaimiento radiactivo 71
19. Cámara de niebla 75
20. La expansión del universo 79
21. Principio de equivalencia de la relatividad general 83

INTRODUCCIÓN
El presente Manual de Experimentos de Física III constituye un esfuerzo colectivo de todos los
planteles de la Escuela Nacional Preparatoria, en donde se refleja la preocupación por tener
actividades experimentales que correspondan al nuevo programa de estudios, tomando en
cuenta el enfoque metodológico del mismo.
La constante para cada uno de ellos es el uso de materiales de bajo costo que permitan
al profesor tener equipo suficiente para el gran número de alumnos de 4 o . año y que
permitan mejorar la actividad experimental de cada uno de ellos.
La selección de estas prácticas se hizo a través de los coordinadores de docencia y el
trabajo se realizó bajo su dirección en cada plantel turno.
Esperamos que este material resulte valioso para el Colegio de Física y para los profesores
que se integren en un futuro a la Escuela Nacional Preparatoria.
Creemos que este manual debe considerarse como el mínimo de las prácticas que deberán
realizarse en un ciclo escolar ya que la materia es eminentemente experimental. Esperamos
que este material se acreciente y mejore con la práctica diaria.
La lista de profesores participantes en la elaboración del presente Manual es la siguiente:
Práct ca 1 David Hurtado Sil
Práct ca 2 Francisco Guillen Estévez
Práct ca 3 Bernabé Meléndez Marcos
Pract: ca 4 Rene Cisneros Sandoval
Práct: ca 5 Francisco Guillen Estévez
Práct: ca 6
Práct ca 7
Práct ca 8
Práct ca 9
Práct ca 10
Práct: ca 11
Práct ca 12
Práct ca 13
Prácti ca 14
Práct: ca 15
Práct ca 16
Prácti ca 17
Práct: ca 18
Práct: ca 19
Práct: ca 20
Práct: ca 21
Enrique Flores Medina, Ana Flores Flores y Alan Paz Martínez
Isauro Figueroa Rodríguez
Miguel Ángel Marcial Cortés Córdova
Daniel Vázquez Hernández
Francisco Guillen Estévez
Rosalina Flores y Bermúdez
Ricardo Mora Ponce
Juan Bautista Pérez y Fernando Pantoja Rebollo
Carlos García Torres
Jesús Martínez Camaño
Manuel Otero Martínez e Hilario Macías Campos
Teodoro Cano Miguel
Emilio Flores Llamas
Gerardo Fernández Sánchez
Rosalina Flores y Bernúdez
Emilio Flores Llamas
La revisión y las sugerencias corrieron por cuenta de todo el Colegio, sin embargo
cabe mencionar que la unificación correspondió a Rene Cisneros Sandoval, la revisión de
las prácticas fue realizada por: Rene Cisneros Sandoval, Rosalina Flores y Bermúdez, Emilio
Flores LLamas, Isauro Figueroa Rodríguez, Francisco Guillen Estévez, David Hurtado
Sil y Javier Padilla Robles, todos los dibujos fueron elaborados por el Sr. Raymundo Mondragón
Colín. La coordinación y revisión general correspondió a una servidora.
Ing. Alicia Allier Ondarza
Jefa de departamento de Física
9

1. ABANICO DE FUERZAS
PROPÓSITOS
Aplicar la regla del paralele-gramo para sumar las fuerzas concurrentes a través de un "abanico
de fuerzas" y predecir la fuerza que equilibra a un par de fuerzas concurrentes.
INTRODUCCIÓN
Al conjunto de dos o más fuerzas aplicadas en un punto se le da el nombre de sistema de
fuerzas concurrentes, por ejemplo si una caja permanece colgada del techo mediante un
par de cuerdas, sobre ella actúan tres fuerzas concurrentes, dos que la sostienen F] y F2, y su
peso F3 debido a la atracción que ejerce la Tierra sobre ella, tal y como se muestra en la
figura 1:
i i i i
Fig. 1
Si en la figura solamente aparecen trazadas (a escala) las fuerzas involucradas y el objeto no,
se tiene entonces el diagrama de cuerpo libre, que es la representación geométrica de cada
fuerza, lo cual se muestra en la figura 2:
Fi
F3
Fig. 2
Un aspecto importante de un sistema de fuerzas concurrentes es cuando el cuerpo está en
equilibrio estático, la suma de estas fuerzas es igual a cero. Esto sucede cuando el cuerpo
se encuentra en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. Matemáticamente este estado
se reconoce por la siguiente ecuación, conocida como la condición de equilibrio estático:
F, + F2 +. .+ F = 0
ll
F2

MATERIAL
• Un abanico de fuerzas.
• Una argolla metálica.
• Ligas de elástico tubular poliéster.
• Un juego de geometría.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Parte I
1. Coloca una liga en cada uno de los brazos del abanico, como se muestra en la figura 3.
y asegúrate que la argolla quede flotando sin tocar el anillo central ¿Por qué?
Fig.3
2. Dibuja el diagrama de fuerzas correspondiente, para lo cual deberás colocar el abanico
sobre tu cuaderno o sobre una hoja de papel blanco, con la argolla hacia abajo y presionar
para que se marquen el centro (O) y la punta de los dos tornillos (A y B) en los
que están sostenidas las ligas.
3. Une los puntos A y B con el punto O por medio de segmentos y traza la punta de una
flecha en el extremo de cada segmento. Designa cada flecha como F^ y F2.
Parte II
1. Coloca una liga en cada uno de los tres brazos del abanico y gíralo hasta que la argolla
quede en el centro del abanico, como se muestra en la figura 4.
12

2. Dibuja el diagrama de fuerzas correspondiente sobre la hoja de papel blanco o de tu cuaderno,
siguiendo las indicaciones de los puntos 2 y 3 de la parte I. Designa cada una de
las flechas como Fl5 F2, y F3.
3. Empleando el método del paralelogramo, suma F, + F2sobre la hoja de papel. Ten mucho
cuidado con el uso de tus escuadras al hacer los trazos correspondientes.
Parte III
1. Coloca ahora una liga en uno de los brazos del abanico (F,) y dos ligas en cada uno de
los otros dos brazos (F2 y F3).
2. Cuando la argolla quede justamente en el centro del abanico, dibuja en tu cuaderno el
diagrama de fuerzas correspondiente, tal y como lo hiciste en las dos partes anteriores
(nyin).
3. Suma las fuerzas F2 + F3 sobre la hoja de papel o de tu cuaderno, empleando el método
del paralelogramo.
4. Si colocas 2 ligas en un brazo, 2 ligas en el otro y 3 ligas en el tercero; predice qué ángulos
deben formar los brazos entre sí para que la argolla quede en equilibrio en el centro
del abanico.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
Basándote en la figura que construíste en la parte I, contesta lo siguiente:
1. ¿ Fl y F2 tienen el mismo tamaño?
2. ¿ F1 y F2 tienen la misma dirección? Si tu respuesta es negativa, ¿cuál es la dirección de
cada fuerza?
3. ¿Cómo son los sentidos de Fl y F2 ?
Ahora con la figura trazada en la parte II, responde a las siguientes preguntas:
1. ¿Fls F2, y F3 tienen la misma magnitud?
2. ¿Tienen las fuerzas un punto de aplicación común? ¿Cuál es?
3. Con tu transportador, mide el ángulo entre cada par de fuerzas y anótalo en tu cuaderno.
¿Cómo son entre sí?
4. Compara la magnitud de F, + F2 con la de F3, ¿cómo son dichas magnitudes?
5. ¿Cómo es la dirección de F, + F2con respecto a F3 ?
13

Tomando en cuenta la figura que trazaste en la parte III, contesta lo siguiente:
1. ¿Fl5 F2) y F3 tienen ahora la misma magnitud?
2. Con tu transportador, mide el ángulo entre cada par de fuerzas y anótalo en tu cuaderno.
¿Cómo son entre sí?
3. ¿Cómo es la magnitud de F2 + F3 comparada con la de Fj?
4. ¿Cómo es la dirección de F2 + F3 con respecto a la de Ft?
ANÁLISIS
Teniendo en cuenta las observaciones que hiciste en la parte I, contesta lo siguiente:
1. ¿Qué significa que Fj y F2 estén equilibradas?
2. ¿Cómo expresarías matemáticamente el que Ft y F2 estén equilibradas?
3. Representa F! y F2 como un par ordenado, es decir Fj^S) y F2(F2, 8).
Ahora de acuerdo a las observaciones que llevaste a cabo en la parte II, contesta:
1. Cuando la argolla queda centrada, ¿cuál es la posición que guardan entre sí los brazos
del abanico?
2. ¿Qué nombre se le da a la suma de F, + F2?
3. Si consideras las fuerzas Fls F2, y F3, ¿cómo actúa cada una de ellas con respecto a la
suma de las otras dos?
4. Representa como un par ordenado las fuerzas resultante y equilibrante.
5. Expresa matemáticamente la condición de equilibrio estático para el sistema de fuerzas
concurrentes considerado en esta parte.
En cuanto a la parte III, contesta lo siguiente:
1. Al quedar centrada la argolla del abanico, ¿cómo son los ángulos entre los brazos de
dicho aparato?
2. ¿Cómo es en magnitud, la suma de F2 + F3 con respecto a Fj?
Otras cuestiones que debes contestar:
1. ¿Podrías predecir la posición en que deben colocarse los brazos del abanico para que la
argolla quede centrada, cuando tienes una liga en dos de sus brazos y dos ligas en el tercero?
2. Comprueba tu predicción usando el abanico y dibujando el diagrama de fuerzas correspondiente.
3. Suponiendo que pudieras cerrar por completo los brazos del abanico que tienen una
sola liga, ¿a qué figura se reduciría en este caso el paralelogramo?
4. Si comparas este caso con el primer ejercicio que llevaste a cabo en la parte I, ¿hay semejanza
entre ambos?
5. ¿Por qué si se tiene tres ligas en un brazo y dos ligas en los otros dos brazos del abanico,
la argolla no puede ser centrada?
6. Cuando se colocan las ligas en el abanico, ¿por qué aún cuando la argolla no esté en el
centro se tiene equilibrio estático?
7. Como una aplicación, ¿podrías determinar con el abanico de fuerzas el peso de un objeto
ligero (tu cuaderno, por ejemplo)? Explica cómo.
Conclusiones
Anota en tu reporte las conclusiones de la práctica.
BIBLIOGRAFÍA
Anota en tu reporte la bibliografía que consultaste en esta práctica.
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2. MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME EN VELOCIDAD
PROPÓSITO
Demostrar que el movimiento de una burbuja dentro de un tubo parcialmente lleno con
miel, se aproxima a un movimiento con velocidad constante.
INTRODUCCIÓN
Cuando un cuerpo se mueve a lo largo de una línea recta y recorre distancias iguales en
intervalos de tiempo iguales, decimos que su velocidad es constante. Recuerda que la velocidad
es un vector y las características de un vector son su módulo (tamaño o magnitud) y
argumento (dirección). Si cualquiera de estas dos características cambia, la velocidad no es
constante y no se tendrá un movimiento uniforme en velocidad (MUV).
MATERIAL
• Un tubo de vidrio de 1.5 metros de longitud y diámetro de Vi pulgada, parcialmente
lleno con miel de la empleada para endulzar la leche para bebés. La burbuja que se
forma, puede ser de unos 6 centímetros de longitud aproximadamente y el tubo perfectamente
bien sellado en sus extremos mediante algún material epóxico.
• Una regla de madera de un metro de longitud.
• Un cronómetro.
• Hojas de papel milimétrico.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Sujeta el tubo parcialmente lleno con miel, a la regla de madera, de modo que sobresalgan
25 centímetros en cada extremo, puedes emplear cualquier tipo de cinta adhesiva.
Imagina que dentro de la burbuja vive una pequeña pulga, la cual cuando tú inviertes el
tubo percibe su movimiento por la regla sujeta al tubo. Su mundo se llama linealandia,
porque en él sólo hay una dimensión. La pulga no sabe si está subiendo o bajando, para
ella sólo existe el movimiento a lo largo de la línea. Las marcas en la regla son su referencia,
si está en la división cero e instantes después está en la división 50 centímetros,
es que se aleja de su origen. Por el contrario si está en la división 80 centímetros y un
tiempo después está en el cero de la regla, es que regresó a su origen.
15

2. Invierte el tubo de manera que esté colocado verticalmente. Comienza a tomar el tiempo,
a partir de que el frente de la burbuja pase por el cero de la regla. Toma los tiempos
cuando el frente de la burbuja pase por las divisiones 10, 20..., 90 y 100 centímetros.
3. Repite el experimento anterior, pero ahora toma los tiempos a partir del cero de la regla
y cuando el frente de la burbuja pase por posiciones arbitrarias. Por ejemplo 14,26,38
etc. hasta 100 centímetros.
4. Repite tu experimento, pero ahora comienza a tomar el tiempo a partir de que el frente
de la burbuja pase por la división de 20 centímetros y registra tus tiempos cuando pase
por 30, 40... 90 y 100 centímetros.
5. Repite tu experimento, pero ahora comienza a tomar el tiempo cuando el frente de la
burbuja pase por la división 100 centímetros y registra los tiempos cuando pase por las
divisiones de 90, 80, 70,... 10 y 0 centímetros.
6. Predice en donde estará la burbuja cuando después de la marca de 20 centímetros hayan
pasado 5 segundos.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
Para cada uno de los experimentos anteriores haz una tabla de distancia o posición en centímetros
y el tiempo correspondiente en segundos.
Construye en una hoja de papel milimétrico la gráfica "distancia contra tiempo", para cada
uno de los movimientos propuestos. Utiliza una hoja para cada gráfica
Calcula la pendiente de cada una de las gráficas.
ANÁLISIS
1. ¿Cuál es el significado físico de la pendiente de tus gráficas?
2. ¿En qué forma te indica la gráfica cuándo nos acercamos o nos alejamos al origen?
3. ¿Qué representa la posición en el tiempo cero?
4. Si observas la burbuja de otro tubo, notarás que no lleva la misma rapidez que la del
tubo que estás utilizando. Llama burbuja A, a la tuya y B a la de otro compañero. Si
ambas parten en el mismo instante de su origen y trazas sus gráficas "distancia contra
tiempo" en el mismo sistema de ejes:
a) ¿Cuál es la diferencia entre estas dos gráficas?
b) ¿Cuál tiene mayor pendiente?
c) ¿Cuál tiene mayor velocidad?
5. La burbuja es una aproximación a Linealandia, ¿por qué en Linealandia, se podrían
cruzar dos móviles?.
6. En realidad el MUV no es muy común en nuestra vida cotidiana. Menciona 5 ejemplos
de movimientos que, como el de la burbuja, se aproximan a un MUV.
7. ¿Podrías escribir una ley para este movimiento?
CONCLUSIONES
Escribe una conclusión en relación a las características más relevantes de este movimiento.
BIBLIOGRAFÍA
Incluye en este punto los libros que consultaste para resolver esta práctica.
16

3. MOVIMIENTO ACELERADO
PROPÓSITO
Estudiar las características de un movimiento uniformemente acelerado.
INTRODUCCIÓN
Un movimiento uniformemente acelerado es aquel en el que la velocidad de un cuerpo es
directamente proporcional al tiempo transcurrido. Como consecuencia, la aceleración c/\
móvil se mantiene constante. Galileo estudió el movimiento de una esfera que se ni< > i •
sobre un plano inclinado. Experimentó con inclinaciones cada vez mayores hasta cncoi .> • <
por extrapolación la aceleración de la gravedad.
MATERIAL
• Un canal de aproximadamente 120 cm de longitud, con soportes.
• Un balín (o una canica grande).
• Un cronómetro.
• Una regla o cinta métrica.
• Dos o tres libros.
• hojas de papel milimétrico
Nota: el canal puede ser de madera, de triplay o de aluminio.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Marca el canal con un plumín cada 20 centímetros, comenzando desde uno de sus extremos
(en el experimento será el extremo inferior).
2. Coloca el canal sobre la mesa, de tal manera que forme un ángulo con i a ho: ( ' ^üal
como se muestra en la figura. Puedes utilizar 1 ó 2 libros
r
v_
3. Suelta el balín desde la primera marca de 20 cm y mide el tiempo con ayuda del cronómetro.
Repite tres veces la experiencia para tener un tiempo promedio.
4. Repite el paso anterior soltando el balín desde la segunda marca. Después desd" la i er
cera y así sucesivamente.
5. Anota los datos en la tabla y calcula las velocidades medias.
17

OBSERVACIONES Y RESULTADOS
Tabla de datos del experimento.
d (cm) t(s) tp (s) Vm - d / tp (cm/s)
0 1)
2)
3)
20 1)
2)
3)
40 1)
2)
3)
60 1)
2)
3)
80 1)
2)
3)
100 1)
2)
3)
120 1)
2)
3)
En una hoja de papel milimétrico traza la gráfica de desplazamiento contra el tiempo promedio.
Interpreta el significado físico de la gráfica obtenida y anéxala a tu reporte.
Haz una gráfica con los datos de la velocidad media contra el tiempo y calcula su pendiente.
ANÁLISIS
1. ¿Por qué es necesario medir tres veces el tiempo de desplazamiento?
2. ¿Se observa que el tiempo se duplica o triplica, etc. para cada uno de los desplazamientos?
3. ¿Qué forma tiene la gráfica de velocidad media contra tiempo?
4. ¿A qué proporcionalidad corresponde la gráfica de velocidad media contra tiempo?
5. ¿Cuál es el significado físico de la pendiente de dicha gráfica?
6. ¿Qué tipo de movimiento tiene el balín sobre el canal?
7. ¿Cuál es la ecuación que representa al movimiento del balín?
CONCLUSIONES
Escribe tus conclusiones con relación a las características más relevantes en este movimiento.
BIBLIOGRAFÍA
Incluye los libros que consultaste para resolver la práctica.
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4. SEGUNDA LEY DE NEWTON
(PARA FUERZAS CONSTANTES)
PROPÓSITO
Observar experimentalmente los efectos de la fuerza y la masa sobre la aceleración de los
cuerpos.
INTRODUCCIÓN
La aceleración es el cambio de la velocidad de un cuerpo en la unidad de tiempo. Si una
fuerza no equilibrada actúa sobre un cuerpo le produce una aceleración. Entre más grande
sea la magnitud de la fuerza mayor será la aceleración del cuerpo, es decir, hay una relación
directamente proporcional entre la fuerza y la aceleración. La relación F/a es una constante
para cada cuerpo particular y recibe el nombre de masa inercial, ya que es una medida cuantitativa
de la inercia. Si una fuerza se aplica a un cuerpo de masa m, la aceleración que le
produce es inversamente proporcional a su masa.
Material
• Un ticómetro.
• Un carro.
• Dinamómetro de 250 gramos fuerza.
• Un soporte universal.
• Una regla graduada.
• Pinzas de sujeción.
• Polea con vastago.
• Un marco de pesas.
• Tira de papel para ticómetro.
• Hilo y cinta adhesiva.
• Papel milimétrico.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Parte I
1. Monta el dispositivo experimental como se muestra en la figura. Determina la masa del
carro y la del dinamómetro, agrega las pesas necesarias para que la masa fija total del conjunto
sea de 120 gramos.
19

2. Sujeta el dinamómetro al carro.
3. Adhiere un extremo de la tira de papel al carro cuidando que pase por las grapas del
ticómetro. En el otro extremo de la mesa fija la polea al soporte universal con las pinzas
de sujeción.
4. Con un hilo resistente une el extremo móvil del dinamómetro con una pesa de 20 g la
cual será la que proporcione la fuerza desequilibrada que mueva al conjunto carro, dinamómetro,
pesas. Cuida que el sistema formado por el ticómetro, la tira de papel, el
carro, el dinamómetro, el hilo y la polea, se encuentren alineados para evitar cualquier
obstrucción.
5. Al tener listo el sistema, pon a funcionar el ticómetro e inmediatamente después deja
libre la pesa de 20 gramos.
6. Observa cuidadosamente la lectura que marca el dinamómetro mientras el carro está en
movimiento y registra su valor.
7. Cuando el carro esté a punto de chocar con el soporte sujétalo y quita la pesa. Retira la
tira de papel, la cual deberá tener claramente marcados los puntos y determina la aceleración
media del carro. Para ello, pregunta la frecuencia del vibrador del ticómetro y determina
la distancia recorrida por cada décima de segundo. Anota los datos obtenidos
en el cuadro respectivo.
PARTE II
1. Determina la masa del conjunto carro-dinamómetro sin ninguna pesa y anota su valor.
2. Adhiere al carro un extremo de la tira de papel, cuidando que dicha tira pase por las
grapas del ticómetro.
3. Por medio del hilo une el extremo móvil del dinamómetro con una pesa de 100 g.
4. Al tener listo el sistema pon a funcionar el ticómetro e inmediatamente después deja
libre la pesa de 100 g.
5. Observa cuidadosamente la lectura que marca el dinamómetro mientras el carro está en
movimiento y registra su valor.
6. Cuando el carro esté a punto de chocar con el soporte sujétalo y quita la pesa. Retira la
tira de papel con los puntos marcados y siguiendo el mismo procedimiento señalado en
el punto 7 de la primera parte, determina la aceleración media que experimenta el carro.
7. Repite los mismos pasos, del 1 al 6, pero agrégale al carro una pesa de 100 g, de tal manera
que se puedan determinar la aceleración para una masa diferente. En el cuadro 3
registra para cada caso la masa total y el valor de la aceleración experimentada por el carro.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
Primera tabla
DISTANCIAS-TIEMPOS (EXPERIMENTALES)
Tiempo (s) Distancia (cm) Tiempo 2 (s 2 )
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
1. Con los datos de la tabla, dibuja la gráfica de distancia en función del tiempo al cuadrado.
Une los puntos obtenidos y determina la forma que presentan los puntos.
2. Para obtener la aceleración del carro, multiplica por 2 el valor obtenido de la relación
d/t 2 .
3. Registra al valor de la aceleración del carro.
20

F = Fuerza (g)
(Leída en el dinamómetro)
Experimento con 100 g
Experimento con 200 g
Segunda tabla
FUERZAS-ACELERACIONES (EXPERIMENTALES)
a = aceleración (cm/s 2 ) m=f F/a (g/cm/s 2 )
4. Con los datos de la 2 a . tabla, construye una gráfica "fuerza contra aceleración" y determina
la pendiente de la recta obtenida de unir los puntos.
Tercera tabla
MASAS-ACELERACIONES (EXPERIMENTALES)
m = masa del carro (g) a = aceleración del carro
(cm/s 2 )
1/m fe-') ma (g cm/s 2 )
5. Con los datos de la 3 a . tabla, dibuja las gráficas de aceleración contra masa: avsm,y la de
aceleración contra el inverso de la masa: a vs 1/m.
Análisis
Parte I
1. ¿Qué se entiende por aceleración media de un móvil?
2. ¿Cuál es la frecuencia del vibrador del ticómetro?
3. ¿Qué consideración hiciste para determinar el tiempo en el experimento?
4. ¿Cómo defines la fuerza?
5. ¿Qué se entiende por fuerza neta o fuerza resultante?
6. ¿Por qué la fuerza neta que recibe el carro la leímos en el dinamómetro, en lugar de
considerar el valor de la pesa suspendida?
7. ¿Cómo se define la fricción?
8. ¿Cuál es el valor de la pendiente de la recta que obtuviste al graficar fuerza contra aceleración
con los datos de la 2 a . tabla? ¿El valor obtenido es el mismo que se obtiene al dividir
F/a en la tercera columna de dicha tabla?. Explica
9. ¿Qué significado físico tiene la pendiente de la recta?
10. ¿Cuál es el enunciado de la segunda ley de Newton?
CONCLUSIONES
Escribe tus conclusiones sobre los efectos de la fuerza y la masa sobre la aceleración.
BIBLIOGRAFÍA
PÉREZ MONTIEL, H. (1997). Física General, México: Publicaciones Cultural.
21

i 5. DENSIDAD Y VOLUMEN
PROPÓSITOS
Aplicar los conceptos de densidad y volumen para indagar la composición de una sustancia.
INTRODUCCIÓN ,
Es muy conocida la anécdota del rey de Siracusa, que planteó al sabio Arquímedes el problema
de averiguar si la corona que había mandado fabricar era totalmente de oro. Arquímedes
sumergió en agua la corona y observó el volumen de agua desalojado. Luego sumergió
una masa de oro igual a la de la corona y comparó los volúmenes de agua desalojados.
Al ser diferentes, concluyó que el orfebre había mezclado el oro con otro metal.
Arquímedes se basó en que iguales masas de diferentes sustancias, ocupan volúmenes diferentes.
Este concepto se conoce como densidad.
p = m donde p = densidad
V m = masa de la sustancia
V = volumen
MATERIAL
• Una probeta graduada de 20 mililitros.
• Una probeta graduada de 50 mililitros.
• Una balanza graduada hasta décimas de gramo.
• Un vaso de precipitados.
• Una barra de plastilina.
• Tornillos gruesos de acero.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Coloca 10 mi de agua en la probeta e introduce un trozo de plastilina de manera que
puedas medir el volumen de agua desalojado.
V P=
2. Mide con la balanza la masa del trozo de plastilina y anota tu lectura:
3. Repite los pasos anteriores, pero empleando algunos tornillos.
Vt =
m< =
4. Trata de repetir el experimento realizado por Arquímedes con su corona: un estudiante
formará una bola de plastilina en cuyo interior colocará arbitrariamente, cierta cantidad
de tornillos, mientras que otro resolverá el problema de indagar la composición de la
mezcla (bola).
23

5. Para hacer el experimento, llena parcialmente de agua el vaso de precipitados y haz una
marca hasta donde quede el nivel inicial; introduciéndose la bola de plastilina que tiene
los tornillos en su interior y marca el nivel final alcanzado por el agua.
(,. Mide el volumen de agua desalojado por la bola; para esto, regresa el agua desalojada a
una probeta graduada hasta que el nivel del agua quede en la marca inicial. Esta cantidad
de agua corresponde al Vb =
7. Mide la marca de la bola de plastilina con tornillos mb =
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Con las medidas obtenidas en los pasos del 1 al 3, calcula las densidades de la plastilina y
los tornillos:
2 Calcula ahora la densidad de la bola de plastilina que contiene los tornillos, utiliza las
mediciones que hiciste en los pasos 6 y 7.
3.1 rata de determinar la masa de los tornillos y de la plastilina, sin separarlos de la "bola".
Recuerda que la masa de la plastilina, más la de los tornillos es igual a la masa total de la
bola v que lo mismo sucede en cuanto a su volumen.
:n;, - mp + m, (1)
(2)
Vh = Vp + Vt
Si la ecuación (1) la escribimos en función del volumen:
,., V,,= opm;j+ G,Vt (1')
< ,on las ecuaciones (1') y (2) y empleando los datos conocidos (ob ,Vb, opy Q,) resuelve
el -astenia de ecuaciones y encuentra:
V, =
v; = r
24

4. Si no puedes, pide ayuda a tu profesor, el caso es que conociendo el volumen de la plastilina
y los tornillos. Compara los resultados medidos con los calculados.
ANÁLISIS
1. Compara la densidad de la bola con las densidades de la plastilina y la de los tornillos por
separado. ¿Qué infieres?
2. Saca los tornillos de la plastilina y mide con tu balanza las masa de la plastilina y los tornillos.
Compara los resultados medidos con los calculados.
3. Menciona algunos ejemplos de cómo puedes aplicar lo aprendido a casos similares de
nuestra vida cotidiana.
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte las conclusiones que juzgues pertinentes.
BIBLIOGRAFÍA
HEWITT. P. G. (1996) Física conceptual. México: Trillas, pp. 252 - 255.
25

6. EXPERIMENTO DE TORRICELLI
PROPÓSITO
Determinar el valor de la presión atmosférica local, utilizando el experimento de Torricelli.
INTRODUCCIÓN
La atmósfera que rodea a nuestro planeta es una gran masa de aire y debido a su peso produce
una presión sobre todos los cuerpos sumergidos en ella. A esta presión se le llama
presión atmosférica, ésta no es constante a lo largo del planeta, varía con la altitud de las
regiones, debido a que la densidad del aire cambia con la profundidad.
Como el aire es un fluido la presión hidrostática que ejerce se puede calcular mediante la
ecuación P = pgh; donde h es la profundidad a la que se encuentra el cuerpo con respecto
a la parte superior de la atmósfera, por lo que no es fácil medirla y p es la densidad del aire
que también es variable; ¡el cálculo se complica demasiado! Sin embargo como los físicos
son muy abusados, a uno llamado Evangelista Torricelli se le ocurrió cómo determinar el
valor de la presión atmosférica. Simplemente recordó sus clases de la prepa y se le vino a la
memoria que si dos fluidos que están en contacto y ninguno se desplaza, significa que están
en equilibrio, por lo tanto ejercen la misma presión.
Como todo buen físico, aparte de inteligente también era creativo, así diseñó un experimento
(que por cierto lleva su nombre) para determinar el valor de la presión atmosférica.
En esta práctica se utilizará el experimento de Torricelli para medir la presión atmosférica
del lugar en que te encuentres.
MATERIAL
• Un tubo de vidrio de aproximadamente 1 m de largo, sellado por uno de sus extremos.
• Un vaso de precipitados de 250 mi.
• Un soporte universal.
• Pinzas de doble nuez.
• Un gotero.
• 350 mi de mercurio.
• Guantes de látex
• Una manguera de aproximadamente 10 m de longitud y Vi pulgada de diámetro interior.
• Agua.
• Un tapón de hule para la manguera.
• Una abrazadera de 3 4 pulgada.
• Una cubeta.
• Un lazo de aproximadamente 10 m.
• Masking tape.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
a) Con Mercurio
8. Llena el tubo de vidrio completamente con mercurio, con el auxilio del gotero.
9. Coloca en el vaso de precipitados 125 mi de mercurio.
10. Ponte los guantes y tapa con un dedo el orificio del tubo de vidrio.
11. Invierte el tubo e introdúcelo en el vaso de precipitados, es importante que el tubo se
destape hasta que se encuentre sumergido adecuadamente en el mercurio. Figura 1.
12. Se fija el tubo con la ayuda del soporte universal y de las pinzas.
13. Se mide la longitud de la columna de mercurio. Anota este dato.
27

Fig. 1 Dispositivo con mercurio
¡debes tener cuidado de no ingerir mercurio ya que es venenoso!, para trabajar con él
deberás quitarte tus anillos de oro o plata ya que se manchan, al término de la práctica lávate
bien las manos con agua y jabón, una manera de hacer inofensivo el mercurio derramado
es espolvorerar azufre en las zonas donde se tiró.
b) Con agua.
14. Con el tapón de hule sella un extremo de la manguera.
15. Coloca la abrazadera en el mismo extremo y aprieta con el desarmador, cuidando que
no haya fuga de agua. Figura 2
16. Vierte agua en la cubeta hasta la mitad aproximadamente.
17. Llena la manguera con agua, verifica que no queden burbujas de aire.
18. Tapa fuertemente con la palma de la mano el extremo de la manguera que no está sellado.
19. Introduce en la cubeta el extremo de la manguera que estás tapando con la mano y retírala
cuando esté sumergida adecuadamente.
20. Levanta, con ayuda de un lazo la manguera, debe quedar completamente vertical. Observa
la parte superior de la manguera.
28

21. Marca con masking tape la parte inferior de la manguera, justo en el nivel del agua que
está en la cubeta y en donde termina la columna de agua.
22. Tira el agua de la manguera en las plantas.
23. Baja la manguera y extiéndela sobre el piso.
24. Con el flexómetro mide la longitud de la columna de agua. Anótalo.
V J
Fig. 2 Dipositivo con agua
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Con los datos que obtuviste en el experimento, determina el valor de la presión atmosférica
de tu región.
2. Verifica el valor experimental, con el que aparece en un libro, en una tabla o en la estación
meteorológica de tu plantel.
ANÁLISIS
1. ¿Cuál es el máximo valor para la presión atmosférica?.Escríbelo en Paséales, atmósferas
y mm de mercurio.
2. ¿En que región del planeta la presión atmosférica es mayor?
3. De acuerdo con los cálculos realizados en la práctica. ¿Es mejor utilizar mercurio o
agua? Explica
4. Si se supone que el valor de la presión atmosférica es independiente del fluido que se
utilice, ¿Por qué la columna de agua y de mercurio no tienen la misma longitud?
5. Si realizaras el experimento en Acapulco, ¿obtendrías la misma longitud de las columnas
de los fluidos utilizados?. Explica.
6. Si lo realizaras en Toluca, ¿cambiaría el valor de la presión atmosférica?. Explica.
7. Explica por qué la parte superior de la manguera se aplasta.
8. ¿Por qué es importante que no queden burbujas de aire al llenar el tubo de vidrio o la
manguera?
9. Cuando una persona que vive en la Ciudad de México va a Acapulco, ¿aumenta o disminuye
la presión atmosférica?. Explica.
29

10. Si la misma persona que vive en la Ciudad de México va a Acapulco, ¿aumenta o disminuye
su presión arterial?. Explica.
11. ¿Qué ocurriría si se quitará la atmósfera terrestre?
CONCLUSIONES
Anota tus conclusiones sobre el experimento realizado.
BIBLIOGRAFÍA
Anota los libros que consultaste para resolver la práctica.
30

7. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
PROPÓSITO
Verificar que los objetos disminuyen de peso cuando están sumergidos en un fluido.
INTRODUCCIÓN
Los líquidos y los gases reciben el nombre de fluidos porque fluyen. Los líquidos son tan
importantes en nuestra vida que no es sorprendente que una de las primeras leyes cuantitativas
de la física se refiera a los fluidos. De hecho, Arquímedes de Siracusa (287-212 a. C.)
en su libro sobre los cuerpos flotantes enuncia lo que hoy llamamos Principio de Arquímedes:
Un cuerpo sumergido (total o parcialmente) en un fluido está sujeto a la acción de
una fuerza vertical hacia arriba cuya magnitud es igual al peso del fluido desalojado
por el cuerpo.
El hecho de que exista el empuje de abajo hacia arriba es muy conocido. En efecto, es una
experiencia común que los cuerpos parecen pesar menos si están dentro del agua y que una
pelota que flota en el agua tiene que ser empujada para que se sumerja. Es claro, entonces,
que el agua empuja hacia arriba a los objetos que están en ella.
MATERIAL
• Una pesa de 100 gramos.
• Un dinamómetro.
• Una probeta graduada de 100 mi.
• Pesa de diferente material (fierro, plomo, bronce, madera, aluminio). Se recomienda
que sean del mismo tamaño.
• Agua.
• Aproximadamente 15 cm de hilo.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Calibra el dinamómetro, colgando de él una pesa de 100 gramos. Muchos dinamómetros
están graduados en gramos fuerza. Recuerda que 100 gramos de masa pesan 1
Newton aproximadamente.
2. Agrega cierta cantidad de agua a la probeta (puede ser a la mitad del volumen de la
probeta), y registra esta cantidad como volumen inicial (Vi).
3. Coloca en el gancho del dinamómetro el trozo de hilo. En este último cuelga una de las
pesas que nos interesa (fierro, plomo, bronce, madera, aluminio). Registra la lectura del
dinamómetro (Faire).
4. Después de tener la medida anterior, introduce la pesa en la probeta de tal manera que
quede debajo de la superficie del agua. Registra la lectura del dinamómetro (Faire). Observa
si esta lectura cambia cuando la pesa se encuentra a diferente profundidad.
5. En el momento en que la pesa se encuentra debajo de la superficie del agua, observa
cuál es el volumen que alcanza el agua en la probeta (Vf). Entonces determina el volumen
desplazado por la pesa (Vd = Vf-Vj).
31

OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Haz dos esquemas: uno que represente al objeto suspendido del dinamómetro dentro
del agua y otro cuando está afuera.
2. Dibuja ahora un esquema que represente el empuje recibido por el objeto.
3. Si ya te diste cuenta, cuando la pesa está debajo de la superficie del agua, aparece una
fuerza de empuje (Fem uje). Como la pesa está en reposo, la suma de las fuerzas que actúan
sobre la pesa es cero, entonces, ¿cómo representas matemáticamente esta relación?
4. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza de empuje (Fe ¡J, para cada una de las pesas, cuando
se encuentran en el agua? Para facilitar el registro de los datos, llena la siguiente tabla.
MATERIAL -Taire
32
1 agua
A empuje

ANÁLISIS
1. ¿Cómo es la fuerza de empuje comparada con el volumen del líquido desplazado?
2. ¿Hubo algún problema con la pesa de madera? Explica lo que observaste
3. ¿Tiene algo que ver la densidad de las pesas con la fuerza de empuje?
4. ¿Tiene algo que ver el peso de las pesas con la fuerza de empuje?
5. ¿Tiene algo que ver el volumen de las pesas con la fuerza de empuje?
6. ¿Tiene algo que ver la forma de la pesa con la fuerza de empuje?
7. El aire es un fluido y las pases están sumergidas en él. ¿Ejerce el aire un empuje sobre
las pesas? ¿Cómo podrías verificarlo?
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte dos conclusiones sobre el experimento realizado.
BIBLIOGRAFÍA
ALVARENGA, B. Y MÁXIMO, A..(1995). Física con experimentos sencillos, México: Haría.
CETTO. A. MARÍA et al. (1993). El mundo de la física, México: Trillas.
HEWITT. P. G. (1995). Física conceptual, México: Addison-Wesley Iberoamericana.
33

8. EQUILIBRIO TÉRMICO
PROPÓSITOS
Reconocer la importancia del equilibrio térmico en los fenómenos que ocurren en la
naturaleza para entender el concepto de temperatura. Aplicar la Ley Cero de la
termodinámica.
INTRODUCCIÓN
En termodinámica lo mismo que en mecánica, un estado de equilibrio en un sistema, es
aquel en el que no hay tendencia a un cambio. Decimos también que dos sistemas están en
equilibrio térmico si no existe transferencia neta de energía térmica cuando se ponen en
contacto.
Cuando se vierte agua caliente en un vaso de cristal, el vaso se calentará rápidamente
hasta que éste y el agua lleguen a la misma temperatura. Si nadie toca el vaso con agua, éste
se enfriará lentamente hasta llegar a la temperatura ambiente. Esto significa que todos los
sistemas físicos tienden a establecer un equilibrio termodinámico, en otras palabras, todos
los sistemas tienden a alcanzar la misma temperatura. De esta experiencia simple se concluye
una Ley fundamental de la naturaleza llamada Ley Cero de la termodinámica, que dice:
"Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, están en equilibrio térmico
entre sí". Esta ley nos llevi a otra conclusión importante: si no hay transferencia de
energía térmica entre dos sistemas, es que tienen la misma temperatura.
No existen límites para las temperaturas elevadas, sin embargo, la temperatura mínima
posible es el cero absoluto.
MATERIAL
• 4 vasos de precipitados de 250 mi.
• Agua.
• 2 Termómetros de mercurio.
• Hielo.
• Cuchara.
• Refrigerador.
• Fuente de calor.
• Soporte universal.
• Anillo con presa de sujeción.
• Probeta graduada.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Vierte 200 mi de agua en uno de los vasos de precipitados. Monta el arreglo experimental
como se muestra en la figura y calienta el agua hasta que alcance una temperatura
aproximada de 70 °C.
35

2. Con mucho cuidado vierte el agua en otro de los vasos, después de unos segundos toca
el vaso.
3. Con ayuda de los termómetros efectúa las siguientes mediciones:
agua
L ambiente
4. Toma ahora 2 cubos de hielo y deposítalos en el tercer vaso de precipitados, después de
unos segundos, toca el vaso y efectúa las siguientes mediciones:
T,
hielo en vaso
T. ambiente
5. Compara la temperatura del vaso con la temperatura ambiente.
6. Vierte aproximadamente 200 mi de agua de la llave en otro vaso de precipitados y mide
su temperatura.
T..
" agua
7. Colócalo en el congelador de un refrigerador (si no hay en la escuela verifícalo en tu
casa).
8. Anota la temperatura ambiente y la que indica el termostato del refrigerador (si no da la
lectura considera una aproximada).
• ambiente • termostato
36

OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Inmediatamente después de vaciar el agua caliente en el vaso de precipitados, si tocas la
superficie de éste, ¿qué sientes?
2. ¿Dirías que están en equilibrio térmico?
3. Si dejas un tiempo prolongado el vaso con el agua, sin alterarlo, ¿el sistema alcanza el
equilibrio con el medio ambiente?
4. Después de dejar el hielo en el vaso, toca el vaso inmediatamente; ¿qué sientes?
5. ¿Estarán entrando en equilibrio térmico el vaso y el hielo?
6. Después de un tiempo prolongado sin alterar el sistema, se observa que el hielo se funde.
Entonces, ¿llegarán nuevamente a equilibrarse con el ambiente?
7. ¿Qué ocurriría sí la temperatura ambiente fuera de -10 °C?
8. Si se deja un tiempo prolongado el vaso con agua en el congelador, ¿qué pasará con el
agua y el vaso? ¿están en equilibrio térmico con el congelador?
9. Si desconectaras el refrigerador, ¿qué pasaría con el congelador, el vaso y el agua?
ANÁLISIS
1. ¿Podríamos asegurar que todos los cuerpos tienden a equilibrase térmicamente? ¿Por
qué?
2. ¿Todo el Universo se está equilibrando térmicamente? ¿Por qué?
3. Todos los átomos que conforman un cuerpo, ¿están en equilibrio térmico?
4. ¿Cuándo dices que dos cuerpos están a la misma temperatura?
5. Investiga, el significado de sistema y medio ambiente en termodinámica.
6. Enuncia la ley cero de la termodinámica.
7. Explica qué relación existe entre la ley cero, y un refrigerador funcionando.
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte algunas conclusiones derivadas del experimento.
BIBLIOGRAFÍA
BLATT, FRANK W. Fundamentos de Física. México: Pretince Hall.
DOUGLAS C. GlANCOLI. Física General. México: Prentice Hall. Vol. 1.
LEA, SUSAN M. Física, La Naturaleza de las cosas. México: Thompson. Vol.l.
PÉREZ MONTIEL, H (1996) Física General. México: Publicaciones Cultural.
37

PROPÓSITO
Calcular el calor específico de un metal.
9. CALOR ESPECÍFICO
INTRODUCCIÓN
La energía calorífica que se necesita para elevar la temperatura de una sustancia dependerá
de 3 factores: i) de la naturaleza de la sustancia, ii) del aumento de la temperatura deseada, y
iii) de la masa de la sustancia. Las dos últimas cantidades probablemente no causen problemas,
ya que se sabe que la temperatura se mide en grados Celsius (°C) y la masa en kilogramos
o gramos; mientras que para cuantificar el primer factor será necesario definir una
nueva unidad, la caloría. Para ello, se toma como referencia a la sustancia más "común"
para el ser humano, el agua y para facilitar su manejo, solamente a 1 gramo de ella.
A la cantidad de energía calorífica necesaria para cambiar la temperatura de lg de agua,
en 1°C, se le denomina caloría. Si quieres complicarte la vida, emplea la definición en términos
de Joules, donde leal = 4.186 J, es decir 1J « 0.238 cal.
Pero dirás, no todo en la naturaleza es agua. Entonces, ¿cómo se medirá la cantidad de
calor que absorbe o cede una sustancia que no es agua? La solución será dando otra definición,
el calor especifico. A la cantidad de calorías que se necesitan para cambiar la temperatura
de 1 gramo de cualquier sustancia en 1°C, se le bautizará con el nombre de calor
específico.
¿Cuál será el calor específico del agua? Pues 1 cal/g°C, no lo olvides, este valor te será
útil para tus cálculos posteriores.
MATERIAL
• 100 g en trozos de metal (tachuelas de cobre, chinches de aluminio, clavos de hierro,
etc.).
• 100 mi de agua.
• Dos termómetros.
• Vaso de precipitado (en su lugar puede utilizarse un calorímetro o un vaso de unicel
tapado o un tortillero de unicel).
• Matraz de bola.
• Tubo de ensaye.
• Fuente de calor.
• Soporte universal.
• Balanza granataria.
• Sujetador para matraz.
• Pinzas para tubos de ensaye.
• Anillo de alambre.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Monta la fuente de calor en el soporte universal, coloca sobre ella el matraz de bola
con el apoyo de un sujetador especial para ello.
2. Vierte agua dentro del matraz hasta que llegue a la mitad.
3. Coloca los trozos del metal (100 g), en el tubo de ensaye, e introdúcelo en la boca del
matraz como se muestra en la figura.
39

•T l^-C 7 CSbrel
CobmHMto p|erro (JE
Fierro
Fierro
4. Pon a funcionar tu fuente de calor, si es una parrilla eléctrica conéctala a la toma de
corriente.
5. Introduce uno de los termómetros entre los trozos del metal que fueron colocados en
el tubo de ensaye.
6. En el vaso de precipitado vierte 100 mi de agua y mide la temperatura de ella, deja el
termómetro en el interior del líquido. ¡Sería mejor utilizar un calorímetro, un tortillera
o un vaso de unicel tapados, para evitar pérdidas de calor!
7. Cuando los trozos de metal alcancen una temperatura promedio entre 90 a 95 °C, toma
al tubo de ensaye con las pinzas y viértelos al calorímetro que contiene los 100 mi
de agua.
8. Con el termómetro mueve un poco la mezcla y mide la temperatura de equilibrio (T¡).
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Las cantidades medidas en el experimento son:
m = 100g
T agua
T =
*- metal
Tf-
C e(agua) = 1 Cal/g °C
2. Recuerda que el calor ganado por el agua es igual al calor que pierden los trozos de metal,
es decir:
40

\l ganado " ^c perdido
3. Calcula el calor específico del metal empleado en el experimento, a partir de la ecuación:
[m ce (Tf - T¡)] agua = [- m ce (tf - t¡)] meta!
Despeja el ce del metal y sustituye los valores medidos. Recuerda que Tf es la temperatura
de equilibrio.
ANÁLISIS
1. Si en otro(s) equipo (s) se empleó el mismo metal, calcula el ce promedio obtenido en el
laboratorio. ¿Es éste el calor específico del metal problema?
2. ¿Coincide el calor específico calculado experimentalmente con el que aparece en los libros?
3. Si el valor promedio difiere del que reportan los libros, anota las causas por las cuales
difiere este valor.
4. El cc de un material, ¿depende de su masa?
5. ¿Cómo se define la capacidad térmica de un material?
6. La capacidad térmica de las sustancias, ¿depende de su masa?
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte las conclusiones pertinentes.
BIBLIOGRAFÍA
ALONSO Y ROJO. (1995) Física, Mecánica y Termodinámica, México: Addison Wesley.
ALVARENGA, B. Máximo A. (1995) Física General, México: Haría.
41

10. EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR
PROPÓSITOS
Demostrar la posibilidad de convertir todo el trabajo mecánico en calor y determinar su
equivalente.
INTRODUCCIÓN
Si tenemos una jeringa cerrada en la que se encuentra contenido un gas, y lo comprimimos
con el émbolo, notaremos que la temperatura del gas aumenta. Si a una persona ajena al
experimento se le pregunta cómo se elevó la temperatura del gas, no tendrá manera de saber
si fue mediante un trabajo o mediante una fuente de calor. J. P. Joule (1818-1889), realizó
un experimento para determinar el equivalente mecánico del calor. Dicho experimento
consistió en elevar la temperatura de una cierta cantidad de agua, moviendo una rueda
con aspas. Pudo obtener el trabajo efectuado sobre el agua y calcular el equivalente de calor
recibido. Lo que encontró fue que 4.186 joule de trabajo equivalen a una caloría.
MATERIAL
• 500 g de municiones de plomo.
• 2 vasos grandes de unicel.
• Un termómetro.
• Una regla graduada en milímetros.
• Una balanza.
• Cinta masking tape.
Fig.l
DESARROLLO EXPERIMENTAL
25. Mide 500 gramos de municiones de plomo y deposítelas en uno de los vasos de unicel.
26. Introduce el termómetro entre las municiones y mide su temperatura (T¡).
27. Coloca el otro vaso en forma invertida sobre el primero y sujétalo con cinta masking
tape, como muestra la figura 1.
43

28. Mide la altura h del dispositivo experimental.
29. Una vez armado el dispositivo inviértelo súbitamente, de manera que la posición sea
nuevamente vertical. Las municiones habrán caído una altura h. Repite esta operación
100 veces.
30. Una vez terminada la operación anterior, introduce el termómetro entre las municiones,
haciendo una perforación en uno de los vasos, sin despegarlos. Mide su temperatura
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. El trabajo efectuado sobre las municiones de plomo, se debe a las cien caídas libres
dentro del dispositivo experimental, por lo tanto, lo puedes calcular:
W = 100 m g h
m = 0.5 kg
g = 10 m/seg 2
h = m
W - J
2. Calcula ahora el calor absorbido por las municiones, durante el experimento.
Q = ce m At
ce = cal/g °C
m = 500g
At = (Tf-Ti) = °C
Q = cal.
3. Divide el trabajo W entre la cantidad de calor Q.
_W_ = Joule/cal
Q
¡Has encontrado el equivalente mecánico del calor, en joule /calorías experimentalmente!
ANÁLISIS
1. Reúne los resultados obtenidos por los demás equipos de trabajo y calcula el valor
promedio. ¿Este es el valor del equivalente mecánico del calor?
2. Compara el valor obtenido experimentalmente con el que reportan los libros.
3. Calcula el error, comparando el valor de 4.186 joule/caloría con el promedio medido
en el laboratorio.
4. Anota tres causas por las cuales tu valor promedio difiere del valor reportado en los
libros (4.186 joule/caloría).
5. Investiga quien fue el Conde Rumford (1753-1814) y la importancia que tuvieron sus
investigaciones en relación a la concepción actual de calor.
6. Investiga cómo hizo Joule el experimento, y dibuja un diagrama para explicarlo.
7. Al iniciar el experimento se indicó que es posible convertir todo el trabajo mecánico en
calor, ¿será posible convertir todo el calor en trabajo? Discute en grupo esta pregunta.
CONCLUSIONES
Escribe en tu reporte las conclusiones que hayas omitido.
BIBLIOGRAFÍA
Anota los libros que hayas consultado para realizar esta práctica.
44

11. ENERGÍA DE RADIACIÓN
PROPÓSITO
Mostrar que la energía eléctrica que enciende un foco, corresponde en gran parte a la energía
calorífica absorbida por el agua dentro de un calorímetro, en un intervalo de tiempo t.
INTRODUCCIÓN
La energía eléctrica usada al encender un foco y crear radiación electromagnética visible o
luz, también produce energía térmica invisible (calor), la cual calienta el vidrio del foco así
como el medio en que éste se encuentra inmerso.
Si el foco está en un medio cerrado, la energía eléctrica y la energía térmica son muy
parecidas debido a que casi toda la radiación es absorbida por el medio. La componente
infrarroja se absorbe inmediatamente; mientras que las componentes de longitud de onda
más cortas (visible y ultravioleta), se reflejan pasando de un lado a otro del recipiente, hasta
que posteriormente se absorben, convirtiéndose en energía térmica.
Como la energía total en cualquier sistema se conserva, la energía de radiación debe ser
un término de la ecuación de la energía. El trabajo total hecho en un sistema estará descrito
como sigue:
Trabajo hecho sobre un sistema = cambio en la energía cinética + cambio en la
energía potencial + pérdidas por fricción + radiación electromagnética
MATERIAL
• Calorímetro tipo tortillera con foco de 60 W/120 V .
• Vaso de precipitado de 2 litros.
• Balanza.
• Termómetro.
• 1.5 litros de agua.
• Cronómetro.
• Multímetro digital.
• Masking tape.
• Hoja de papel milimétrico (opcional).
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Coloca la perilla selectora del multímetro en 200 ACV, mide ahora el voltaje de la línea
y anótalo; con este dato calcula la potencia que disipa el foco con el que vas a trabajar
en el experimento.
2. Usando el vaso de precipitado, mide 1.5 litros de agua (si el tortillero es grande se requiere
de aproximadamente 1.8 litros), con una balanza mide su masa. Viértela en el
tortillero, el cual funcionará como calorímetro.
45

Fig. 1 Tortillera
3. Coloca la tapa del tortillero con el termómetro y el foco ya integrados, de tal manera
que el foco quede sumergido en el agua casi en su totalidad como se muestra en la figura.
4. Sujeta la tapa con masking tape, ya que la fuerza de empuje puede hacer que el foco
salga del agua.
5. Mide la temperatura Tambiente, del agua antes de encender el foco. Anótala.
6. Conecta la clavija a la toma de corriente y con el interruptor del socket enciende el foco
(no debes encenderlo antes de ser introducido en el agua).
7. A partir de este momento empieza a contar el tiempo con ayuda del cronómetro durante
un intervalo de tiempo At que puede ser de 2 a 3 minutos, a la vez que agitas suavemente
el calorímetro. Mide la temperatura del agua cada vez que haya transcurrido el
intervalo de tiempo que escogiste. Anota tus lecturas en la tabla que se presenta más
adelante.
8. Deja transcurrir de 10 a 15 minutos. Apaga el foco y efectúa los cálculos que se indican
en la tabla.
9. Puedes repetir el experimento con diferentes masas de agua, diferentes intervalos de
tiempo o con focos de distinta potencia. Anota tus resultados para comparar.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Calcula la potencia real con la que trabajarás en el experimento:
Voltaje de la línea Potencia comercial del foco:
2. Cantidad de agua empleada:
volumen = masa =
3. Anota todas tus lecturas y cálculos en la siguiente tabla:
46

At(s) T¡ (°C) T((°C) AT(°C) Ee = potencia real del
foco x At (J)
Q = 4.2 ce m AT
4. Calcula la energía total suministrada por el foco a la masa de agua durante el intervalo de
tiempo escogido.
eléctrica
5. Calcula la cantidad de calor absorbida por el agua durante el intervalo total de tiempo
empleado en el experimento.
Q =
6. Calcula ahora la potencia disipada por el foco a partir de la energía térmica absorbida
por el agua.
Potencia =
7. En la hoja de papel milimétrico dibuja una gráfica" Temperatura contra tiempo". Calcula
la pendiente de dicha gráfica. (Opcional)
ANÁLISIS
1. ¿Qué tipo de energía empleaste para encender el foco?
2. ¿Qué corriente circula por el foco que se usó en el experimento?. ¿Cómo podrías comprobar
experimentalmente el valor calculado matemáticamente? Explica.
3. Al encenderse el foco, ¿qué tipo de radiación se produce?
4. ¿Cómo son las paredes del calorímetro con el que trabajaste?
5. Al estar el foco sumergido en el agua y en un lugar cerrado y prácticamente aislado,
¿qué sucede con la energía térmica producida por éste?
6. ¿Se conserva la energía total del sistema?
7. ¿A qué crees que se debe que la energía eléctrica (Ee), con la que enciende el foco no
coincide numéricamente con la energía térmica (Q) absorbida por el agua durante el
experimento?
8. La potencia que calculaste a partir del experimento, ¿coincide con la potencia real del
foco o con la potencia comercial del mismo?. ¿A qué crees que se deba?
9. Si dibujaste la gráfica "Temperatura contra tiempo" y calculaste su pendiente, ¿podrías
decir cuál es la razón de calentamiento en el intervalo de tiempo que mantuviste el foco
dentro de¡ agua?
10. ¿Podrías hacer que hierva el agua usando solamente el foco? Explica tu respuesta.
47
0)

APLICACIONES
1. Explica brevemente cómo calcularías el costo de la energía eléctrica consumida por el
foco durante el experimento.
2. ¿Cómo podrías saber el costo de 1 kW-h cobrado por la Compañía de Luz durante el
último bimestre?
3. A partir del experimento, ¿podrías calcular la eficiencia de un foco comercial? Explica
tu respuesta
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte las conclusiones obtenidas en el experimento.
BIBLIOGRAFÍA
Anota los libros que consultase para resolver la práctica
48

12. CARGAS ELECTROSTÁTICAS
PROPÓSITO
Demostrar la existencia de la carga eléctrica a través de sus interacciones con otras cargas.
INTRODUCCIÓN
La palabra electricidad se deriva de eA.£KTpov, vocablo griego que quiere decir ámbar. Las
primeras manifestaciones de la electricidad fueron descubiertas por los griegos hace varios
miles de años: al frotar un pedazo de ámbar con una tela de algodón o un trozo de piel
observaron que éstos ejercen fuerzas sobre otros materiales cercanos y pueden producir
chispas similares a relámpagos y crepitaciones. Cuando los materiales se comportan de esta
manera, se dice que poseen una carga eléctrica neta.
Las pruebas realizadas con diferentes materiales electrizados sugieren la existencia de
dos tipos de carga eléctrica: negativa (-) y positiva (+). Estas cargas provienen de partículas
diminutas llamadas átomos que componen a todos los materiales. Estos átomos están
formados por partículas más pequeñas, algunas de las cuales tienen carga eléctrica negativa
llamadas electrones (e), otras partículas con carga positiva llamada protones (p), y otras sin
carga llamadas neutrones.
Normalmente los átomos tienen el mismo número de electrones y protones de tal
manera que las cantidades totales de carga negativa y carga positiva dentro de un material
son iguales, siendo la carga total cero. (La masa del protón es 1.67 x 10 " 27 kg, la del electrón
= 9.11 x 10 " 31 kg). Como ambas tienen la misma carga eléctrica e, se toma a ésta como la
unidad fundamental de carga eléctrica. Es la carga más pequeña que se ha observado en la
naturaleza y en la práctica se emplea un equivalente que es el Coulomb = 6.25 x 10 18 e.
Cuando dos materiales se frotan, los electrones pueden transferirse de un material a
otro alterando el equilibrio entre las cargas opuestas en cada material y esto hace que uno
quede cargado positivamente y el otro negativamente.
V &
En la práctica se comprueba que cargas con signos iguales se repelen y cargas con signos
diferentes se atraen; y cuanto más cerca estén dichas cargas, mayor será la fuerza que
existe entre ellas. Cuantitativamente esto se explica con la ley de Coulomb que dice que "la
fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas q) y q2 es directamente proporcional al
producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las
separa"; la expresión matemática para esta ley es:
49

F = K (qlJl2 ) 9 xlO 9 Nm 2
qi
o
Los materiales que no conducen carga, se llaman aislantes. Sus electrones están atados
a sus átomos y normalmente no tienen libertad de moverse, por esto los materiales aislantes
son relativamente fáciles de cargar por frotación, los electrones transferidos tienden a permanecer
donde están. Un objeto cargado atraerá a cualquier objeto no cargado que esté
cerca de él, por inducción de cargas.
MATERIAL
Barras de vidrio, de hule duro y de plástico.
Electroscopio.
Péndulo eléctrico.
Paños de seda, lana y piel de gato.
Electróforo de Volta.
Generador Van de Graaff.
Esferas o cubetas de Faraday.
Probador.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Frota una varilla con un paño de seda y comprueba la presencia de la carga eléctrica
acercándola al electroscopio o al péndulo eléctrico (ver fig. 1).
Fig. l
2. Realiza las siguientes experiencias empleando el Van de Graaff.
a) Produce pompas de jabón cerca de la esfera cargada del Van de Graaff. Observa lo
que sucede.
b) Acerca a la esfera cargada del generador una lámpara de neón, primero en forma
horizontal y después en forma vertical. Observa lo que sucede.
50
qi
o
C

c) Conecta a la esfera del generador, ANTES DE CARGARLO, a una alumna con
pelo largo, seco y no se haya aplicado ningún gel o spray. Para esto, debe subirse
en un banco de madera para aislarse eléctricamente, poner una de sus manos sobre
la esfera del generador. Enseguida se hace funcionar el Van de Graaff, ¿qué sucede
y por qué?
3. Toca el electroscopio o el péndulo eléctrico con una varilla previamente electrizada y
observar su reacción al quedar cargados.
4. Frota y electriza una varilla de vidrio, acércala al electroscopio sin tocarlo. Haz tierra en
el electroscopio. (Se puede tocar con la mano o con un conductor a tierra o sea el "suelo")
y enseguida separar primero la tierra y después aleja la varilla cargada y observa si el
electroscopio se carga eléctricamente, figura 2.
Fig.2
5. Repite la experiencia pero con una barra cargada negativamente. También puedes electrizar
por inducción: con el electróforo de Volta; otra con un bote aislado y una varilla
cargada o con las dos esferas de Faraday.
6. Demuestra que las cargas eléctricas se depositan en el exterior de un recipiente metálico.
Varilla cargada
51

OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. ¿A qué se debe el que las primeras pompas de jabón se revienten al acercarse a la esfera
cargada del generador electrostático?
2. ¿Por qué, las otras burbujas ya no se acercan a la esfera del generador?
3. ¿Qué le sucede a la lámpara de neón al acercarla a la esfera electrizada del generador?
4. ¿Qué le sucede al pelo de la compañera "conectada" a la esfera del Van de Graaff cuando
lo hacemos funcionar?. ¿A qué se debe?
5. Ilustra por medio de esquemas, la distribución de carga en un electroscopio electrizado
por contacto.
6. En cada experiencia comprueba los métodos de descarga eléctrica, esto es: por contacto,
por conducción o por chispa (o rayo).
ANÁLISIS
2. ¿A qué se debe que los cuerpos se carguen eléctricamente?
3. ¿Cuáles son las principales causas de fracaso en estas experiencias?
4. ¿En la electrización a qué se llama polarización?
5. ¿En qué consiste la inducción electrostática?
6. ¿En qué unidades se da la fuerza de atracción o repulsión eléctrica y cuál es la unidad
de carga eléctrica?
7. ¿Qué ley se empleó con el péndulo eléctrico para comprobar que las cargas eléctricas se
depositan en el exterior de un recipiente metálico?
CONCLUSIONES
En tu reporte anota las conclusiones que juzgues pertinentes
BIBLIOGRAFÍA
ALVARENGA, B. MÁXIMO. A. (1995) Física con experimentos sencillos, México: Haría.
HEWITT, P., (1995) Física conceptual, EUA: Addison - Wesley Iberoamericana.
POPLE STEPHEN, (1997) Física razonada, México: Trillas.
52

13. CIRCUITOS ELÉCTRICOS
PROPÓSITOS
Establecer reglas sobre la corriente eléctrica y el voltaje diferenciados a partir de un circuito
conectado en serie y otro en paralelo.
INTRODUCCIÓN
Si conectamos dos alambres (conductores) conectados a un foco, unidos a su vez a través
de las terminales positiva y negativa de una batería o una pila, la diferencia de potencial
(voltaje) hace que la corriente eléctrica fluya a través de un circuito cerrado.
Un modelo sobre lo que ocurre en el interior del conductor es el siguiente: Millones de
electrones separados de las órbitas exteriores de sus respectivos átomos, viajan en todas
direcciones a través del alambre. Cuando se aplica una diferencia de potencial entre las terminales
del alambre, los electrones responden de inmediato, siendo repelidos por la carga
más negativa (o menos positiva) que ha aparecido en una de las terminales y son fuertemente
atraídas por la carga menos negativa (o más positiva) que ha aparecido en el otro
extremo, volviéndose su vagar a la deriva un flujo continuo ordenado que viaja de la terminal
más negativa a la más positiva formando la corriente eléctrica. De igual manera, cuando
se elimina la diferencia de potencial, los electrones reanudan su vagar azaroso a través del
material conductor.
Las condiciones necesarias para que exista una corriente eléctrica en un circuito eléctrico
son:
• Debe haber una diferencia de potencial o voltaje para proporcionar la energía que obliga
a los electrones a moverse en forma ordenada en una dirección específica.
• Debe haber una trayectoria continua (cerrada) para que los electrones fluyan de la terminal
negativa a la terminal positiva de la fuente de voltaje.
Los conductores o alambres ofrecen una cierta resistencia al paso de la corriente, (esta depende
de la longitud, del calibre, del material del que está hecho y de la temperatura), en el
caso de un foco la resistencia es variable y depende de la corriente que circula por el circuito,
por lo que sólo basaremos el modelo en el brillo relativo de los focos.
MATERIAL
• Acrílico o triplay de 40 cm por 28 cm, para el armado del tablero.
• 7 focos de 1.5 volts que tengan brillos aproximadamente iguales a iguales corrientes.
• 7 sockets.
• 3 interruptores.
• 20 jacks color negro (para conexiones de focos e interruptores).
• 2 jacks color rojo (para conexión de la pila).
• 10 cables de color rojo o negro, y que tengan en cada uno de sus exi i eme una banana.
La longitud de los cables será de 20 cm (serán utilizados para el alambr ido de los circuitos)
.
• 2 pilas de 1.5 volts.
El tablero que se propone se muestra en la figura 1 en donde:
1. Los números del 1 al 22 son puntos de conexión para armar los circuitos que se quiera
por medio de los cables.
2. Las letras Fl, F2, etc., representan los focos del circuito.
3. Las letras A, B y C, representan los interruptores.
53

Figura 1
A continuación se muestra la forma en que se debe de realizar el armado de un circuito
en el tablero, como se muestra en la figura 2.
Por medio de un cable banana-banana unir cada uno de los siguientes puntos del tablero: 1
con 15, 2 con 3, 4 con 18, 17 con 16.
F1 F2
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Parte I. Circuito pila-foco-interruptor
1. Arma con la ayuda de cables banana-banana el siguiente circuito eléctrico. Unir: 15 con
1, 2 con 18 y 17 con 16. El interruptor en un inicio debe estar abierto,
a) ¿Qué sucede cuando el interruptor está abierto?
54
F3

) ¿Qué sucede cuando el interruptor está cerrado?
c) Observa y anota como es el brillo del foco.
Parte II. Circuito con 2 focos en serie
1. Arma con la ayuda de cables banana-banana el siguiente circuito uniendo los siguientes
puntos: 15 con 1, 2 con 3, 4 con 18 y 17 con 16. El interruptor en un inicio debe estar
abierto.
a) ¿Qué sucede cuando el interruptor está abierto?
b) ¿Qué sucede cuando el interruptor está cerrado?
c) ¿Cómo es el brillo de los focos 1 y 2 con relación al ejercicio 1?
d) Desenrosca el foco 1 y observa ¿qué ocurre?
e) Regresa a la posición en donde los dos focos encienden y ahora desenrosca el foco 2
¿qué ocurre?
f) Agrega el foco F3 conectando 4 con 5 y 6 con 16 en serie al circuito y revisa nuevamente
el brillo relativo de los focos.
Parte III. Circuito con 2 focos en paralelo
1. Arma con la ayuda de cables banana-banana el siguiente circuito eléctrico uniendo los
puntos de conexión siguientes: 15 con 14,14 con 12,13 con 11,13 con 18,17 con 16. El
interruptor A debe estar abierto.
a) ¿Qué sucede con el interruptor abierto?
b) ¿Qué sucede con el interruptor cerrado?
c) ¿Qué sucede con el brillo de los focos 7 y 6 con relación de la parte I?
d) Desenrosca el foco 7 y observa ¿qué ocurre?
e) Regresa a la posición en donde los dos focos encienden y ahora desenrosca el foco 6
¿qué ocurre?
f) Agrega el foco 5 conectando 12 con 10 y 9 con 11, revisa el brillo relativo de los focos.
g) Conecta simultáneamente el circuito de la parte II con el de la parte III y escribe
las diferencias que encuentras, puedes colocar 2 pilas una tras de otra para obtener un
brillo mayor.
Parte IV. (opcional) Circuito en serie con 7 focos y 3 interruptores.
1. Arma el siguiente circuito eléctrico uniendo los puntos de conexión siguientes:
15 con 1,2 con 17,18 con 3, 4 con 19,20 con 5,6 con 21,22 con 7, 8 con 9,10 con 11,
12 con 13 y 14 con 16.
2. Para cada uno de los siguientes arreglos determine:
a) ¿Cómo es el brillo de cada uno de los focos?
b) Indica de acuerdo al brillo de los focos como se encuentran conectados
a) Coloca los interruptores A, B y C abiertos.
b) Coloca el interruptor A abierto los interruptores B y C cerrados.
c) Coloca el interruptor B abierto los interruptores A y C cerrados.
d) Coloca el interruptor C abierto los interruptores A y B cerrados.
e) Coloca los interruptores A y B abiertos y el interruptor C cerrado.
f) Coloca los interruptores B y C abiertos y el interruptor A cerrado.
g) Coloca los interruptores A y C abiertos y el interruptor B cerrado,
h) Coloca los interruptores A, B y C cerrados.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. ¿A qué denominamos circuito eléctrico?
2. A partir del brillo relativo de los focos establece las reglas de los circuitos en serie.
55

3. A partir del brillo relativo de los focos establece las reglas de los circuitos en paralelo.
4. ¿Cuál es la función de un interruptor?
5. Si asociamos la corriente al brillo de los focos, el hecho de que se conecten dos pilas en
serie ¿afecta el valor del voltaje y de la corriente que circula en cada uno de los circuitos?
ANÁLISIS
1. ¿Qué ocurre con la resistencia de los focos si el brillo relativo no es el mismo?
2. ¿Por qué al conectar solamente dos pilas encontradas en el borne no encienden los focos?
3. Si se aumentan 2 o más focos en las mismas condiciones en los circuitos la regla se cumple
en todos los casos?
4. ¿Por qué llamamos a los focos resistencias variables?
5. ¿Por qué no se cumple la ley de Ohm para los circuitos de pilas y focos?
CONCLUSIONES
Anota las conclusiones que juzgues pertinentes de acuerdo al desarrollo de la práctica.
BIBLIOGRAFÍA
Anota los libros que hayas consultado para realizar esta práctica.
56

14. POTENCIA ELÉCTRICA
PROPÓSITO
Establecer la relación funcional entre la potencia, el voltaje y la intensidad de la corriente.
INTRODUCCIÓN
Cuando enchufas una lámpara a la toma de corriente, ésta le proporciona energía que hace
vibrar a los electrones que ya están en el filamento del foco, de acuerdo a lo anterior, ahora
podemos tener claro que las plantas de electricidad no venden electrones -como algunos
piensan-, venden energía. Tú pones los electrones. Para conocer mejor este procedimiento,
su utilidad así como las aplicaciones prácticas, es importante tener claros algunos conceptos
y principios básicos.
Al cambio de energía por unidad de tiempo se le llama potencia, en la potencia eléctrica
el voltaje se expresa en volts y la corriente en amperes, la unidad de potencia es el watt,
ésta potencia además de hacer que un aparato funcione, cuando su carga se mueve por un
circuito eléctrico, realiza un trabajo que lo calienta.
Si una lámpara de 120 watts funciona con un voltaje de 120 volts, puedes ver que consume
una corriente de 1 ampere, ya que 120 watts es igual a (1 ampere) x (120 volts). En la
práctica, conociendo esta relación se puede determinar el costo de la energía eléctrica, la
cual varía según la cuota asignada en cada lugar.
MATERIAL
2 sockets para los foquitos.
4 focos de 1.5 V.
1 interruptor.
2 cables para conexión de 50 cm.
3 cables para conexión de 25 cm.
2 caimanes.
2 pilas de 1.5 V.
1 portapilas (opcional).
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Con el material necesario arma el circuito de la figura 1 y observa el brillo del foco.
2. Arma ahora el circuito de la figura 2 y observa el brillo de los dos focos.
3. Arma el circuito de la figura 3 y observa la intensidad de la luz emitida por
el foco.
57

4. Arma el circuito de la figura 4 y observa el brillo de los 2 focos.
Fig4
OBSERVACIONES
1. ¿Cómo es el brillo del foco del circuito 1 comparado con el brillo de los focos del circuito
2?
2. ¿Cómo debe ser la corriente que circula en los focos de los circuitos 1 y 2?
3. De acuerdo con tus observaciones, ¿qué proporcionalidad existe entre el voltaje y la
potencia, cuando la corriente es constante?
4. Al armar el circuito 4, ¿cómo es el brillo de los dos focos, comparado con el brillo del
foco del circuito 3?
5. ¿A qué se debe que el brillo de los focos del circuito 4, sea igual al del circuito 3?
6. Según lo observado, ¿qué proporcionalidad existe entre la potencia y la corriente, cuando
el voltaje aplicado es constante?
ANÁLISIS
1. Si los dos focos se conectan en serie y las pilas en paralelo, ¿qué se observaría?
2. ¿Qué unidades se emplean en la medida de la potencia eléctrica?
3. ¿Cuál es la expresión matemática que relaciona la potencia con el voltaje?
4. ¿Cuándo se dice que un aparato eléctrico tiene una potencia de 1 W?
5. Si conoces la potencia que disipa tu secadora de pelo y quieres saber el consumo de
energía eléctrica en un bimestre ¿qué dato es imprescindible para ello?
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte las conclusiones obtenidas.
BIBLIOGRAFÍA
ALVARENGA ÁLVAREZ, BEATRIZ et al. (1993) Física General. México: Haría.
HEWITT, PAUL. (1995) Física Conceptual. Estados Unidos: Addison-Wesley.
TAGUEÑA PARGA, CARMEN et al. (1998) Física. México: Santillana.
58

15. CAMPO MAGNÉTICO
PROPÓSITO
Representar las interacciones alrededor de un imán, mediante el trazo de las líneas de fuerza,
para verificar que éstas dependen de la intensidad del imán y de su geometría.
INTRODUCCIÓN
Definiremos el campo magnético como el espacio alrededor de un imán o conductor de
corriente eléctrica. La representación vectorial del campo magnético viene dado por B.
La representación gráfica del campo se realiza a través de líneas de fuerza, de la misma
forma que el campo eléctrico. La relación que guardan dichas líneas de fuerza con el campo
magnético, son las siguientes:
a) La tangente a una línea de fuerza en un punto dado, indica la dirección del campo en
ese punto.
b) La intensidad del campo B queda indicada por el número de líneas por unidad de área
en la sección transversal. Esto es, el número de líneas es proporcional a la intensidad
del campo. Un número pequeño de líneas indica una intensidad baja y una gran cantidad
de líneas indicará un campo magnético intenso.
Para regiones cercanas a un imán o conductor la geometría determina la dirección de
las líneas, pero en regiones alejadas de esas fuentes de campo no importa ya la geometría,
tan solo la intensidad del mismo.
En la figura 1 se muestra una representación del campo de un imán de barra.
v J
MATERIAL
Un imán de barra.
• Un imán de bocina.
• Un cristalizador.
• Un trozo de corcho.
• Una aguja.
• Limaduras de hierro.
Hg.l
59

• Hojas de papel.
• Un pliego de cartulina.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Coloca el imán de barra sobre el cristalizador y vierte agua sobre el mismo de tal forma
que apenas se cubra el imán, como se muestra en la figura 2.
2. Pon la aguja descansando sobre el corcho, colócalos en distintos puntos alrededor del
imán. Observa lo que sucede.
3. Cambia el imán de barra por el de bocina y realiza las mismas actividades anteriores.
4. Coloca sobre el imán de barra el pliego de cartulina y espolvorea sobre éste las limaduras
de hierro. Observa las "líneas" que forman las limaduras.
5. Compara las líneas obtenidas al emplear la aguja y el corcho con la imagen mostrada
con las limaduras de hierro.
6. Realiza la actividad del punto (4), pero empleando ahora el imán de bocina.
Fig.2
Observaciones
31. Dibuja en una hoja blanca las trayectorias que describe la aguja al flotar en el agua sobre
el corcho, en torno al imán.
32. Dibuja en una hoja la imagen que se formó sobre la cartulina al emplear el imán de
barra.
33. Dibuja la imagen que se observa sobre la cartulina cuando se usó el imán de bocina.
ANÁLISIS
1. Si hubiera un cristalizador más amplio, ¿cómo sería la intensidad del campo en un punto
más alejado al imán con respecto a uno más cercano?
2. ¿En qué dirección actúa la fuerza magnética del imán con respecto a la dirección del
movimiento de la aguja en el corcho?. ¿Cómo interpretarías ese hecho en términos de
las líneas de fuerza?
3. ¿Hay alguna diferencia entre las líneas observadas al emplear la aguja y el corcho con
las observadas con el imán de barra? Explica.
4. Si hubieras utilizado una aguja magnetizada sobre el corcho, ¿cuál sería el cambio que
sufriría la imagen?
60

5. ¿Qué nombre se le da a la imagen que se formó en torno al imán y que tú dibujaste?
6. ¿Qué diferencia existe entre el espectro de líneas de un imán de barra y las líneas del
campo eléctrico alrededor de un dipolo eléctrico?
CONCLUSIONES
No olvides anotar en tu reporte algunas conclusiones sobre el experimento.
BIBLIOGRAFÍA
GENZERlRWIN, et al. (1980) Física. México: Publicaciones Cultural.
HALLIDAY AND RESNICK. (1986) Física. México: CECSA. Parte 2.
OREAR, JA Y,, (1989) Física. México: Limusa. Noriega Editores.
61

16. REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE ONDAS.
Propósito
Investigar las propiedades de la reflexión y la refracción de las ondas.
Introducción
Reflexión.
Las ondas producidas por una perturbación en el agua (por ejemplo cuando cae una piedra
en ella) al llegar a una barrera plana se reflejan dirigiéndose en un sentido tal que depende
de la dirección de las ondas incidentes, como se muestra en la figura 1.
Sitio donde se
produce ia
perturbación
Agua
Fig. 1
Ondas reflejadas
Refracción
La refracción de una onda de agua (o de un rayo de luz) se presenta cuando se produce un
cambio de dirección de la misma. Una idea de refracción la podemos tener en el cambio de
dirección en el movimiento que experimenta el sistema mecánico mostrado en la figura 2,
al pasar de un medio plano y liso a otro plano y blando.
/liso
Fig.2 Fig.3
En la figura 3 un rayo de luz se refracta al pasar de un medio a otro (del agua al aire) lo
que trae como consecuencia el que la varilla introducida en el agua se vea quebrada.
63

Material
• Cuba de ondas.
• Fuente luminosa.
• Generador de ondas planas.
• Generador de ondas circulares.
• Tira metálica parabólica.
• Barrera plana.
• Placa de vidrio
• Transportador
• Metro
• 1 pliego de cartulina
• Nivel
• Fuente de poder de 0-12 volts.
Desarrollo experimental
1. Monta la cuba de ondas como se muestra en la figura. Asegúrate que el fondo de la
cuba quede en posición horizontal con ayuda de un nivel. Agrega una capa de agua que
tenga aproximadamente 6 mm de profundidad.
2. Con los generadores produce primero ondas planas y después circulares. Identifica en
cada caso las características de éstas y trata de medir su longitud de onda.
3. Con la barrera plana colocada a diferentes ángulos, observa la reflexión de ondas planas
y circulares.
64

4. Sustituye la barrera plana por la parabólica, envía ondas planas con el generador. Observa
lo que sucede cuando se reflejan.
5. Invierte la barrera parabólica, envía ondas planas hacia ella y observa lo que sucede con
éstas cuando se reflejan.
6. Introduce en la cuba de ondas la placa de vidrio para disminuir la profundidad del agua
en esa región y simular un medio diferente. Genera ondas planas y observa lo que sucede.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
Dibuja las ondas producidas por los generadores de ondas planas y circulares. Indica cuál
es la longitud de onda en cada caso y cómo la mediste.
X = X =
Dibuja las ondas reflejadas por la barrera plana para 2 ángulos de incidencia distintos. Trata
de medir los ángulos de incidencia y de reflexión para distintas posiciones de la barrera.
Dibuja las ondas reflejadas en las barreras cóncava y convexa.
Dibuja las ondas refractadas colocado la placa de vidrio a diferentes ángulos.
ANÁLISIS
1. ¿Cuál es la relación que existe entre los ángulos de incidencia y de reflexión, si es que se
midieron?
2. Al reflejarse las ondas en la barrera cóncava, coinciden en un punto, ¿qué nombre recibe
dicho punto?
3. ¿Qué sucede con las ondas al reflejarse en la barrera convexa?
4. ¿Qué sucede con las ondas al pasar de un nivel profundo a otro menos profundo?
65

5. ¿Qué sucede con la velocidad, la longitud de onda y la frecuencia de las ondas planas al
pasar de una profundidad a otra, es decir, de un medio a otro?
6. Menciona cómo se aplican las leyes de la reflexión, comprobadas en el tanque de ondas,
en actividades deportivas como el tenis, billar, etc.
7. ¿Cómo se pueden localizar los bancos de arena a partir de las ondas oceánicas?
8. Explica cómo se usa el "sonar" para detectar bancos de peces.
9. Menciona algunos ejemplos donde se presenten la reflexión y la refracción de la luz.
10. Visita la sección ¡Qué buena Onda! del Universum para afirmar el tema.
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte las conclusiones obtenidas después de realizar las actividades.
BIBLIOGRAFÍA
Incluye en este punto los libros que consultaste para resolver esta práctica.
66

17. DIFRACCIÓN DE LA LUZ
PROPÓSITO
Determinar el ancho de una pequeña rendija, a partir de la medición de la separación entre
bandas brillantes y oscuras del espectro de difracción de un rayo de luz láser que atraviesa
dicha rendija.
Introducción
Cuando luz coherente pasa a través de una rendija pequeña de ancho (w) y su longitud de
onda (A,) es igual o menor que w, aparecen en una pantalla colocada a una distancia L de la
rendija una serie de bandas brillantes y oscuras, conocidas como patrón de difracción. El
patrón que se forma para una rendija tiene una banda brillante central con bandas menos
brillantes a los lados. Este patrón se debe a que las ondas secundarias generadas en distintos
lugares de la rendija (única) interfieren entre sí.
En la siguiente figura se muestra un rayo de luz monocromática (y por lo tanto coherente)
proveniente de una fuente de luz láser, que incide sobre una rendija de ancho w. La luz
proveniente de la rendija incide en una pantalla localizada a una distancia L de ésta, donde
se forma una banda central brillante y bandas oscuras y menos brillantes a los lados.
Fig. 1
Considerando que la pantalla está demasiado lejos, comparado con el ancho de la rendija,
los rayos que se dirigen hacia ella desde cualquier punto son esencialmente paralelos.
Los rayos que pasan directamente, como se muestra en la figura 1, se encuentran en fase e
interfieren constructivamente, por lo que forman una banda central brillante sobre la panta-
67

lia. Los rayos que se desplazan con un ángulo 0 recorren diferentes longitudes al incidir
sobre un punto B (diferente al punto central A). Así el rayo que proviene de la parte superior
recorre una longitud de onda más que el rayo que proviene de la parte inferior y el que
pasa exactamente por el centro de la ranura recorrerá media longitud de onda más que el
rayo del borde inferior.
Estos dos rayos estarán fuera de fase entre sí, y por tanto interferirán destructivamente, por
lo que se tiene una banda oscura. De la misma manera, un rayo que pasa ligeramente por
encima del borde inferior se cancelará con otro que se encuentre a la misma distancia por
encima del rayo central. De hecho, cada rayo que pasa por la mitad inferior de la ranura se
cancelará con otro rayo correspondiente de la mitad superior, por lo que no habrá luz que
llegue con este ángulo a la pantalla de observación.
Del esquema se puede ver que para el primer mínimo (primera banda oscura) el ángulo 0,
para el cual se lleva a cabo este fenómeno, se presenta cuando
k = w sen 6, de modo que:
sen 0 = k
De la misma manera, dado que S es la separación entre el centro de la banda central
brillante y la parte central de la primera banda oscura, resulta que: (ve fig. 2).
Por lo tanto de (1) y (2) se sigue que:
donde k es la longitud de onda de la luz incidente
sen 0 = S/L (2)
k/w = S/L (3)
Considerando que k es conocida y w es fija, se obtiene que
L = (wA) S
De donde se observa que L es directamente proporcional a S, y (w/X.) es la constante de
proporcionalidad.
Para el caso de bandas oscuras más alejadas de la banda central brillante, se encuentra que:
w sen 0 = m k
Siendo m = 1, 2, 3, ... y en donde 1, corresponde a la primer banda oscura, etc.
MATERIAL
• Una fuente de luz láser.
• Una cinta métrica.
• Dos placas metálicas delgadas de forma rectangular (cuñas de yesero).
• Una regla de 30 cm.
• Un soporte para la fuente de luz láser.
• Un soporte para las placas metálicas.
68
(1)

• Plastilina.
• Masking tape.
• Una hoja blanca.
• Una hoja de papel milimétrico
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Monta el dispositivo experimental como se muestra en la figura.
í
Esquema del dispositivo experimental.
2. Recorre ambos soportes de tal manera que la distancia entre la rendija y la pantalla experimente
cambios de 25 cm.
3. Mide la distancia entre la parte central de las bandas oscuras ubicadas a ambos lados de
la banda central brillante (A)
4. Mide la distancia S entre la parte media de la primera banda brillante y la parte central
de las bandas oscuras ubicadas a los lados de la banda central brillante.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Coloca en la tabla que se presenta a continuación los valores de las mediciones efectuadas
L(cm) A (cm) S (cm)
50
75
100
125
150
175
2. En la hoja de papel milimétrico dibuja una gráfica L vs. S.
3. Calcula la pendiente de la gráfica
69

ANÁLISIS
1. ¿ Qué tipo de relación existe entre L y S?
2. Encuentra la ordenada al origen de la gráfica que dibujaste:
la pendiente de la recta (m) :
la ordenada al origen (b):
Si L — (w/X) S y m — w/X, se sigue que w — m X
El valor de la X de la luz láser empleada es de 648 nm, resulta que:
w = m (648x10" 9 m)
4. ¿Qué valores obtuviste para m, w y X?
5. ¿Puedes establecer un procedimiento para determinar el ancho de una rendija?
6. Una vez definido el ancho de la rendija, ¿podrías determinar la longitud de onda de
cualquier otro tipo de luz monocromática? ¿cómo?
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte las conclusiones que creas pertinentes
BIBLIOGRAFÍA
FlSHBANNE, PAUL, et al, (1997) Física para ciencias e ingeniería, México: Prentice-Hall Hispanoamericana.
DOUGLAS C. GlANCOLI, (1997) Física, Principios y aplicaciones, México: Prentice-Hall Hispanoamericana.
ZiTZEWITZPAULW., et al, (1997) Física 2, principios y problemas, México: MacGraw-Hill.
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18. DECAIMIENTO RADIACTIVO
Propósito
Formular un modelo de decaimiento radiactivo y encontrar la vida media del modelo.
Introducción
La materia está compuesta de átomos. A su vez los átomos están compuestos por un núcleo
rodeado de electrones. Dicho núcleo está formado por protones y neutrones. Los
átomos se identifican por el número másico A, que es la suma del número de protones más
el número de neutrones del núcleo, y por el número atómico Z que corresponde al número
de protones. El número de protones determina las propiedades químicas del átomo por lo
que con este número se define al elemento.
Un elemento puede tener diferentes tipos de átomos los cuales sólo varían entre sí en el
número de neutrones, estos átomos forman los isótopos del elemento. Por ejemplo, el
hidrógeno tiene sólo un protón en el núcleo; sus isótopos son el deuterio que tiene un protón
y un neutrón, y el tritio que tiene un protón y dos neutrones.
Las sustancias radiactivas son aquellas que están compuestas de átomos inestables, los
cuales sufren una transformación espontánea en productos atómicos más estables. Estos
núcleos inestables tienen un número mucho mayor de neutrones que de protones. Los núcleos
inestables cambian su estructura y a este proceso de transformación se le conoce como
decaimiento radiactivo. Al liberar el núcleo partículas o radiación electromagnética se
dice que ha ocurrido un decaimiento radiactivo.
Los átomos radiactivos de un mismo elemento tienen la misma probabilidad de desintegrarse
sin importar qué tanto tiempo ha pasado desde que se formaron. El número de átomos
radiactivos en decaimiento, es proporcional al número de átomos disponibles, pero es
completamente independiente de la edad de estos átomos
La naturaleza del decaimiento radiactivo es estadística. La probabilidad para cualquier
núcleo de decaer en un cierto tiempo, es independiente de cualquier influencia externa,
incluyendo el decaimiento de otro núcleo. Todos los núcleos de un cierto elemento tienen
una probabilidad idéntica de decaer.
El periodo de tiempo durante el cual el número inicial de átomos se reduce a la mitad
se conoce como "vida media" o período de desintegración radiactiva del elemento. Al final
de dos veces ese período, sólo un cuarto de la cantidad original queda; al final de tres períodos
de vida media, sólo permanece un octavo, etc.
El decaimiento radiactivo de los átomos sigue un comportamiento estadístico similar al
juego de dados que a continuación se describe.
MATERIAL
• 100 dados.
• Una bolsa de plástico.
• Una hoja de papel milimétrico.
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DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Escoge al azar uno de los 6 números del dado, al cual denominarás "número fatídico".
2. Mezcla los 100 dados en la bolsa y efectúa la primera tirada; todos los que caigan en el
"número fatídico" son dados muertos y serán retirados del juego. Anota en la tabla
anexa el número de dados vivos.
3. Efectúa la segunda tirada con los dados vivos, procediendo a retirar los que mueran.
Anota el número de dados vivos.
4. Repite el experimento hasta completar 12 tiradas, sin olvidar anotar los dados vivos de
cada una.
5. Repite el juego 5 veces anotando los resultados de cada juego.
6. Calcula el promedio de dados vivos correspondientes a la misma tirada.
7. Gráfica en la hoja de papel milimétrico los dados vivos (y) contra el número de tiradas
(x).
Observaciones y resultados
1. Los datos obtenidos en las 12 tiradas son:
Tirada A B C D E Promedio de dados vivos
1
2
3
4
5
6
72

7
8
9
10
11
12
2. Una vez que hayas graneado los "dados vivos" contra el número de tiradas (n), compara
tu gráfica con las gráficas de decaimiento radiactivo que aparecen en los libros.
3. Marca en la gráfica experimental la vida media para tu modelo. Márcala también en la
tabla.
ANÁLISIS
1. ¿Influyó en el experimento el "número fatídico" escogido por los diferentes equipos?
2. Después de la misma tirada, ¿el número de dados vivos fue el mismo en todos los
equipos?
3. ¿Puedes predecir el número de dados vivos que caerán en cada tirada?
4. ¿Cuál es la vida media en el modelo de decaimiento radiactivo (J ue go de dados)?
5. El decaimiento radiactivo, al igual que el juego de dados es un proceso de azar, ¿cómo
decimos que es su comportamiento?
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte las conclusiones obtenidas al final del experimento.
BIBLIOGRAFÍA.
BULBULIAN, SILVIA. La radiactividad. México: FCE. Col. La Ciencia para todos No.42.
FUENTES MADARIAGA, BEATRIZ. La Física Moderna y su Enseñanza. Un Desafío.
GAMOW, GEORGE. (1976) Materia y cielo. México: CECSA.
RlCKARDS CAMPBELL, JORGE. Las radiaciones:Retoy realidades, México: FCE, Colección "La
Ciencia en México", No. 8.
Varios autores, (1977) Manual del laboratorio de Física General, México: UNAM-FC.
73

19. CÁMARA DE NIEBLA
Propósito
Observar trazas de partículas cósmicas o de productos de desintegración radiactiva mediante
una cámara de niebla.
Introducción
La búsqueda de las partículas elementales ha ocupado a los científicos desde hace varias
décadas, las han clasificado y medido sus propiedades. En la actualidad aún hoy se investiga
la fuerza con la que interaccionan basándose en el análisis de numerosos datos que se obtienen
de potentes máquinas aceleradoras o en aparatos detectores de partículas; entre los
cuales destacan la cámara de burbujas y la cámara de niebla.
La cámara de niebla consiste en un depósito de vapor, por ejemplo de alcohol u otro gas
apropiado, dentro del cual se establece una diferencia de temperatura; la parte superior de
la cámara está más caliente y la inferior más fría, de modo que en una región intermedia las
moléculas del vapor que se ionizan por la presencia de las partículas cósmicas o de productos
de desintegración radiactiva, logran atraer a otras moléculas cercanas formando así cúmulos
a lo largo de la trayectoria de las partículas ionizantes originando así trazas visibles;
las que desaparecen al cabo de unos momentos conforme el vapor se condensa en la parte
inferior de la cámara.
Material
• 1 cámara de niebla.
• 150 mi alcohol etílico o metanol.
• Hielo seco.
• Círculo de papel filtro de 170 mm.
• 1 lámpara de halógeno.
• 1 bloque de unicel.
• 1 lienzo de franela.
• Cuña de madera.
• 1 medidor de temperatura con termopar (opcional).
Desarrollo experimental
1. Con un lienzo de tela humedecida con alcohol limpiar todas las componentes de la
cámara que estarán en el interior de ella, incluyendo el tubo de látex que sirve de sello.
2. Coloca el círculo de papel filtro en el fondo del recipiente de vidrio.
3. Coloca en el borde del recipiente de vidrio los 6 soportes para el plato.
4. Deposita alcohol en el interior hasta casi cubrir al papel filtro, aproximadamente 40 mi.
5. Coloca sobre los soportes el plato con su papel filtro.
6. Coloca el sello de látex, permitiendo que quede un espacio vertical entre el borde del
recipiente y el sello de látex; este espacio tiene el propósito de que al colocar la tapa de
vidrio, ésta haga contacto con todo el tubo de látex, y así reducir las fugas de vapor de
alcohol.
7. Coloca el tubo de plástico, de tal manera que su extremo quede en el centro del plato y
pase entre la abertura dejada por el tubo de látex.
8. Tapa el recipiente; observa que asiente bien en el tubo de látex.
9. Sobre el bloque de unicel coloca el hielo seco, pícalo para lograr un mejor contacto.
Precaución, evita el contacto de hielo seco con los ojos.
10. Coloca el recipiente sobre el hielo seco y enrolla la franela de tal forma que cubra lateralmente
al hielo seco y hasta la base del recipiente de vidrio. Asegúrate de que el plato
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eceptor de alcohol quede horizontal, en caso contrario auxilíate con la franela, pero sin
separar demasiado de algún lado el recipiente del hielo seco o emplea una cuña debajo
del unicel para lograrlo. Esta última opción es muy útil, ya que al sublimarse el hielo
seco, puede inclinarse el recipiente de vidrio y con una cuña se hace que el plato quede
horizontal.
11. Con una pinza y un soporte universal, coloca la jeringa a una altura aproximada de 50
cm del extremo del tubo de plástico en la jeringa. Deposita 60 mi de alcohol y regula
el flujo hasta obtener 1 gota cada dos segundos.
12. Coloca el calefactor sobre la tapa de vidrio, de tal forma que la separación entre ésta y
la parte inferior del foco sea:
a) de 20 mm a 50 mm si se usa alcohol de caña o etílico.
b) de 100 mm si se usa metanol.
Precaución, evita que el foco toque a la tapa de vidrio ya que éste se romperá por
el choque térmico.
13. Espera unos 10 minutos para que haya bastante vapor de alcohol. En caso de que no
aumente la cantidad de vapor, separa el calefactor e introduce la punta del termopar en
el volumen, entre el plato y la tapa de vidrio, deberás obtener una temperatura cercana
a los 80 °C si se está utilizando alcohol de caña o etílico, y de unos 65 °C si es metanol.
Si la temperatura es menor a las mencionadas, significa que el calefactor no funciona
adecuadamente.
14. Con la linterna u otra fuente luminosa, ilumina horizontalmente la base del recipiente
para que puedas observar casi en ese plano de iluminación y un ángulo de 150 grados
aproximadamente desde la linterna. Los ojos del observador deben colocarse unos
cuantos centímetros arriba del fondo del recipiente, así como buscar el ángulo óptimo
de tal manera que se logre un buen contraste de luz. Si el flujo de alcohol por unidad de
tiempo es el adecuado se observarán las trazas. Si no se observan las trazas por la insuficiente
condensación de alcohol y no hay gotas de éste que caen del papel filtro superior,
entonces aumentar el flujo a 1 gota cada segundo, o hasta un poco menor antes de
que observes que empiezan a caer gotas del papel filtro.
15. Cuando ya observes las trazas, mientras transcurre el tiempo deberás: a) controlar el
flujo de alcohol por unidad de tiempo, b) mantener al nivel horizontal del plato y c)
mantener la separación entre la tapa de vidrio y el foco, ya que al sublimarse el hielo seco,
el recipiente desciende.
76

Observaciones
1. Dibuja las trazas que observaste
2. Dibuja la traza de los rayos a.
Análisis
1. ¿Qué son los rayos cósmicos?
2. ¿Qué es un detector de radiación?
3. ¿Qué es una traza?
4. ¿Cuándo se dice que un gas está sobresaturado?
5. Investiga, ¿qué es un gradiente de temperatura?
6. ¿Para qué se emplea el papel filtro colocado en el fondo del recipiente de vidrio de la
cámara de niebla?
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7. ¿Para qué sirve el foco que se colocó en la parte superior de la tapa de vidrio del recipiente
de la cámara?
8. ¿Es necesario formar un gradiente de temperatura en la cámara de niebla?. ¿Cómo?
9. ¿Por qué las trazas que se formaron en la cámara no son iguales?
10. Compara las trazas que observaste durante el experimento, con las que aparecen en los
libros.
11. Si se usara una fuente radiactiva, ¿cómo podrían reconocerse los diferentes productos
de la desintegración que originan las trazas?
CONCLUSIONES
Anota las conclusiones que juzgues pertinentes
BIBLIOGRAFÍA
PÉREZ MONTIEL, HÉCTOR. (1997) Física general, México: Publicaciones Cultural.
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20. LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO
PROPÓSITO
Comprender la forma en que Edwin Hubble obtuvo la constante de expansión del universo,
mediante un "modelo" en una dimensión.
INTRODUCCIÓN
Los astrónomos han comprobado que la velocidad con la cual una estrella distante o una
galaxia se aproximan o se alejan de nosotros, puede determinarse usando el corrimiento
Doppler.
En 1929, Edwin Hubble observó que la velocidad con la cual las galaxias se alejan de
nosotros es directamente proporcional a la distancia que nos separa entre ellas. La pendiente
de la gráfica velocidad vs distancia se conoce como la Constante de Hubble (H =
20km/s por millón de años luz y 1 año luz = 10 13 km). Dicha constante nos permite predecir
indirectamente la distancia a una galaxia una vez que se ha determinado su velocidad a
través del corrimiento al rojo de su espectro (corrimiento Doppler).
De acuerdo con la teoría de la gran explosión (big bang), la constante de Hubble está
relacionada con la edad del Universo. Los primeros cálculos que hizo Hubble sobre el valor
H0, conducían a la contradicción de que el Universo era más joven que la Tierra. Actualmente
los astrónomos tienen valores de H0 que se encuentran alrededor de dos números:
15 km/s por cada millón de años luz de separación adicional y 25 km/s por cada millón de
años luz. Estos valores sugieren que la edad del universo queda entre 7,500 y 11,500 millones
de años.
El Efecto Doppler consiste en el cambio de frecuencia debido al movimiento relativo
de una fuente de luz o de sonido, o del receptor. Cuando una fuente de luz se aproxima a
un observador fijo aumenta la frecuencia medida y tenemos un corrimiento al azul, ya que
la frecuencia se desplaza a la región de altas frecuencias del espectro de luz visible el cual
corresponde al azul. Cuando una fuente de luz se aleja de un observador fijo, disminuye su
frecuencia, esta disminución de la frecuencia se llama corrimiento al rojo, ya que esto ocurre
hacia el extremo de bajas frecuencias del espectro de luz visible, que corresponde al
rojo.
V J
MATERIAL
• 3m de manguera látex.
• 6 pinzas para tender ropa.
• 1 cinta métrica.
• 1 hoja de papel milimétrico (albanene).
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DESARROLLO EXPERIMENTAL
A lo largo de la manguera de látex, la cual representará, tu modelo de universo, fija las 6
pinzas (galaxias) al azar. Haz un dibujo de tu modelo.
Escoge una "galaxia" como referencia, la cual representará a la Vía Láctea ¡nuestra galaxia!
Este dato márcalo en la tabla que aparece más adelante.
Con la cinta métrica, mide la distancia que hay desde la Vía Láctea (galaxia de referencia)
a las otras cinco galaxias (d¡). Anota tus mediciones en la tabla de datos.
Expande el "universo", estirando la manguera hasta alcanzar 5m de longitud. Mide la
distancia a la que ahora se encuentran las galaxias con respecto a la Vía Láctea (df). Anota
tus mediciones.
Considerando que la expansión del modelo del universo tuvo lugar en un segundo, calcula
la velocidad de alejamiento de las galaxias con respecto a la Vía Láctea (vj. Anota tus
cálculos.
Haz una gráfica de la velocidad de alejamiento contra la distancia inicial.
Coloca las gráficas obtenidas por cada equipo, superpuestas y a contra luz para comparar
los resultados.
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
1. Calcula la velocidad de alejamiento en cm/s (VJ.
2. Tabula los datos del experimento.
Galaxia Distancia (cm) Distancia final
(cm)
1
2
3
4
5
6
Tiempo (s) Velocidad de
alejamiento
(cm/s)
Constante (s 1 )
3. Calcula la pendiente de la gráfica "velocidad de alejamiento contra la distancia inicial".
¡Has encontrado la constante de Hubble para tu modelo de Universo!
80

ANÁLISIS
1. ¿Cómo es la velocidad de las galaxias de acuerdo a su distancia a la Vía Láctea (galaxia
de referencia)?. Explica brevemente.
2. Con base a la gráfica de la "velocidad de alejamiento contra la distancia inicial", ¿qué
tipo de relación se tiene entre las dos variables y como se representa matemáticamente
dicha relación?
3. Si se superponen las gráficas para el modelo de Universo de cada equipo, ¿qué observas?
4. ¿Es importante el hecho de considerar una determinada galaxia de referencia en nuestros
resultados? ¿Cómo puedes deducirlo?
5. ¿Hay algún marco de referencia preferido en el Universo? Explica brevemente.
6. ¿Hay algún centro en el Universo?
7. Con los resultados obtenidos, ¿crees que se pueda hacer una predicción sobre las distancias
a algunas galaxias que podrían haber estado en tu modelo de universo? ¿Cómo?
8. En tu modelo unidimensional y suponiendo que tu universo se ha estado expandiendo
uniformemente desde antes que lo midieras, encuentra su edad al tiempo en que fue
medido, calculando el inverso de la constante de Hubble para dicho universo.
CONCLUSIONES
Anota en tu reporte 3 conclusiones sobre el experimento realizado.
BIBLIOGRAFÍA.
CETTO, A. M. et al. (1989) "El mundo de la física", en Temas de Nuestro Tiempo. México:
Trillas, pp. 43-60.
RODRÍGUEZ, L. F. (1986) Un universo en expansión. México: SEP-CEF. Col. Ciencia para
todos No. 1.
RUEBUSHj. et al. (1989) Notas del taller de partículas elementales. México: ESIME-Fermilab.
81

21. PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA DE LA RELATIVIDAD GENERAL
PROPÓSITO
Que el alumno se familiarice y aplique el Principio de Equivalencia de la Teoría General de
la Relatividad.
INTRODUCCIÓN
Principio de Equivalencia
"Podemos explicar el triunfo de una teoría por referencia
a una teoría mas general (podemos explicar el
triunfo de la teoría de Newton empleando la teoría
general de la relatividad)"
Paul Feyerabend
La teoría de la relatividad general no se desarrolla en un día. De 1907 a 1915 Einstein logra
crear un auténtico monumento científico, pleno de belleza, llamado teoría de la relatividad
general. ¿Qué da origen a dicha teoría?
La teoría de la gravedad de Newton no podía quedar intacta tras el impacto de la relatividad
especial. No era una teoría de campo como la de Maxwell en la que un campo
transmite efectos electromagnéticos con la velocidad de la luz. La gravitación era una fuerza
instantánea que actuaba a distancia. Sin embargo, según la relatividad, ninguna señal puede
desplazarse a mayor velocidad que la luz. Así Einstein busca la forma de hacer relativista la
teoría de la gravitación de Newton. Además Einstein estaba preocupado por un problema
más profundo: ¿Por qué, se preguntaba, tiene que ser algo especial el movimiento uniforme?
Sería mucho más convincente que todo movimiento, uniforme o no, fuera relativo.
La aceleración es absoluta. En un vehículo que se mueve con velocidad constante no notamos
la sensación de movimiento. Pero si el mismo vehículo da un brinco lo notamos
inmediatamente.
¿La aceleración es absoluta? Supongamos que lo es y veamos lo que podemos deducir
de ello. Imaginemos un pequeño laboratorio en el espacio, lejos de otros cuerpos, de tal
manera que las personas que están en el interior no noten ningún peso. Supongamos que
experimenta una aceleración uniforme en una cierta dirección siendo g la magnitud de dicha
aceleración. Todos los objetos libres que hay dentro de él se mueven uniformemente en
línea recta. Esto es lo que nos dice la primera ley del movimiento de Newton. Pero en relación
con el laboratorio acelerado, estos objetos no acelerados darán la impresión de que se
aceleran "hacia abajo" con una aceleración de g. Cualquiera que sea su masa y su composición,
los objetos arrojados tendrán todos la misma aceleración "descendente".
Por otra parte, aquí sobre la superficie terrestre, todos los objetos arrojados, bajo determinadas
condiciones, caen con la misma aceleración, g.
De lo anterior, Einstein, desprende el principio de equivalencia de la relatividad general:
los efectos que tienen lugar en el pequeño laboratorio acelerado en el espacio reproducen
los efectos producidos en un pequeño laboratorio no acelerado de la tierra.
A manera de resumen: "Einstein acaba con los defectos que tenía la teoría de Newton,
sobre todo con la hipótesis de que la atracción gravitacional se trasmite a distancia instantáneamente,
esta suposición era para muchos físicos totalmente inadmisible y también lo
era para Newton, quien en sus "Principia Matemática" afirma que la utiliza porque es una
hipótesis necesaria, es decir, que la relatividad o la teoría de la gravitación einsteiniana llegó
no por una crisis de las observaciones o de experimentos sino por razones fundamentales
de la física teórica". (Carlos Graef Fernández. Teoría de la gravitación de Einstein)
83

El juguete de Eric M. Rogers
El día en que Albert Einstein cumplió 76 años recibió de un amigo físico, llamado Eric M.
Rogers, y de su esposa como regalo el juguete siguiente: un tubo hueco montado al extremo
de un mango; en su exterior pende una bolita de acero, que se ve retenida por un hilo,
unido a un resorte cuya extremidad está fija al fondo del tubo. Bajo el peso de la bolita el
resorte está distendido y éste es demasiado débil para volverla al interior del tubo. Y Eric le
preguntó a Albert ¿Qué ocurrirá si dejamos caer libremente el juguete con el mango hacia
abajo?
MATERIAL
• 10 cm de manguera transparente de 5 cm de diámetro.
• Un balín de dos centímetros de diámetro.
• Un palo cilindrico de 6 cm de diámetro por 20 cm de largo.
• Un resorte blando.
• El juguete de Eric M. Rogers (ver la referecia 2).
PROCEDIMIENTO
Consta de dos partes:
1. Construir el juguete de Eric M. Rogers como se muestra en la figura.
2. Se deja caer el juguete de Eric M: Rogers, con el mango de madera hacia abajo, desde
una altura de 3 m o más. Y hay que observar que le sucede al balín.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Explicar por qué el balín se introduce dentro de la manguera.
CONCLUSIÓN
¿Qué se puede concluir sobre los sistemas acelerados?
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BIBLIOGRAFÍA
AGUILAR, GUILLERMO. Compilador (1983) La física contemporánea. México: UNAM.
EINSTEIN, ALBERT. (1970). La relatividad. México: DINA-Grijalbo.
ElNSTEIN ALBERTy LEOPODlNFELD, (1969) Lafísica aventura del pensamiento. Buenos Aires:
Losada.
ElNSTEIN, ALBERT (1950) Sobre la teoría generalizada de la gravitación. Selecciones de Scientific
American. Abril.
PEÑA, LUIS. DE LA (1987) Albert Einstein: Navegante Solitario, Col. Ciencia para Todos ,
México: FCE No. 31, pp. 111 y 112.
85

La edición de Manual de Experimentos de Física III,
Estuvo a cargo de: Elia A. Paredes,
Angeles Lara y Antonio Meza.
El diseño gráfico estuvo a cargo de Angeles Lara
Se terminó de imprimir en los talleres de
Litoarte, S.A. de C.V., en agosto del 2001.
Consta de 10,000 ejemplares
más sobrantes para reposición
en papel bond de 75 grs.

Coordinación:
Alicia Allier Ondarza
Autores:
David Hurtado Sil
Francisco Guillen Estévez
Bernabé Meléndez Marcos
Rene Cisneros Sandoval
Enrique Flores Medina
Ana Flores Flores
Alan Paz Martínez
Isauro Figueroa Rodríguez
Miguel Ángel Marcial Cortés Córdova
Daniel Vázquez Hernández
Rosalinda Flores y Bermúdez
Ricardo Mora Ponce
Juan Bautista Pérez
Fernando Pantoja Rebollo
Carlos García Torres
Jesús Martínez Camaño
Manuel Otero Martínez
Hilario Macías Campos
Teodoro Cano Miguel
Emilio Flores Llamas
Gerardo Fernández Sánchez