PRIMER PERIODO FÍSICA GRADO ONCE

FENÓMENOS ONDULATORIOS MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE (M.A.S.)

Conceptos. Movimiento Armónico Simple (MAS). Se presenta cuando una partícula realiza vibraciones iguales en tiempos iguales alrededor de un punto fijo. Fórmulas. Ecuación de posición Ecuación de velocidad Ecuación de aceleración x = A cos w . t 1 v = - w . A . sen w . t 2 a = - w2 . A . cos w . t 3

Identificación de variables relacionadas: x-posición, A-amplitud, w-velocidad angular, t-tiempo, v-velocidad, a-aceleración

EJEMPLOS DE LA ECUACION DE POSICION, VELOCIDAD Y ACELERACION Calcular la posición, velocidad y aceleración de una partícula que vibra con M.A.S.; de amplitud 2cm, velocidad angular de 45/sg durante 1sg Solución. Como x = A cos w . t entonces x = 2cm . cos 45/sg . 1 sg por tanto x = 2cm . cos 45 o sea x = 2cm.0,7 entonces x = 1,4cm Como v = - w A sen w . t entonces v = - 45 /sg . 2cm . sen 45 /sg . 1 sg por tanto v = -90 . 2cm/sg .sen45 o sea v = -90cm/sg . 0,7 entonces v = -63cm/sg Como a = - w2.A .cos w . t entonces a = - (45/sg)2. 2cm/sg cos45/sg .1 sg por tanto a = - 2025.2 cm . sen 45 o sea a = -4050 cm/sg2 . 0,7 entonces a = -2835 cm/sg2 EJERCICIOS DE LA ECUACION DE POSICION, VELOCIDAD Y ACELERACION

1. Calcular la posición, velocidad y aceleración de una partícula que vibra con MAS; de amplitud 2cm, velocidad angular de 35/sg durante 1sg

2. Calcular la posición, velocidad y aceleración de una partícula que vibra con MAS; de amplitud 3cm,

velocidad angular de 45/sg durante 2sg

3. Calcular la posición, velocidad y aceleración de una partícula que vibra con MAS; de amplitud 4cm, velocidad angular de 55/sg durante 3sg

4. Calcular la posición, velocidad y aceleración de una partícula que vibra con MAS; de amplitud 5cm,

velocidad angular de 60/sg durante 4sg

5. Calcular la posición, velocidad y aceleración de una partícula que vibra con MAS; de amplitud 6cm, velocidad angular de 65/sg durante 5sg

6. Calcular la posición, velocidad y aceleración de una partícula que vibra con MAS; de amplitud 7cm,

velocidad angular de 70/sg durante 6sg

SEGUNDO PERIODO ACUSTICA Y SONIDO FISICA GRADO ONCE

EFECTO DOPPLER

Concepto. Fenómeno físico en el que un observador escucha una fuente sonora cuya frecuencia cambia su valor de acuerdo a los siguientes casos: CASO 1 Fórmulas.

1. Cuando el observador se mueve y la fuente está en reposo

a) Si el observador se acerca a la fuente: fo = f . (v + vo) v

b) Si el observador se aleja a la fuente: fo = f . (v - vo) V

Identificación de variables relacionadas: fo – frecuencia para el observador f - frecuencia de la fuente

v - velocidad del sonido (340 m/sg) vo – velocidad del observador vf – velocidad de la fuente EJEMPLO CASO 1 Un observador se mueve con una velocidad de 0,8 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 350 Hz Datos

fo - ? Vo = 0,8 m/sg V = 340 m/sg f = 350 Hz

fo = f . (v + vo) v reemplazo datos

fo = 350 Hz . (340 m/sg + 0,8 m/sg) fo = 350 Hz . (340,8 m/sg) fo = 119280 Hz fo = 350,82 Hz

340 m/sg 340 m/sg 340

fo = f . (v - vo) v reemplazo datos

fo = 350 Hz . (340 m/sg - 0,8 m/sg) fo = 350 Hz . (339,2 m/sg) fo = 118720 Hz fo = 349,17 Hz

340 m/sg 340 m/sg 340 EJERCICIOS 1. Un observador se mueve con una velocidad de 0,5 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia

escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 370 Hz

2. Un observador se mueve con una velocidad de 0,6 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 390 Hz

3. Un observador se mueve con una velocidad de 0,75 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 400 Hz

4. Un observador se mueve con una velocidad de 0,9 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 450 Hz

5. Un observador se mueve con una velocidad de 1,2 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 315 Hz

6. Un observador se mueve con una velocidad de 1,45 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 270 Hz

7. Un observador se mueve con una velocidad de 1,6 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 380 Hz

Instrucciones: Lea cuidadosamente los conceptos y ejemplos resueltos para desarrollar los ejercicios propuestos en el cuaderno.

EFECTO DOPPLER (continuación)

Concepto. Fenómeno físico en el que un observador escucha una fuente sonora cuya frecuencia cambia su valor de acuerdo a los siguientes casos: CASO 2 Fórmulas.

2. Cuando la fuente se mueve y el observador está en reposo

a) Si la fuente se acerca al observador: fo = f . v v (v – vf)

b) Si la fuente se aleja al observador: fo = f . v v (v + vf)

Identificación de variables relacionadas: fo – frecuencia para el observador f - frecuencia de la fuente

v - velocidad del sonido (340 m/sg) vo – velocidad del observador vf – velocidad de la fuente EJEMPLO CASO 1 Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,8 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja si emite con una frecuencia de 350 Hz Datos

fo - ? Vo = 0,8 m/sg V = 340 m/sg f = 350 Hz a)

fo = f . V v (v – vf) reemplazo datos

fo = 350 Hz . 340 m/sg fo = 350 Hz . (340 m/sg ) fo =350 Hz . 1,0023 fo = 350,8 Hz

340 m/sg - 0,8 m/sg 339,,2 m/sg

b)

fo = f . V v (v + vf) reemplazo datos

fo = 350 Hz . 340 m/sg fo = 350 Hz . (340 m/sg ) fo =350 Hz . 0,99 fo = 346,5 Hz

340 m/sg + 0,8 m/sg 340,8 m/sg EJERCICIOS

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,5 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 370 Hz

2. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,6 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 390 Hz

3. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,75 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 400 Hz

4. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,9 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 450 Hz

5. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 1,2 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 315 Hz

6. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 1,45 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 270 Hz

7. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 1,6 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 380 Hz

TERCER PERIODO FISICA GRADO ONCE

OPTICA Y LUZ Aprendizajes esperados: Aplicar los conceptos de óptica geométrica en la construcción y características de la imagen de un objeto ubicado en diferentes posiciones frente a un espejo esférico. O.F.T.: Favorecer el trabajo colectivo. Instrucciones: Lea comprensivamente esta guía, y luego desarrolle las actividades propuestas. INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LA OPTICA 1.- CONCEPTOS BASICOS: A través de nuestros cinco sentidos, tenemos la percepción del mundo que nos rodea. Una parcela muy importante de esa percepción es la proporcionada por la visión, gracias a la luz que recibimos de los objetos de nuestro ambiente. Una parte de la Física que estudia el comportamiento de la luz propagándose en diferentes medios es denominada Óptica Geométrica. En ese estudio, la luz en propagación es representada gráficamente a través de líneas orientadas denominadas rayos luminosos (Fig. 1).

Fig.1

Una fuente luminosa se denomina puntual cuando sus dimensiones son despreciables en relación a la distancia que la separa de otros cuerpos, Es, extensa en el caso contrario. Un medio es transparente cuando permite la propagación de la luz de distancias considerables, siguiendo trayectorias bien definidas. Un objeto colocado en un medio transparente o detrás de el puede ser percibido con detalles (Fig 2a). El agua y el vidrio, en pequeñas espesuras pueden ser considerados como transparentes. Cuando un medio no permite la propagación de la luz, como una pared de ladrillos es denominado opaco. (Fig 2b).

Fig. 2

2.- VELOCIDAD DE LA LUZ

Vapores de sodio en incandescencia emiten luz amarilla. Moléculas ionizadas de hidrógeno emiten luz verde. Así mismo, conforme a la fuente emisora, podemos tener diferentes tipos de luz. Cada uno de esos tipos constituye una luz monocromática. Hay fuentes que emiten simultáneamente dos o más tipos de luces monocromáticas. Tenemos, entonces, una luz policromática. Cualquiera que sea el tipo de luz, su velocidad de propagación en el vacío es igual, aproximadamente, a 300.000 km/s. Este valor es una importante constante en Física Moderna. En u medio material, la velocidad de la luz es menor que en el vacío y su valor depende del tipo de luz que se propaga. Para un as de luces monocromáticas, la más rápida en un medio material es la luz roja y la más lenta es la luz violeta. En orden creciente de velocidades en un medio material, podemos escribir la siguiente secuencia. Luz violeta Luz café Luz azul Luz verde Luz amarilla Luz anaranjada Luz roja 3.- PRINCIPIO DE PROPAGACION RECTILÏNEA DE LA LUZ “En un medio homogéneo y transparente la luz se propaga siguiendo trayectorias rectas” 4.- SOMBRA Y PENUMBRA Dentro de las innumerables consecuencias y aplicaciones del Principio de propagación rectilínea de la luz, vamos a estudiar la formación de la sombra y de la penumbra, cuando una fuente de luz se encuentra en presencia de un cuerpo opaco.

a) Fuente puntual: cuando la fuente luminosa es puntual, hay formación de sombra, una región del espacio que no reciba luz de la fuente, en virtud de la presencia del cuerpo opaco y de la luz se propaga en línea recta.(Fig 3).

Fig. 3

b) Fuente extensa Cuando la fuente es extensa, se forma en torno de ella una región parcialmente iluminada, denominada penumbra.(Fig.4)

Fig. 4 La formación de sombra y penumbra envolviendo al Sol, la Luna y la Tierra, para un observador en la superficie de la Tierra, da origen a las eclipses. Si la sombra y la penumbra de la Luna interceptaran la superficie de la Tierra, ocurrirá eclipse solar, total o parcial, conforme la posición del observador. (Fig.5)

Fig. 5

La luz solar, tangente a la Tierra, determina una región de sombra: la sombra de la Tierra. Cuando la luz penetra en esta región, ella deja de ser vista por un observador en la Tierra, ocurriendo eclipse lunar (Fig. 6).

Fig. 6

REFLEXION DE LA LUZ I.- Definición: Consideremos un as de luz propagándose en un medio y alcanzando la superficie S.

Si este as de luz retorna hacia el medio en que se estaba propagando, decimos que la luz sufre una reflexión.

“Reflexión es el retorno de un rayo luminoso hacia el medio de cual provenía al alcanzar una superficie” II.- Difusión de la luz: Consideremos un conjunto de rayos luminosos iluminando un cuerpo rugoso, es decir, lleno de salientes.

El cuerpo rugoso refleja los rayos luminosos haciendo que se propaguen en varias direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión irregular o reflexión difusa. Debido la reflexión difusa es que podemos ver totalmente un cuerpo. III.- Reflexión regular: Haciendo incidir un conjunto de rayos luminosos sobre una superficie S perfectamente pulida, notamos que los rayos luminosos son reflejados en una única dirección.

Este fenómeno es llamado reflexión regular. IV.- Espejo plano: Se denomina espejo plano a toda superficie plana pulida y con un alto poder reflector. En la superficie reflectora es común colocarle una película muy fina de plata.

V.- Leyes de la reflexión: Consideremos una superficie S perfectamente pulida que separa los medios A y B.

Consideremos también la luz propagándose por el medio A, alcanzando la superficie S. Sea RI un rayo de luz incidente, I el punto de incidencia de ese rayo RR el rayo reflejado y N la normal a la superficie S por el punto de incidencia I. El ángulo i que el rayo incidente forma con la normal es llamado ángulo de incidencia, el ángulo r que es el rayo reflejado forma con la normal es llamado ángulo de reflexión. 1ª Ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal son coplanares.

RI, RR y N son coplanares.

2ª Ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. i = r

VI.- FORMACION DE IMÁGENES: Colocando un objeto luminoso A enfrente de un espejo, observamos que los rayos que de el provienen sufren reflexión regular.

Las prolongaciones de los rayos reflejados se interceptan en el punto A’, llamado imagen de A. Cuando la imagen es formada por las prolongaciones de los rayos reflejados, es llamada virtual. Note que el objeto y su imagen son simétricos en relación al espejo, es decir, se encuentran a la misma distancia de el. Para un observador enfrente del espejo, es como si la luz recibida por el tuviese su origen en el punto A”, Si el objeto es extenso, su tamaño es igual al de su imagen.

VII.- ASOCIACION DE DOS ESPEJOS PLANOS: Cuando la luz, reflejada por un espejo, llega a otro, se dice que los espejos están asociados. Podemos tener dos tipos de asociación, que analizaremos enseguida.

a) Asociación en paralelo.

El número de imágenes formadas del punto A es infinito. Cada imagen de un espejo hace el papel de un nuevo objeto hacia el otro espejo, y así sucesivamente.

b) Asociación angular.

Sea el ángulo formado por los dos espejos planos con las superficies reflectoras enfrentándose.

El número de imágenes distintas del punto A está dado por:

N = 360º/ - 1 Estas imágenes caen sobre la circunferencia de la figura cuyo centro es el punto C y radio CA. Esta fórmula es válida en los casos:

360º/ es par, el objeto A puede quedar en cualquier posición entre los espejos.

360º/ es impar, el objeto A debe quedar en el plano bisector del ángulo

VIII.- El color de un cuerpo: La luz blanca, que es emitida por el Sol, puede ser descompuesta en siete colores principales: Rojo Anaranjado Amarillo Verde Azul Café Violeta El color que un cuerpo iluminado presenta es dado por la constitución de la luz que el refleja difusamente. Por ejemplo: si un cuerpo iluminado con luz blanca refleja la luz verde y absorbe los demás, este cuerpo tendrá color verde, cuando iluminado con luz blanca, absorbiéndola totalmente, tendrá color negro. IX.- Espejos esféricos: Se denomina espejo esférico a toda superficie reflectora en forma de un casquete esférico. Si la cara interna del casquete es reflectora, el espejo esférico se llama CONCAVO. Si la cara externa del casquete es reflectora, el espejo se llama CONVEXO Nomenclatura: Consideremos el espejo esférico indicado en la figura.

Principales elementos: C = centro de curvatura F = foco principal

V = vértice R = radio de curvatura f = distancia focal

= ángulo de apertura del espejo. Condiciones de nitidez de Gauss: Sabemos que los espejos planos forman imágenes nítidas de los objetos, ya que a cada punto del objeto le corresponde un único punto imagen. Entretanto eso no ocurre con los espejos esféricos, ya que las imágenes se presentan deformadas, es decir, a cada punto objeto corresponden varios puntos imágenes y las imágenes no son nítidas. Dentro de determinadas condiciones, los espejos esféricos entregan imágenes cuya falta de nitidez no es percibida por el ojo humano. Estas condiciones, llamadas condiciones de Gauss, son:

- El espejo debe tener pequeño ángulo de apertura ( º) - Los rayos incidentes deben ser próximos al eje principal. - Los rayos incidentes deben ser poco inclinados en relación al eje principal

Teniendo en vista las condiciones de nitidez de Gauss, usaremos las siguientes representaciones para los espejos esféricos:

Rayos particulares: Si un rayo de luz paralela al eje principal, el rayo reflejado pasa por el foco principal.

Si un rayo de luz incide en el vértice del espejo, el rayo reflejado es simétrico En relación al eje principal.

Si un rayo de luz incide pasando por el centro de curvatura, el rayo es reflejado sobre si mismo.

Construcción geométrica de imágenes: Las imágenes entregadas por un espejo esférico pueden ser obtenidas usando dos de los tres rayos particulares.

ACTIVIDAD: Utilizando los rayos notables, construya e indique las características de la imagen de un objeto extenso ubicado en distintas posiciones.

Para un espejo convexo, la construcción de la imagen es la siguiente:

ESTUDIO ANALITICO: 1.- Convención de signos. Consideremos dos ejes ortogonales, con origen en el vértice del espejo. Eje de las abscisas: Origen: vértice del espejo Dirección: el del eje principal Sentido: contrario al de la luz incidente Eje de las ordenadas: Origen: vértice del espejo Dirección: perpendicular al eje principal. Sentido: de abajo hacia arriba. 2.- Ecuación de Gauss y ecuación de aumento lineal transversal. Consideremos el espejo de la figura:

En que: P = distancia del objeto al vértice (abscisa del objeto) p’= distancia de la imagen al vértice (abscisa de la imagen) o = altura del objeto i = altura de la imagen f = distancia focal R= radio de curvatura (R = 2f) Por semejanza de triángulos podemos demostrar que: 1 = 1 + 1 y A = i = -p’ f p p’ o p Ec. De Gauss Ec. Del aumento lineal transversal (A) Considerando siempre el objeto real (p>0), en estas ecuaciones tenemos: Imagen real --------------- p’>0 Imagen virtual------------ p’<0 Espejo cóncavo---------f>o Espejo convexo---------f<0 Imagen derecha----------- i>0 Imagen invertida---------- i<0 Problemas de aplicación: 1.- Un objeto frontal de 10 cm de altura es colocado a una distancia x de un espejo esférico. La imagen formada es virtual, tiene una altura de 2,5 cm y está ubicada a 30 cm del espejo. a) ¿Cuál es la distancia x? b) ¿Cuál es la distancia focal del espejo? Resolución: a)como la imagen es virtual y tiene altura (i = 2,5 cm) menor que el objeto (o = 10 cm), el espejo es convexo; luego, i>0 y p’ = -30 cm.

i/o = -p’/p--------2,5/10 = - (-10)/p --------p = 120 cm, p = x = 120 cm b)1/f = 1/p + 1/p’------------- 1/f = 1/120 – 1/30--------1/f = -3/120-------------f = -40 cm Respuestas: a) 120 cm b) -40 cm 2.- La distancia entre un objeto y la imagen que el conjuga en un espejo cóncavo es de 60 cm. La imagen proyectada en una tela es cuatro veces mayor que el objeto. Determinar el radio de curvatura del espejo. Resolución: Solamente las imágenes reales pueden ser proyectadas en una tela, luego el espejo es cóncavo con el objeto ubicado entre C y F. Dados: p’- p = 60 cm I = -40 cm (invertida) i/o=-p’/p------------- -4o/o = -p’/p----------- p’ = 4p p’ – p = 60 ---------- 4p – p = 60----------- 3p = 60--------- p = 20 cm p’ = 4p------------ p’ = 4*20 = 80 cm. Cálculo de f: 1/f = 1/p + 1/p’ ------------ 1/f = 1/20 + 1/80--------- 1/f = 5/80---------- f = 16 cm. Cálculo del radio de curvatura: R = 2f----------- R = 2*16 = 32 cm. Respuesta: 32 cm.

CUARTO PERIODO FISICA DE GRADO ONCE

ley de Coulom y la ley de Ohm

Utilizar los conceptos de electrostática

Realizar ejercicios de electrostática y electromagnetismo INTRODUCCION

Una de las interacciones fundamentales

descritas por la física es la electricidad. Aunque

conocidos desde antiguo, los fenómenos

eléctricos no empezaron a ser explicados de

forma sistemática hasta las postrimerías del

siglo XVIII, y sólo a mediados del XIX se

descubrió su estrecha relación con otra

manifestación común de la naturaleza: el

magnetismo.

ORIENTACION DIDÁCTICA

Conceptos:

Socialización y aclaración de dudas

Realizar lecturas complementarias y los ejercicios recomendados para conjuntos

Realizar el cronograma correspondiente COMPETENCIA: El estudiante interpreta y aplica los fundamentos conceptuales del movimiento armónico simple en el estudio y análisis de situaciones particulares y problemáticas específicas en los contextos cultural, social y disciplinar.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CONCEPTUAL: Resuelve problemas que involucran electricidad y magnetismo

PROCEDIMENTAL: Elabora los ejercicios y realiza los laboratorios de acuerdo a la teoría

ACTITUDINAL:Demuestra perseverancia y flexibilidad en la búsqueda de soluciones a los ejercicios

REFERENTES TEORICOS

Potencial eléctrico

Diferencia de potencial.

Capacidad

Coulomb de Ley r

qqkF

221

r2

212

00

2

29

mN

C1085,8 ,

4

1

C

mN 109k

metro

Volt

Coulomb

NewtonE

q

rFrE

p2r r

QkrE campo

eléctrico

voltV r

QkV

r

A

Qd1dEV

0r

d

A

V

QC 0

r

Corriente eléctrica

Resistencia eléctrica

Ley de Ohm.

Efecto Joule.

Circuitos eléctricos

REFERENTES TEORICOS

Conexión en serie. Para las resistencias Para los capacitores:

Conexión en paralelo Para las resistencias Para los capacitores:

Magnetismo

Ampère) ( As

CI ;

t

Q

tiempo

carga de cantidadI

) Ohm ( R ; S

L

ltransversa sección

longitudadresistividR

V R I Ley de

Ohm.

R

VRIIVP

22 Potencia consumida (

disipada ) en un conductor por

efecto Joule. [ P ] Watt v A A2 v2/ .

R1 R2

Rserie

21serie RRR

C1 C2

Cserie

21serie C

1

C

1

C

1

Rparale

lo

R

1

R

2

21paralelo R

1

R

1

R

1

C1

C2

Cparalel

o

C2

21paralelo CCC