Respuestas Densidad y Peso específico

respuestas

1.     ¿Es correcto afirmar que en la luna el peso específico de un cuerpo varía? Por qué

Respuesta: Es correcto. El peso específico es el cociente entre el peso y el volumen de un cuerpo. El volumen es el mismo en la luna que en la tierra, pero el peso depende de la aceleración que provoca el campo gravitatorio (g).

P = m.g   La masa no cambia pero el “g” de la luna es menor que el “g” de la tierra. Por lo tanto el peso de un mismo cuerpo será menor en la luna que en la tierra y consecuentemente el peso específico, también será menor.

2.     Dos cuerpos, uno de aluminio y otro de plomo, ocupan el mismo volumen, ¿Cuál de los dos tiene mayor peso?

Respuesta: Este tipo de preguntas se responde consultando la tabla de pesos específicos. A igual volumen tendrá más peso quien tenga mayor peso específico, ya que el peso específico indica el peso de un cuerpo por unidad de volumen.

3.     Supón que tengas que vestirte con ropa de metal, ¿Cuál metal elegirías y por qué?

Respuesta: Obviamente, si no quieres soportar “el peso de la ropa” deberás hacerlo con el material que tenga menor peso específico. (ver la tabla)

4.     En uno de los platillos de una balanza hay un cubo de acero que pesa 2 Kgf. Si quiero equilibrar la balanza con un cubo de plata, ¿Qué volumen tendrá esta última?

Respuesta: Para responder este problema también hay que mirar la tabla de pesos específicos. Dado que un peso de 2 Kgf se equilibra con otro de 2 Kgf, el volumen del cubo de plata se obtiene dividiendo el peso de la plata (2 Kgf) por el peso específico de la plata 10,474 gf/cm³

5.     Supón que tomas 100 g de cada uno de los metales que están en la tabla de arriba para cubrir un espacio sin dejar lugares vacíos, ¿Qué volumen obtendrás?

Respuesta: Esta es muy fácil. Hay que sacar el volumen de cada uno de los metales de la tabla dividiendo 100 gf por el peso específico de cada metal y luego sumar todo.

6.     Supón que tomas 100 cm³ de cada uno de los metales que están en la tabla de arriba para colocarlos sobre una balanza, ¿Qué peso indicará la balanza?

Respuesta: Este también es fácil. Tenés que calcular el peso de cada metal multiplicando 100 cm³ por el peso específico de cada metal y después sumar todo.

7.     ¿Qué pesa más, un anillo de oro u otro hecho de acero y del mismo tamaño?

Respuesta:  Este se resuelve aplicando el mismo criterio que el problema 2

8.     Tienes un vaso lleno de agua, hasta el borde, y dos cubos macizos de metal, uno de oro que pesa 100gf y otro de aluminio que pesa 20 gf. Si vas a ganar un premio de un millón de dólares si colocas en el vaso el cubo que derramará mayor cantidad de agua ¿Cuál de los dos cubos sumergirías?

Respuesta:  Acá tenés que calcular el volumen del oro y del aluminio. Como ambos se hunden en el agua, derramará más líquido quien tenga mayor volumen. (Qué fácil es ganar un millón de dólares!!)

9.     Supón que en la naturaleza existan por igual todos los metales que figuran en la tabla y te encomiendan hacer monedas para distribuir entre la población, ¿Qué metal escogerías y por qué?

Respuesta: Si quieres aliviar el transporte de moneda a las personas creo que deberías elegir hacer monedas con el metal de menor peso específico, no?

10.                        Por sacarte un 10 en la evaluación de Taller de Ciencias te regalan un  medallón de oro con una gran cadena del mismo metal. Tu compañera de banco (que se sacó un 1) dice que en realidad está hecha de plomo y recubierta de oro. A simple vista y por el peso parece ser auténtico pero, la duda te come la cabeza: ¿Lo dice por envidia o será que tiene razón?.... ¿Cómo harías para darte cuenta si el medallón es de oro o no?.

Respuesta: En primer lugar, la confianza en quien te hace el regalo, no?.  Este problemita tiene el propósito de generar la curiosidad en algo llamado “El principio de Arquímedes”  Investiga un poco, si?....

11.                        Ahora que ya saben porque flotan los barcos y como hacen los submarinos para sumergirse en las profundidades del océano y como hacen para emerger de ellas, quiero que averigüen por que los globos inflados con helio suben hacia el cielo cuando lo soltamos y, ya que estamos, ¿Por qué vuelan los aviones? (que no están “inflados” con helio)

Respueta: Los globos inflados con helio?….si investigaste sobre el Principio de Arquímedes, ya conoces la respuesta.

Sobre ¿Por qué vuelan los aviones? En el blog “Clases de ciencias” busca en la etiqueta de Tecnología “Cómo vuela un avión” y después me decís, sí?

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Los átomos

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Conductores y aisladores

Conductores Los elementos conductores tienen facilidad para permitir el movimiento de cargas y sus átomos se caracterizan por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos con facilidad, por lo tanto son materiales que conducen la electricidad. Aisladores. Los aisladores son materiales que presentan cierta dificultad al paso de la electricidad y al movimiento de cargas. Tienen mayor dificultad para ceder o aceptar electrones. En una u otra medida todo material conduce la electricidad, pero los aisladores lo hacen con mucha mayor dificultad que los elementos conductores.

Electrización de cuerpos

Formas de electrización.

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado. La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática. Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo número des cargas positivas y negativas FORMAS DE ELECTRIZACIÓN   Electrización por frotamiento La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas Electrización por contacto La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al primero Electrización por inducción La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

calor y temperatura (video)

Cantidad de calor y calor específico

Cantidad de calor

Definición La cantidad de calor (Q) se define como la energía cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m), cuando su temperatura varía en un número determinado de grados. La cantidad de calor (Q) está relacionada directamente con la naturaleza de la sustancia que compone el cuerpo. La dependencia de la cantidad de calor con la naturaleza de la sustancia se caracteriza por una magnitud denominada calor específico de la sustancia. El calor específico de la sustancia se representa con la letra C y se define como la cantidad de calor requerida por la unidad de masa de una sustancia para variar su temperatura en 1 °C. El calor específico (C) se expresa en unidades de energía [joule (J), kilocaloría (kcal), caloría (cal), etc.)] por unidades de masa [(gramo (g), kilogramo (kg), libra (lb), etc.] y temperatura [grado centígrado (°C)]. La fórmula que permite determinar la cantidad de calor (Q) cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m) y calor específico (C), cuando su temperatura inicial (ti) varía hasta la temperatura final (tf,), se puede calcular mediante la fórmula: Q = C m (tf - ti ). La fórmula que permite determinar la cantidad de calor (Q) cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m) y calor específico (C), cuando su temperatura inicial (ti) varía hasta la temperatura final (tf,), se puede calcular mediante la fórmula: Q = C m (tf - ti ). Un cuerpo de masa (m) puede variar su temperatura inicial mediante un fenómeno térmico si absorbe o cede cierta cantidad de calor (Q). Al considerar que la energía no puede ser creada ni destruida de acuerdo con la ley de conservación de la energía, entonces la energía absorbida (o cedida) por un cuerpo debe, en principio, ser cedida (o absorbida) por otro cuerpo.     Calor especifico El calor especifico de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de la unidad de masa de la sustancia CALOR ESPECIFICO=Capacidad calorífica/Masa= C=Q/m*t

Cambios provocados por el calor

LOS CAMBIOS PROVOCADOS POR EL CALOR SON: 1) AUMENTO DE TEMPERAURA. La temperatura de un cuerpo generalmente aumenta cuando se le suministra energía térmica o calor. La cantidad de calor Q necesaria para elevar la temperatura de una sustancia es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia: Q = c.m.∆T donde c = calor específico de la sustancia m = masa de la sustancia ∆T = incremento de temperatura (Tf - Ti) 2) CAMBIO DE FASE. Una excepción a lo anterior tiene lugar durante los cambios de fase: sólido <------> líquido <-----> gas En un cambio de fase la temperatura permanece constante. El calor necesario para fundir una sustancia (sólido--> líquido) es proporcional a la masa de la sustancia Q(f) = m.L(f) en donde L(f) se denomina calor latente de fusión (calor necesario para fundir 1 kg de sustancia). De forma análoga, para un cambio de fase líquido --> gas (vaporización), el calor requerido es Q(v) = m.L(v) en donde L(v) se denomina calor latente de vaporización (= calor necesario para vaporizar 1 kg de sustancia)..
Evaporación: Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al gaseoso. Fusión: Es el paso de una sustancia desde el estado sólido al líquido. Sublimación progresiva:: Es paso de una sustancia desde el estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido. Solidificación:: ES cuando un líquido pierde calor y pasa al estado sólido. Condensación: Es el paso de una sustancia desde el estado gaseoso al líquido. Sublimación regresiva: Ocurre cuando una sustancia pasa directamente del estado gaseoso al sólido

Temperatura

Escalas de temperaturas

	FAHRENHEIT Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) era un físico Alemán que inventó el termómetro de alcohol en 1709 y el termómetro de mercurio en 1714. La escala de temperatura Fahrenheit fue desarrollada en 1724. Fahrenheit originalmente estableció una escala en la que la temperatura de una mezcla de hielo-agua-sal estaba fijada a 0 grados. La temperatura de una mezcla de hielo-agua (sin sal) estaba fijada a 30 grados y la temperatura del cuerpo humano a 96 grados. Fahrenheit midió la temperatura del agua hirviendo a 32°F, haciendo que el intervalo entre el punto de ebullición y congelamiento del agua fuera de 180 grados (y haciendo que la temperatura del cuerpo fuese 98.6°F). La escala Fahrenheit es comúnmente usada en Estados Unidos. Convertidor . . .   CELSIUS Anders Celsius (1701–1744) fue un astrónomo suizo que inventó la escala centígrada en 1742. Celsius escogió el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua como sus dos temperaturas de referencia para dar con un método simple y consistente de un termómetro de calibración. Celsius dividió la diferencia en la temperatura entre el punto de congelamiento y de ebullición del agua en 100 grados (de ahí el nombre centi, que quiere decir cien, y grado). Después de la muerte de Celsius, la escala centigrada fue llamanda escala Celsius y el punto de congelamiento del agua se fijo en 0°C y el punto de ebullición del agua en 100°C. La escala Celsius toma precedencia sobre la escala Fahrenheit en la investigación científica porque es más compatible con el formato basado en los decimales del Sistema Internacional (SI) del sistema métrico. Además, la escala de temperatura Celsius es comúnmente usada en la mayoría de paises en el mundo, aparte de Estados Unidos. Convertidor . . .   KELVIN La tercera escala para medir la temperatura es comúnmente llamada Kelvin (K). Lord William Kelvin (1824–1907) fue un físico Escocés que inventó la escala en 1854. La escala Kelvin está basada en la idea del cero absoluto, la temperatura teorética en la que todo el movimiento molecular se para y no se puede detectar ninguna energía (ver la Lección de Movimiento). En teoría, el punto cero de la escala Kelvin es la temperatura más baja que existe en el universo: −273.15ºC. La escala Kelvin usa la misma unidad de división que la escala Celsius. Sin embargo vuelve a colocar el punto zero en el cero absoluto: −273.15ºC. Es así que el punto de congelamiento del agua es 273.15 Kelvin (las graduaciones son llamadas Kelvins en la escala y no usa ni el término grado ni el símbolo º) y 373.15 K es el punto de ebullición del agua. La escala Kelvin, como la escala Celsius, es una unidad de medida estándar del SI, usada comúnmente en las medidas científicas. Puesto que no hay números negativos en la escala Kelvin (porque teoricamente nada puede ser más frío que el cero absoluto), es muy conveniente usar la escala Kelvin en la investigación científica cuando se mide temperatura extremadamente baja. Convertidor . . .

Potencial eléctrico

Potencial electrico:

En el proceso de producción de electricidad de las hidroeléctricas existe una relación estrecha entre la gravedad y la energía. Dicha relación se da en función de la cantidad de trabajo que puede generar el agua en sus turbinas al caer desde cierta altura, por lo que esta cantidad dependerá de la altura de caída y la cantidad de agua que caiga. a esta energía se le llama ENERGÍA POTENCIAL. TRABAJO= peso/altura de caída Es decir que la energía potencial es resultado del trabajo que realizara el agua al caer de cierta altura: Ep=T La cantidad de energía producida por el movimiento de las turbinas será mayor cuanto mayor sea la cantidad de agua y la velocidad de su caída.   Energía Potencial eléctrica si una carga eléctrica se somete a un campo eléctrico provocado por dos placas, la fuerza eléctrica qE que actúa hacia abajo sobre la carga, para moverla de A hacia B corriendo una distancia d, es energía potencial que se puede expresar así: Ep= qEd Donde Ep es la energía potencial, q la carga que se mueve entre las placas, E el campo el eléctrico entre placas y D la distancia que recorrerá la partícula. Siempre que una carga positiva se mueva en contra del campo electrico, la energia potencial se aumentara, e inversamente, di una carga negativa se mueve en contra del campo electrico, la energia potencial disminuye. Potencial Potencial entre dos puntos es el trabajo que se requiere por unidad de carga realizado en contra de las fuerzas eléctricas para desplazar una carga positiva +q de un punto a otro. La expresión matemática es : V= Ep/q donde: V= potencial (V) Ep= energía potencial (J) q= carga transportada (C)

Definición de campo eléctrico

Campo eléctrico:

Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea. La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea la Tierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un modo análogo la física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico o electrostático. Campo eléctrico es la región en la cual actúan fuerzas sobre las cargas eléctricas Intensidad del Campo eléctrico  El campo eléctrico genera una fuerza de atracción o repulsión, que se identifica como la intensidad del campo eléctrico y es la cantidad de fuerza eléctrica que actúa sobre las cargas. Se define: La intensidad de campo eléctrico (E) en un determinado punto se define como la fuerza F a la que esta sujeta una carga pequeña +q cuando esta colocada en una región determinada. La magnitud de la intensidad de campo eléctrico se puede determinar por una relación matemática como sigue: E=F/q donde: E= intensidad de campo eléctrico F= fuerza que actúa sobre la carga q= carga positiva La dirección de desplazamiento de la carga +q estará sujeta a la polaridad de la carga Q esta en su vecindad. La constante de proporcionalidad K se seguirá usando como:                                          K =   9.109  N. m2 /c2

Encerrar al gatito

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Refracción de la luz

Refracción

                                                                   Refracción de la luz en diversos contenedores.

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial.

Explicación física

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.

Por otro lado, la velocidad de la penetración de la luz en un medio distinto del vacío está en relación con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviación. Este fenómeno es conocido como dispersión de la luz. Por ejemplo, al llegar a un medio más denso, las ondas más cortas pierden velocidad sobre las largas (ej: cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta 4 veces más dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, ya que para esa gama de colores el índice de refracción es mayor y se dispersa más.

En la refracción se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio:

§  El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano.

§  Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separación trazada en el punto de incidencia.

La velocidad de la luz depende del medio que atraviese, por lo que es más lenta cuanto más denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será más pequeño que el ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractado alejándose de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de refracción.

Índice de refracción

Artículo principal: Índice de refracción

Es la relación entre la velocidad de propagación de la onda en un medio de referencia (por ejemplo el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate.

El índice de refracción de un material determinado sirve para determinar el ángulo crítico de una sustancia. Cualquier rayo incidente (θ₁) que tenga un ángulo mayor al ángulo incidente de un determinado material, en lugar de refractarse, se reflejará.

Refracción de ondas de radio

El fenómeno de la refracción es un fenómeno que se observa en todo tipo de ondas. En el caso de las ondas de radio, la refracción es especialmente importante en la ionosfera, en la que se producen una serie continua de refracciones que permiten a las ondas de radio viajar de un punto del planeta a otro.

Refracción de ondas sísmicas

Otro ejemplo de refracción no ligado a ondas electromagnéticas es el de las ondas sísmicas. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas depende de la densidad del medio de propagación y, por lo tanto, de la profundidad y de la composición de la región atravesada por las ondas. Se producen fenómenos de refracción en los siguientes casos:

§  Refracción entre la transición entre dos capas geológicas, especialmente entre el manto terrestre y el núcleo de la Tierra.

§  En el manto, por pequeñas desviaciones de la densidad entre capas ascendentes menos densas y descendentes, más densas.

Ley de refracción (Ley de Snell)

 Ley de Snell

La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción. Donde: n1 = índice de refracción del primer medio, θ1= Ángulo de Incidencia, n2 = índice de refracción del segundo medio y θ2 = ángulo de refracción.