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PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 1º BACHILLERATO DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA

I.E.S. PALAS ATENEA

Índice

Guía para realizar las actividades experimentales ............................................ 1

1ª Práctica Química. El átomo. Espectros atómicos ......................................... 4

2ª Práctica Química. Espectros atómicos de emisión ....................................... 5

3ª Práctica Química. Enlace químico ................................................................ 7

4ª Práctica Química. Manejo de recipientes básicos del laboratorio en el tratamiento de líquidos ...................................................................................... 8

6ª Práctica Química. Neutralización ................................................................ 10

5ª Práctica Química. Disoluciones .................................................................. 11

1ª Práctica Física. Método científico ............................................................... 13

2ª Práctica Física. Cinemática. Movimientos combinados .............................. 15

3ª Práctica Física. Dinámica: Principio de acción y reacción .......................... 17

4ª Práctica Física. Fuerza de rozamiento por deslizamiento .......................... 18

5ª Práctica Física. Comprobación experimental del Principio de conservación de la energía mecánica ................................................................................... 20

6ª Práctica Física. Bajas temperaturas ........................................................... 22

7ª Práctica Física. Métodos de electrización ................................................... 23

Inmaculada Ibáñez Genís y Antonio José Vasco Merino Departamento de Física y Química

I.E.S. Palas Atenea Curso 2009-2010 Prácticas de 1º Bachillerato. Pág. 1

GUÍA PARA REALIZAR LAS ACTIVIDADES EXPERIMENTALES

Toda actividad experimental implica un cierto riesgo y, además, la aplicación del método científico exige orden y precisión en la realización de los trabajos experimentales. Es necesario, por tanto, cumplir ciertas normas de funcionamiento en el laboratorio.

Proponemos a continuación una serie de normas de conducta, que los alumnos deben releer de vez en cuando, pretendiendo que se asuman desde el convencimiento de que el trabajo experimental ha de ser enriquecedor y seguro para todos.

1.– Los desplazamientos dentro del laboratorio deben realizarse sin prisas ni atropellos. Evita los desplazamientos injustificados, sobre todo con material de prácticas en tus manos.

2.– Las prendas de abrigo o de lluvia no deben dejarse sobre las mesas de laboratorio, dificultan el trabajo y pueden deteriorarse con los productos químicos. Colócalas en las perchas. Por la misma razón, utiliza sólo los libros necesarios.

3.– No debes llevar bufandas o cualquier otra ropa que cuelgue. Si llevas el pelo muy largo es conveniente que te lo recojas.

4.– Utiliza guantes y gafas de seguridad siempre que lo recomiende el profesor. 5.– Antes de comenzar comprueba que tienes en tu mesa todo el material que debes utilizar y no toques

otro material que no sea el que corresponde a tu práctica. 6.– Cuando comprendas lo que tienes que hacer puedes empezar a trabajar, no antes. En caso de duda,

pregunta al profesor. 7.– Evita cualquier manipulación no autorizada en aparatos conectados a la red eléctrica. Si algo no

funciona, comunícaselo al profesor. 8.– Si algún objeto de vidrio se rompe, no toques los trozos y lávate con agua rápidamente las manos

sin frotarlas para poder eliminar los cristales minúsculos que se hayan adherido a ellas. Avisa al profesor. Ten en cuenta que los trozos de cristal de los recipientes que se usan en el laboratorio suelen ser muy cortantes.

9.– Siempre debes tener las manos secas y limpias. Nunca debes tocar los aparatos eléctricos con las manos mojadas, ni dejar residuos de sustancias tóxicas sobre tus manos o ropas.

10.– Cuando calientes una sustancia en un tubo de ensayo, hazlo por la parte superior del líquido nunca por el fondo, para evitar proyecciones, y no orientes la boca del tubo hacia ninguna persona.

11.– Los ácidos y las bases fuertes deben manejarse siempre con precaución, especialmente si están concentrados o calientes.

12.– Evita recibir gases tóxicos o simplemente desconocidos y no intentes saborear ningún producto químico.

13.– Los reactivos no utilizados no deben verterse de nuevo en sus frascos, puesto que todo el contenido puede contaminarse. Por consiguiente no saques de los frascos cantidades mayores de las necesarias. No dejes los tapones sobre la mesa; pueden mancharla y contaminarse con otros productos.

14.– Cuando emplees sustancias inflamables, asegúrate de que no hay ninguna llama en las proximidades.

15.– Las materias sólidas inservibles, como cerillas, papel de filtro, etc., y los reactivos insolubles en agua no deben arrojarse en las pilas; deposítalos en el recipiente que, a tal fin, existe en el laboratorio.

16.– Si arrojas líquidos en las pilas, ten abierto el grifo del agua. No eches ácidos concentrados, ni sustancias corrosivas, que pueden deteriorar las cañerías. En caso de duda, consulta a tu profesor.

17.– Los aparatos calientes deben manejarse con cuidado; utiliza pinzas u otros utensilios adecuados. 18.– En caso de heridas, quemaduras, etc., informa inmediatamente al profesor. 19.– Al finalizar el trabajo experimental, comprueba que todo ha quedado limpio y en orden, y los

aparatos desconectados. Cierra las llaves del agua y del gas, y apaga los mecheros.



20.– Lava tus manos antes de salir del laboratorio.

En la siguiente tabla aparece dibujado el material más frecuentemente usado en un laboratorio de química; debes escribir el nombre de cada objeto y para qué se utiliza.

Objeto Nombre y uso Objeto Nombre y uso



La tabla siguiente muestra el nombre y el pictograma usado en química para distintos tipos de sustancias.

Sustancias Pictograma Cualidades

Explosivos

Sustancias y preparados que pueden explotar por efecto de una llama o por golpeo.

Comburentes

Sustancias y preparados que en contacto con otros, particularmente con los inflamables, originan una reacción que desprende mucha energía térmica.

Inflamables

Sustancias y preparados que, a temperatura ambiente, en el aire y sin aporte de energía pueden inflamarse. También aquéllas que, en contacto con el agua o el aire húmedo, desprenden gases fácilmente inflamables en cantidades peligrosas.

Tóxicos

Sustancias y preparados que por inhalación, ingestión o penetración cutánea pueden entrañar riesgos graves, agudos o crónicos o incluso la muerte.

Corrosivos

Sustancias y preparados que en contacto con los tejidos vivos pueden ejercer sobre ellos una acción destructiva.

Nocivos

Sustancias y preparados que pueden entrañar riesgos de gravedad limitada por inhalación, ingestión o penetración cutánea.

Irritantes Sustancias y preparados que por contacto inmediato, prolongado

o repetido con la piel o mucosas pueden provocar una reacción inflamatoria.



1ª PRÁCTICA QUÍMICA. EL ÁTOMO. ESPECTROS ATÓMICOS

1.– ¿Qué es un átomo? ...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 2.– ¿Qué es una molécula? ¿A quién se debe este concepto?

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 3.– ¿Cuántos átomos componen una molécula de agua?

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 4.– ¿Qué modelos atómicos se describen en el vídeo?

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 5.– Características de cada modelo:

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 6.– ¿Por qué no es válido el segundo modelo atómico? Escribe su nombre

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 7.– Modelo de Bohr. Características

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 8.– ¿Cómo son los espectros de los átomos?

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 9.– ¿Cómo se interpretan estos espectros atómicos con el modelo de Bohr?

...............................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................... 10.– ¿Qué es un modelo atómico?

...............................................................................................................................................................



2ª PRÁCTICA QUÍMICA. ESPECTROS ATÓMICOS DE EMISIÓN

Si hacemos pasar la luz solar a través del prisma óptico de un espectroscopio, observamos que se desdobla y aparece a continuación una serie de colores diferentes que llamamos espectro: cada color corresponde a frecuencias determinadas. Así, la luz solar presenta un aspecto con todos los colores, que denominamos espectro continuo, pues los límites de dichos colores no son nítidos y forman un todo ininterrumpido.

Al analizar la radiación emitida por los átomos, se observa que cada átomo sólo emite o absorbe radiación de determinadas frecuencias, que en los espectros aparecen como una serie de líneas cuyo valor puede ser medido mediante una escala superpuesta en ellos a tal efecto. Se trata de espectros discontinuos. Un elemento químico emite siempre las mismas rayas cuyas frecuencias son características de cada uno y sirven para identificarlo.

Objetivo

Que el alumno observe los espectros de emisión del hidrógeno, nitrógeno, argón, mercurio, helio y neón.

Material

Fuente soporte para tubos espectrales, tubos espectrales de descarga, espectroscopios de mano.

Procedimiento

a) Se conecta la fuente–soporte de tubos espectrales a la red de 220 V de corriente alterna y se mantiene el interruptor de la fuente siempre apagado.

Es necesario extremar la precaución ya que en los contactos metálicos de la fuente donde se insertan los tubos existe una tensión de 5000 V. Aunque los contactos están ocultos en la fuente para mayor seguridad, todas las manipulaciones debe realizarlas el profesor.

b) Se colocan sucesivamente los diferentes tubos espectrales en su posición de la fuente, se acciona el interruptor e inmediatamente el tubo emite una luz característica del gas que contiene en su interior a baja presión.

c) Con el espectroscopio de mano dirigido al tubo espectral, se observa la luz emitida por cada tubo.

Para evitar que aparezca el espectro de la luz solar, o de los tubos fluorescentes del laboratorio, superpuesto a los espectros atómicos que queremos observar, es preciso cerrar las persianas y apagar las luces del laboratorio. Para alargar la vida útil de los tubos es conveniente mantenerlos encendidos durante periodos cortos de tiempo.

Analiza y responde

1.– Comprueba si los colores de las rayas espectrales que observas son los siguientes: a) Hidrógeno: violeta, azul y rojo. b) Nitrógeno: violeta, azul, verde, amarillo y rojo. c) Argón: violeta, verde, amarillo y rojo. d) Mercurio: violeta, verde, amarillo y rojo. e) Helio: violeta, azul, verde, amarillo y rojo. f) Neón: azul, verde, amarillo y rojo.



2.– ¿Por qué algunas rayas son muy finas y otras más anchas? 3.– Habrás observado que el espectro del nitrógeno, aunque es discontinuo, presenta rayas muy

anchas. Cuando se observa con espectroscopios de gran calidad se ven 8 rayas de color violeta, 3 rayas azules, 4 rayas verdes, 3 rayas amarillas y 14 rayas rojas. ¿Están relacionados ambos hechos?

4.– La raya roja del espectro del hidrógeno tiene una longitud de onda de 670 nm. ¿Cuál es su frecuencia? ¿Cuál es la diferencia de energía existente entre los niveles energéticos a los que corresponde esta raya roja?

5.– Una vez analizados todos los espectros anteriores, puedes analizar la luz solar abriendo las persianas. Describe el espectro de la luz solar.

DESCARGAS EN GASES. ESPECTROS

Fundamento teórico

La radiación electromagnética se propaga en forma de ondas que se caracterizan por una longitud de onda.

Cuando un gas se calienta emite radiación. Si consideramos un gas enrarecido, sus átomos o moléculas se encuentran tan separados unos de otros que las únicas interacciones entre ellos son choques fortuitos. Entonces, es lógico pensar que cualquier radiación emitida sea característica de los átomos o moléculas del gas.

Esta hipótesis se comprueba experimentalmente. Al excitar un gas o vapor a baja presión mediante una corriente eléctrica, se emite una radiación, característica de ese gas o vapor, que sólo contiene determinadas longitudes de onda; ése es el espectro de emisión de esa sustancia y se observa en el espectroscopio como un conjunto de líneas brillantes de colores sobre un fondo oscuro. Cada sustancia posee un conjunto de líneas que la caracterizan cuando se excita en fase gaseosa.

Si en lugar de excitar el gas o vapor de la sustancia mediante una corriente eléctrica para que emita radiación hacemos incidir luz blanca sobre la masa gaseosa, ésta absorberá ciertas longitudes de onda, las mismas que emite cuando se le excita. En este caso se observa en el espectroscopio el campo iluminado con unas líneas negras donde antes aparecían las líneas brillantes: éste es el espectro de absorción de la sustancia. Por ejemplo, en el espectro de la luz proveniente del Sol, aparecen ciertas líneas oscuras, las líneas de Fraunhofer, que corresponden a la absorción por la masa de gas que rodea al Sol, de esas longitudes de onda.

El espectrómetro está constituido por una plataforma giratoria, donde se sitúa un prisma de vidrio, y por tres tubos que pueden girar alrededor de ejes verticales. Uno de estos tubos, el tubo C, es el colimador. Con una fuente luminosa se ilumina su rendija R que está situada en el foco de una lente convergente L1, por lo que obtenemos un haz de rayos paralelos que atraviesan el prisma y se observan en el anteojo A; la imagen de la rendija se forma en el plano focal de la lente L2, y se observa través del ocular O.

El tercer tubo E lleva la escala; ésta es una escala de vidrio que al iluminarse, se observa través del ocular O superpuesta a la imagen de la rendija; para ello, mediante la lente L3, se obtiene un haz de rayos paralelos que se reflejan en el prisma y forman la imagen de la escala en el plano focal de la lente L2.



3ª PRÁCTICA QUÍMICA. ENLACE QUÍMICO

Las substancias que forman nuestro mundo están compuestas por átomos que se mantienen unidos por el poder de fuerzas eléctricas: los enlaces químicos. Las propiedades físicas y químicas de los elementos y de los compuestos dependen, en buena medida, de la naturaleza de estos enlaces. La investigación de los enlaces metálico, iónico y covalente nos permite analizarlos en relación con el cambio gradual de la electronegatividad de los elementos a lo largo de la tabla periódica. La comparación en la estructura de los sólidos cristalinos nos ayuda también a entender los tipos de enlace y su relación con las propiedades.

Cuestiones

1.– Empleando una tabla periódica, observa la electronegatividad de los elementos y su tendencia en los grupos y períodos.

............................................................................................................................................................... 2.– ¿Cuál es el elemento esencial de los compuestos orgánicos? ¿Por qué existe un número tan

elevado de substancias orgánicas?

............................................................................................................................................................... 3.– ¿Cuál es el modelo de átomo que se expone en el DVD? ¿Qué relación existe entre los

diámetros del núcleo y de la corteza?

............................................................................................................................................................... 4.– ¿Qué es un electrón de valencia? ¿En qué consiste un enlace metálico?

............................................................................................................................................................... 5.– ¿Qué elementos producen enlaces metálicos?

............................................................................................................................................................... 6.– ¿Qué características presentan los elementos con enlace metálico? ¿Por qué el hierro y el

cobre no tienen la misma conductividad eléctrica?

............................................................................................................................................................... 7.– ¿En qué consiste el enlace iónico? ¿Entre qué tipo de elementos se produce?

............................................................................................................................................................... 8.– ¿Qué propiedades tienen los compuestos iónicos?

............................................................................................................................................................... 9.– ¿Qué tipo de enlace puede esperarse entre átomos de no metales diferentes?

............................................................................................................................................................... 10.– ¿Por qué el enlace covalente se produce preferentemente entre elementos con poca

diferencia en su electronegatividad?

............................................................................................................................................................... 11.– ¿De qué manera los átomos de los elementos pueden conseguir la configuración de los gases

nobles?

............................................................................................................................................................... 12.– Analiza los diversos tipos de enlace covalente del carbono en los compuestos orgánicos.

...............................................................................................................................................................



4ª PRÁCTICA QUÍMICA. MANEJO DE RECIPIENTES BÁSICOS DEL LABORATORIO EN EL TRATAMIENTO DE LÍQUIDOS

Objetivo

• Que los alumnos sean capaces de preparar disoluciones y diluirlas mediante el empleo de material básico del laboratorio.

• Que sean capaces de trabajar de forma cualitativa con el concepto de concentración.

Material

Vidrio de reloj, 2 vasos de precipitados pequeños (50 mL), varilla de vidrio (agitador), frasco lavador, 3 matraces aforados de 100 mL, 2 pipetas de 5 mL y 10 mL, probeta.

Reactivos

• Tetraoxomanganato(VII) de potasio (KMnO4 — permanganato potásico)

Procedimiento

• Reconocimiento del material a utilizar. • El profesor debe añadir una mínima cantidad de KMnO4 en el vidrio de reloj de cada uno de los

grupos de alumnos. • Se introduce el permanganato en el vaso de precipitados y se recuperan los restos con la ayuda de

pequeñas cantidades de agua del frasco lavador, hasta que no queden restos de KMnO4 en el vidrio de reloj. La cantidad de agua utilizada no puede ser muy grande (≈ 10 mL).

• Se disuelve el permanganato con la ayuda de la varilla y se añade, sin que se produzcan pérdidas, al matraz aforado. Se siguen añadiendo pequeñas cantidades de agua ( ≈ 10 mL) al vaso de precipitados para recuperar los restos de producto, añadiéndose posteriormente al matraz. Se repite el procedimiento hasta que no quede color morado dentro del vaso.

• Se añade agua hasta acercarnos a la línea que marca el aforo del matraz, ajustando el menisco con agua que se añade desde la pipeta. Se tapona el matraz y se agita para homogeneizar la disolución. Lo etiquetamos con la letra A.

• Con ayuda de la probeta se miden 20 mL de la disolución A y se añaden a otro matraz aforado, previamente limpio. Se enrasa y se etiqueta con la letra B.

• Con ayuda de la pipeta pequeña se añaden 3 mL de la disolución A en el otro vaso de precipitados, previamente limpio. Con ayuda de la probeta añadimos 25 mL de agua destilada en el vaso. Lo etiquetamos con la letra C.

Cuestiones

1.– Previamente al desarrollo de la práctica, dibuja el material utilizado y su nombre.



2.– ¿Por qué crees que debemos añadir pequeñas cantidades de agua y repetir el procedimiento varias veces para pasar el KMnO4 al matraz aforado?

....................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................... 3.– ¿Qué sentido tiene enrasar con ayuda de la pipeta?

....................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................... 4.– ¿Cuál de las disoluciones B o C es más parecida en concentración a una disolución que se

preparara añadiendo 10 mL de la disolución A y agua suficiente para tener un volumen total de 100 mL? ¿Podrías decir si la concentración es la misma?

....................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................... 5.– ¿Por qué “lavamos” la bureta con la disolución de permanganato potásico?

....................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................... 6.– ¿Por qué utilizamos el agua del frasco lavador y no la del grifo?

....................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................... Sabiendo que la masa molecular del permanganato potásico es 158,5 g mol–1 y suponiendo que el profesor ha añadido 0,1 g de dicha sustancia en el vidrio de reloj, calcula la concentración molar de la disolución A.

7.– Calcula la concentración de las otras disoluciones utilizando la fórmula:

V1 M1 = V2 M2



6ª PRÁCTICA QUÍMICA. NEUTRALIZACIÓN

Material

• Base soporte • Varilla soporte roscada • Nuez doble • Pinzas de bureta • Bureta graduada de 50 mL • Matraz erlenmeyer de 100 mL • Probeta

Productos

• Disolución de HCl 0,1 M • Disolución de NaOH de concentración desconocida • Fenolftaleína

Objetivo

Considerando que todas las sustancias básicas desprenden en disolución acuosa iones OH– y

todas las sustancias ácidas iones H+, observar que cuando a una base se le añade un ácido, los H

+ de éste

reaccionan instantáneamente con los OH– de la base según la reacción:

H+ + OH

– H2O

con lo cual la basicidad va disminuyendo. Si se sigue añadiendo ácido, llega un momento en que los H

+ añadidos se combinan exactamente con todos los OH

– existentes; en ese momento el medio no es

ácido, ni básico y se dice que se ha alcanzado el punto de neutralización. Para este proceso se utilizan los indicadores.

Realización

Valoración de una disolución de NaOH con otra de HCl Montar la bureta en la base soporte como se aprecia en la figura y añadir ácido clorhídrico con la

llave abierta para que se llene la parte inferior, se cierra la llave y se añade de nuevo disolución de HCl hasta enrasarla a cero. En un erlenmeyer poner 20 mL de disolución de NaOH, medidos con la probeta. Añadir 3 ó 4 gotas de disolución de fenolftaleína. Se observa que la disolución toma un color rojo fucsia.

Desde la bureta y gota a gota, dejar caer el ácido sobre el vaso, agitando continuamente; ¡observa que llega un momento en el cual al caer una gota, se produce una decoloración del liquido a su alrededor!

A partir de ahí, hay que tener precaución porque el punto de neutralización está muy cerca. Cerrar casi por completo la llave de la bureta para que las gotas de ácido caigan una a una muy espaciadas. Agitar continuamente.

Cuando al caer una gota la decoloración del líquido sea total, se habrá llegado al punto exacto de la neutralización. Anotar los cm3 de ácido gastados en la bureta.

Como esta técnica es complicada, la primera vez puede salir mal la operación de neutralización, en cuyo caso deberá repetirse el proceso.

Si las dos disoluciones están bien preparadas deberá cumplirse que: nº equivalentes H

+= nº equivalentes OH

– ⇒ Vbase Nbase = Vácido Nácido

En este caso: 20 · 0,1 = Vácido Nácido



5ª PRÁCTICA QUÍMICA. DISOLUCIONES

Objetivo

Que los alumnos preparen disoluciones y calculen su concentración.

Material

Vaso de precipitados pequeño (50 mL), pipeta, 2 matraces aforados de 250 mL y 100 mL, varilla de vidrio (agitador), balanza, base y varilla soportes, bureta, nuez, pinza de bureta.

Reactivos

• Tetraoxocromato(VI) de potasio (K2CrO4 — cromato potásico)

Datos

Masas atómicas: K = 39 ; O = 16 ; Cr = 52.

Procedimiento de preparación de una disolución a partir de un sólido: cromato

potásico 0,05 M

• Se calcula la masa de soluto que hay que pesar.

Operación a realizar Resultados

V (L) Volumen del matraz aforado 100 mL

M (mol L–1) Dato de la práctica 0,05

nS (mol) V M

MM (g mol–1) Calcularla con los datos

mS (g) ns Mm

• Se pesa en el vaso de precipitados, tarado previamente en la balanza, la cantidad calculada de K2CrO4. Se añade un poco de agua y se agita hasta que se disuelva totalmente el soluto, agitando con la varilla de vidrio.

Una vez disuelto, se trasvasa al matraz aforado y se recoge lo que queda en el vaso de precipitados con pequeñas cantidades de agua, pasándolo todo al matraz. • Se completa con agua hasta el enrase.

Dibujo

Dibuja el material que se ha utilizado.



Procedimiento de preparación de una disolución a partir de un líquido: 250 mL

de disolución 10–3 M de cromato potásico a partir de la anterior

• Se calcula el volumen de disolución 0,05 M necesaria para preparar la disolución.


V2 (L) Volumen del matraz aforado 250 mL

M1 (mol L–1) Dato de la práctica 0,05

M2 (mol L–1) Dato de la práctica 0,001

nS (mol) V2 M2 = V1 M1

V1 (L) 1

s

1

22

Mn

MM V

=

• Montamos la bureta en la base soporte con ayuda de la varilla, de la nuez doble y de la pinza de

bureta, la limpiamos con agua destilada y la lavamos con un poco de disolución de cromato del matraz A, recogiendo los restos en un vaso de precipitados para desechar. Se llena la bureta con la misma disolución, se ajusta al cero de la escala y se añade el volumen calculado de disolución de K2CrO4 dentro del matraz aforado.

• Se completa con agua hasta el enrase. Cálculo de la normalidad de ambas disoluciones


nº de combinación de la sal (a)

Subíndice del metal × valencia del metal (en sales)

MM (g mol–1) Calculada previamente

Meq (g mol–1) aMM

N1 (eq L–1) a MVM

m

11

eq

s

=

N2 (eq L–1) a MV

V N2

2

11 =

Fórmulas utilizadas

[1] V Mn

VM

m

VnM s

m

s

s =⇔==

[2] aMa

VM

m

Va

Mm

VM

m

Vn

N m

sm

s

eq

s

eq ×=×====



1ª PRÁCTICA FÍSICA. MÉTODO CIENTÍFICO

Objetivo

• Determinar la relación existente entre el período de un péndulo simple y su longitud.

Material

Soporte metálico, nuez, varilla con gancho, esfera, hilo, regla de madera, cronómetro. Procedimiento

• Determina el período de oscilación del péndulo (T) midiendo con el cronómetro el tiempo (t) que tarda en dar 20 oscilaciones completas (ida y vuelta), con ángulos de oscilación pequeños.

• Repite la medida con tres longitudes distintas del péndulo (hilo más radio de la esfera). Por ejemplo, 1 = 80 cm, 2 = 90 cm y 3 = 1 m.

Operación a realizar 1 2 3

(m) medirla con la regla

t (s) medirlo con el cronómetro

T (s) 20t

T2 (s2)

Período / longitud T (s/m)

T

Período2/longitud 2T (s2/m)

2T

Cuestiones

1.– ¿Es constante el cociente T/? 2.– ¿Es constante el cociente T2/? Si es así, ¿qué ecuación relaciona la longitud y

el período del péndulo? Dibuja la gráfica T2– y calcula la pendiente. 3.– Más adelante estudiarás que esa constante es igual a 4·π2/g [1], ¿cuál es el

valor de g (aceleración de la gravedad) según tus cálculos? 4.– Cita las etapas que comprende el método científico.

Fórmulas

[1] K π4g

g π4KPendiente

g π4 T

g π4T

g π2T

222222 =⇔==⇔=⇔=⇔=



Gráfica

T2 (s2)

(m)



2ª PRÁCTICA FÍSICA. CINEMÁTICA. MOVIMIENTOS COMBINADOS

Objetivo

Estudiar el movimiento que realiza un móvil cuando lo lanzamos horizontalmente desde una cierta altura, con una determinada velocidad horizontal.

Hipótesis

Suponemos que el movimiento del cuerpo es el resultado de la composición de otros dos: • Movimiento horizontal rectilíneo y uniforme, que sería el descrito por el cuerpo en ausencia de

gravedad. • Movimiento vertical de caída libre, que sería el

descrito por el móvil si lo dejásemos caer sin velocidad inicial.

Planteamiento del problema

Desde cierta altura sobre el suelo se lanza el cuerpo horizontalmente con velocidad v0. Se

cumple: tvx 0= 2 tg 21y =

Eliminando de ambas ecuaciones el tiempo, obtenemos la ecuación de la trayectoria:

220

x v2gy = que es una parábola.

Verificación de las hipótesis

Las hipótesis formuladas quedarán contrastadas si, al lanzar un cuerpo desde distintas alturas y1, y2, y3, …, con la misma velocidad inicial, las distancias a la base de lanzamiento al llegar al suelo x1, x2,

x3, …, verifican la siguiente relación: K v2g

xy

xy

xy

20

23

322

221

1 =====

Material necesario

Rampa para el lanzamiento (un libro apoyado sobre un plumier, calculadora, etc.…), regla, papel de calco y una bola pequeña.

Procedimiento experimental

Utiliza la rampa para que la velocidad de la bola al ser lanzada sea siempre la misma. Lanza la bola desde lo alto de la rampa, repitiendo tres veces para la misma altura. Variaremos la altura dejando caer la bola desde la mesa de laboratorio sobre tres superficies distintas: el suelo, la superficie de un taburete con el asiento bajado al máximo y lo mismo con el asiento a su máxima altura.

Sitúa el papel blanco y el de calco de forma que el impacto de la bola quede marcado, y señala con un círculo los impactos de cada lanzamiento. Procura medir perfectamente la distancia (alcance) desde la vertical de salida al punto de impacto, así como la altura entre la superficie de la mesa y la superficie de recepción de la bola.

Anota en la tabla los resultados.

Conclusiones

Construye una gráfica en la que se representen en ordenadas las alturas y en abcisas el cuadrado del alcance. ¿Qué conclusiones extraes de la gráfica?



Operación a realizar 1 2 3 4 5 6 7 8 9

x (cm) medirlo con la regla graduada

x (cm) 3

xxxx 321 ++=

y (cm) medirla con la regla graduada

k(cm–1) 2xy

=k

vo (cm/s) k 2

gv0 = (tomar g = 980 cm s–2)

Cuestiones

1.– ¿Qué significado físico tiene el hecho de que la gráfica sea una recta? 2.– ¿Hubiese influido en el resultado una bola de masa diferente? 3.– ¿Tiene la bola la misma velocidad inicial en todos los lanzamientos? 4.– ¿Cómo podrías calcular el tiempo que tarda la bola en caer?

Gráfica

y (cm)

x2 (cm2)



Dibuja las fuerzas:

3ª PRÁCTICA FÍSICA. DINÁMICA: PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN

Objetivo

Comprobar experimentalmente la existencia de fuerzas de acción y reacción y determinar su valor.

Material

• Balanza digital • Dinamómetro • Vaso de precipitados de 250 mL • Soporte metálico con varilla • Nuez doble • Varilla con gancho • Prisma metálico

Procedimiento

a) Se mide el peso del prisma con el dinamómetro. El resultado es el peso en el aire (Paire). b) Se vierten en el vaso de precipitados unos 200 mL de agua y se tara (se pone a cero) la

medida de la balanza digital apretando la tecla T . Como indica la figura, se sumerge to-talmente el prisma, colgando del dinamómetro, en el agua del vaso, sin tocar ni las paredes ni el fondo y se mide, leyendo el dinamómetro, el peso del prisma en estas condiciones. El resultado es el peso en el agua (Pagua).

c) La balanza indica ahora que hay un peso nuevo, equivalente al peso del agua desplazada por el prisma, que equivale a una masa (magua des).

d) Se calcula el peso de agua desplazada (magua des g) ─que es la fuerza de acción─ y la diferencia entre el peso en el aire y en el agua (Paire y Pagua) ─que es la fuerza de reacción (empuje)─ y se comparan.

Operación a realizar Resultado

magua des medirla con la balanza (indirectamente)

Fac (N) magua des g

Paire (N) medirlo con el dinamómetro

Pagua (N) medirlo con el dinamómetro

Freac (N) Pr – Pap

Analiza y responde

1.– ¿Qué fuerza ejerce el agua sobre el objeto metálico? ¿Qué dirección y sentido tiene? ¿Qué dice el principio de Arquímedes?

2.– ¿Qué fuerza ejerce el prisma sobre el agua? ¿Cuáles son su dirección y sentido?

3.– ¿Se puede afirmar que son fuerzas de acción y reacción? ¿Son iguales? ¿Se anulan?



4ª PRÁCTICA FÍSICA. FUERZA DE ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO

Objetivos

Comprobar que la fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal al plano. Comprobar que el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el coeficiente de rozamiento

cinético. Determinar experimentalmente el coeficiente de rozamiento estático entre dos superficies.

Material

Taco de rozamiento (por ejemplo, un prisma de madera), dinamómetro, balanza, pesas, soporte metálico, rampa de madera, regla.

Procedimiento

a) Se mide la masa del prisma de madera con la balanza y se calcula su peso, cuyo valor coincide con la fuerza normal al plano horizontal.

b) La fuerza de rozamiento se mide con el dinamómetro, determinando la fuerza mínima horizontal necesaria para iniciar el movimiento del prisma.

c) Se repite la experiencia anterior, colocando distintas pesas sobre el prisma de madera, al menos cuatro veces.

m (kg)

P = m g

Ft (N) d) Con la rampa de madera (puede valer una regla) y el soporte metálico se forma un plano

inclinado cuyo ángulo se va aumentando lenta y regularmente. Determina la tangente del ángulo mínimo con el que se inicia el deslizamiento. Repite la experiencia varias veces y halla el valor medio µe = tg α.

Altura del triángulo = h (m)

Base del triángulo = B (m)

µe = Bh = tg α

5μμμμμμ 54321

e++++

=

e) Representa gráficamente Ft en ordenadas y P en abscisas, con los datos de la tabla anterior, y

deduce de la gráfica el valor de µe.



Gráfica

Ft (N)

P (N)

Analiza y responde

1.– ¿Aumenta la fuerza de rozamiento al aumentar el peso del sistema prisma–pesas? 2.– ¿La fuerza que marca el dinamómetro una vez iniciado el movimiento del prisma es mayor,

menor o igual que la necesaria para iniciar el movimiento? 3.– ¿Coincide aproximadamente el valor obtenido de µe, en ambos casos? 4.– ¿Qué unidades tiene el coeficiente de rozamiento? ¿Por qué?



5ª PRÁCTICA FÍSICA. COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL DEL PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA

Objetivos

Comprobar que la energía mecánica (suma de las energías potencial y cinética) o energía total, en ausencia de rozamientos, se conserva, es decir, no varía, al transformar energía potencial en cinética (o viceversa).

Calcular la velocidad final a la que se mueve el objeto.

Material

Regla, balanza, tapón de goma, células fotoeléctricas.

Procedimiento

Se montan las células fotoeléctricas como en la figura. Se coloca el tapón inmediatamente encima de la célula fotoeléctrica A. Se deja caer de forma que pase marcando el tiempo de caída en la célula fotoeléctrica B. Con esta estructura, y de forma aproximada, la velocidad del tapón en A es cero. El valor de g es aproximadamente 9,80 m/s2.

Punto A Operación a realizar Resultado

mtapón (kg) medirla en la balanza

hA (m) medirla con la regla

Ec A (J) 2A2

1 vm

Ep A (J) Ah g m

Em A (J) AA PC EE +



Punto B Operación a realizar Resultados

1 2

t (s) medirlo con las puertas fotoeléctricas

t (s) 2ttt 21 +=

hB (m) medirla con la regla

vB (m/s) t gvB =

Ec B (J) 2B2

1 vm

Ep B (J) Bh g m

Em B (J) BB PC EE +

¡EmB y EmA deben ser exactamente iguales ya que la energía mecánica se conserva! Si no

se cumple, ¿a qué puede ser debido?

Punto C Operación a realizar Resultados

hC (m)

Em C (J) Em A (se conserva la E. mecánica)

Ep C (J) Ch g m

Ec C (J) Em C – Ep C

vC (m/s) tapón

c

mE 2

c

[1]

Cuestiones

1.– ¿Es cierto que hay transformación de Ep en Ec? ¿Por qué? 2.– Enuncia el principio de conservación de la energía.

Fórmulas

[1] vmE 2v

mE 2 vmE 2 vm E c2c2

c2

21

c =⇔=⇔=⇔=



6ª PRÁCTICA FÍSICA. BAJAS TEMPERATURAS

1.– Haz un resumen de los temas tratados en el vídeo.

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............................................................................................................................................................... 2.– Define calor y temperatura.

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............................................................................................................................................................... 3.– ¿Se obtienen con la misma facilidad las temperaturas bajas que las altas? ¿Existe algún

límite en la obtención de temperaturas bajas?

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............................................................................................................................................................... 4.– ¿Por qué a la escala Kelvin se le denomina también escala absoluta de temperaturas?

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............................................................................................................................................................... 5.– ¿Cambian las propiedades de algunos materiales al sumergirlos en aire líquido?

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7ª PRÁCTICA FÍSICA. MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN

Objetivos

• Que los alumnos se aproximen a los fenómenos eléctricos.

• Que conozcan, mediante la experimentación, los distintos métodos de electrización de un cuerpo y el comportamiento de las cargas eléctricas.

Material

Generador de Van de Graaff y accesorios (esfera suspendida de hilo, vaso de Faraday, electrodo descarga en punta, molinillo eléctrico, cilindro transparente con bolitas metálicas, simulador de cabellos y lámpara de neón).

Recuerda: Métodos de electrización

Fricción o frotamiento Dos cuerpos, inicialmente neutros, adquieren cargas eléctricas contrarias al frotar uno contra el

otro. Uno de los cuerpos electrizados queda con carga negativa (al tener exceso de electrones) y el otro con carga positiva (defecto de electrones).

Inducción Un cuerpo electrizado, con carga negativa, se acerca, sin tocar, a un objeto neutro. En éste se

redistribuyen las cargas positivas y negativas, ya que las negativas son repelidas por la carga negativa del cuerpo. Al tocar con un cuerpo neutro en el extremo positivo del objeto, pasan cargas negativas del cuerpo al objeto que experimenta la inducción, por lo que queda cargado negativamente. Si tocamos por el extremo negativo, parte de las cargas del objeto que experimenta la inducción pasan al cuerpo neutro, por lo que queda cargado positivamente.

Contacto Un cuerpo electrizado, con carga negativa, al entrar en contacto con un cuerpo neutro, le

transmite parte de sus cargas negativas, por lo que ambos quedan cargados negativamente y se repelen.

Características del generador de Van de Graaff

El generador de Van de Graaff es un aparato para la producción de voltajes muy elevados (decenas de kilovoltios) con una intensidad de corriente mínima.

El motor eléctrico, situado en la base, mueve la cinta de goma que hace de generador y portador de cargas electrostáticas hasta una semiesfera metálica sustentada sobre dos varillas aislantes. Una pequeña rejilla metálica a modo de peine, situada en la parte inferior, genera las cargas en la cinta de goma y otra rejilla, situada en el interior de la semiesfera recoge las cargas generadas en la cinta y las deposita en dicha semiesfera en donde los voltajes generados pueden llegar a los 200 kV.

La longitud de chispa entre la semiesfera del generador y la esfera con soporte suministrada, puede llegar hasta un máximo de unos 80 mm (que se corresponde a unos 80 kV).



Procedimiento

Después de que el profesor ponga en funcionamiento el generador de Van de Graaff, debes describir en cada caso lo que observas, además de justificar científicamente cada comportamiento.

a) Esfera suspendida de un hilo

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.................................................................................................................................................................... b) Cilindro transparente con bolitas metálicas

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.................................................................................................................................................................... c) Esfera de descarga

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.................................................................................................................................................................... d) Molinillo eléctrico

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.................................................................................................................................................................... e) Lámpara de neón

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.................................................................................................................................................................... f) Simulador de cabellos

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.................................................................................................................................................................... g) Vaso de Faraday

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.................................................................................................................................................................... h) Tubo fluorescente

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