Guía de práctica virtual: Presión Hidrostática en líquidos

Presión Hidrostática en líquidos

Objetivos:

1.    Comprobar que la presión hidrostática es proporcional a la profundidad.

2.    Obtener la ecuación que relaciona la presión hidrostática con la densidad del líquido, la aceleración de gravedad y la profundidad.

 Instrucciones:

1.    Ingrese a la página que se indica a continuación¹, cuya figura se adjunta.

http://www.walter-fendt.de/ph14e/hydrostpr.htm

2.    Observe que la presión hidrostática del líquido se mide con un manómetro de tubo en U. El simulador permite seleccionar el líquido y muestra su densidad. Una vez seleccionado el líquido, se introduce totalmente la cámara sumergible (de color rojo) en el líquido, usando el botón izquierdo del mouse. Una vez hecho esto, el simulador muestra los valores correspondientes de la profundidad h y de la presión hidrostática p. La presión se mide en hPa (1 hPa = 1 Hectopascal = 100 Pa = 100 N/m²). Note que en la parte superior de la cámara sumergible  hay una membrana que se deforma en mayor o menor intensidad, dependiendo de la presión, la cual depende a su vez de la profundidad   (este efecto se nota para el mercurio, para los demás líquidos es imperceptible). Como consecuencia de esto, la presión del aire ubicado en el tubo (color rosado) aumenta, empujando al líquido (color azul). Por lo tanto, el nivel del líquido baja a la izquierda del tubo y sube a la derecha. Este desplazamiento de nivel mide la presión hidrostática (ver la siguiente figura). Familiarícese con el funcionamiento de este simulador.

3.    Una vez familiarizado con el simulador, seleccione el líquido y anote su densidad ρ. Introduzca totalmente la cámara en el líquido a una profundidad de 1.0 cm y anote ese valor de h y el de la presión hidrostática p correspondiente.

4.    Repita el paso anterior para al menos 9 valores más de h razonablemente espaciados, incluyendo la máxima profundidad (5.0 cm). Confeccione una tabla de datos de h y p. Incluya en esa tabla el par de valores (0,0). Efectúe una gráfica de p en función de h y obtenga la ecuación de la curva resultante (esta debe ser una recta, de acuerdo a los objetivos planteados). Interprete los parámetros de dicha ecuación. ¿Qué relación hay entre la pendiente de la recta y el producto ρ.g? En este experimento simulado,  g=9.81m/s².

5.   En base a la respuesta a la pregunta anterior, reescriba la ecuación y determine la relación entre la presión p y  la profundidad h, en donde aparezcan también ρ y g. Obtenga sus conclusiones.

6.    Elabore su informe de acuerdo al formato convenido.

Referencias:

1.    Walter Fendt.

     http://www.walter-fendt.de/ph14e/hydrostpr.htm

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Guía de práctica virtual: Principio de Arquímedes

Principio de Arquímedes

Objetivos:

1.  Comprobar que la fuerza de empuje sobre un objeto sumergido en un líquido es proporcional al volumen del líquido desplazado.

2.    Comprobar que la fuerza de empuje sobre un objeto sumergido en un líquido es igual al peso del volumen de líquido desplazado por el objeto.

 Instrucciones:

1.    Ingrese a la página que se indica a continuación¹, cuya figura se adjunta.

http://www.walter-fendt.de/ph14e/buoyforce.htm

2.    El sistema a estudiar consiste en un bloque que pende de un dinamómetro y puede sumergirse parcial o totalmente en un líquido. El simulador permite seleccionar algunos parámetros del cuerpo y del líquido. Una vez seleccionados los valores de estos parámetros, se introduce parcialmente el bloque en el líquido y el simulador muestra los valores correspondientes del volumen de líquido desplazado y del empuje, además de otros valores de interés. Familiarícese con el funcionamiento de este simulador.

3.    Una vez familiarizado con el simulador, fije valores para el área de la base del cuerpo, la altura del cuerpo, la densidad del cuerpo ρ_C y la densidad del líquido ρ_L (se le sugiere seleccionar el valor de 2.0 gr/cm³ para ρ_L). Introduzca parcialmente el cuerpo en el líquido, de tal manera que el volumen V_L desplazado esté cerca de 100 cm³, como se muestra en la siguiente figura. Anote el valor correspondiente de la fuerza de empuje E.

4.    Repita el paso anterior para al menos 6 volúmenes, incluyendo el volumen cuando el objeto está totalmente sumergido. Confeccione una tabla de datos de V_L y E. Incluya en esa tabla el par de valores (0,0). Efectúe una gráfica de E en función de V_L y obtenga la ecuación de la curva resultante (esta debe ser una recta, de acuerdo a los objetivos planteados). Interprete los parámetros de dicha ecuación. ¿Qué relación hay entre la pendiente de la recta y el producto ρ_Lg? En este experimento simulado,  g=9.81m/s².

5.    En base a la respuesta a la pregunta anterior, reescriba la ecuación y determine la relación entre el empuje y el peso del volumen del líquido desplazado. Obtenga sus conclusiones.

6.    Elabore su informe de acuerdo al formato convenido.

Referencias:

1.    Walter Fendt.

http://www.walter-fendt.de/ph14e/buoyforce.htm

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Guía de práctica virtual EMX: Fuerza de repulsión entre esferas cargadas

 Fuerza de repulsión entre esferas cargadas

Objetivos: Comprobar que la fuerza repulsiva entre dos esferas de igual carga y masa que penden de dos hilos de igual longitud,  es proporcional a la tangente del ángulo con la vertical.

 Instrucciones:

1. Ingrese a la página que se indica a continuación¹, cuya figura se adjunta.

    http://demonstrations.wolfram.com/RepulsionOfChargedPithBalls/

2.    El sistema a estudiar consiste en dos esferas idénticas, de igual masa e igual carga, que penden de dos hilos ideales de igual longitud. Debido a la repulsión electrostática, las cargas se separan hasta llegar al equilibrio. El simulador muestra el diagrama de fuerzas en situación de equilibrio. En esas condiciones, la fuerza electrostática F_E es igual en magnitud a la componente horizontal de la tensión T: F_E=Tcosq.

3.    Observe los controles y familiarícese con ellos. Pueden seleccionarse los valores de la separación r entre las esferas, la longitud L de los hilos y la masa m de las esferas. Para cada selección de estos valores, el simulador muestra los valores correspondientes del ángulo  q, de la carga q y de la tensión T.

4.    Una vez familiarizado con el simulador, fije un valor para L y otro para m (se le sugiere tomar valores altos en la escala). Luego, seleccione al menos 10 valores para r, anotando para cada caso los valores correspondientes de q, q y T. Confeccione una tabla de datos de q, tga, q , T y F_E. Recuerde que F_E=Tcosq y tga=ctgq.

5.    Efectúe una gráfica de F_E en función de tga y obtenga la ecuación de la curva resultante. Interprete los parámetros de dicha ecuación. ¿Está este resultado en concordancia con lo predicho por la teoría? Obtenga sus conclusiones.

6.    Elabore su informe de acuerdo al formato convenido.

Referencias:

1.    Wolfram Demonstrations Project.

http://demonstrations.wolfram.com/RepulsionOfChargedPithBalls/

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Guia de práctica virtual EM0: Ley de Coulomb

Ley de Coulomb

Objetivos: comprobar, mediante experimentos simulados, la ley de Coulomb.

Instrucciones:

1.    Ingrese a la página que se indica a continuación¹. Léala con detenimiento. Como está en inglés, hemos efectuado una traducción libre, la cual se adjunta.                          http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/elefor.html#c1

2.    Observe que al final de la página hay unos recuadros para rellenar con los valores numéricos de las cargas y la distancia entre ellas. Al seleccionar tales valores, aparece el valor de la magnitud de la fuerza correspondiente en el último recuadro.

3.    Seleccione un valor de r y déjelo fijo (se sugiere r=1 m). Seleccione al menos 10 pares de valores positivos de las cargas y anote los correspondientes valores de F. Confeccione una tabla de datos que contenga q₁, q₂, el producto de las cargas q₁q₂ y los valores de F correspondientes.

4.    Efectúe una gráfica de F en función de q₁q₂ y obtenga la ecuación de la curva resultante. Interprete los parámetros de dicha ecuación. Obtenga sus conclusiones.

5.    Ahora fije un valor para cada carga (se sugiere q₁ = q₂ = 1 C). Seleccione al menos 10 valores de r y anote los correspondientes valores de F. Confeccione una tabla de datos de r, 1/r² y los valores correspondientes de F.

6.    Efectúe una gráfica de F en función de r. Analícela y obtenga sus conclusiones.

7.    Efectúe una gráfica de F en función de 1/r² y obtenga la ecuación de la curva resultante. Interprete los parámetros de dicha ecuación. Obtenga sus conclusiones.

8.    Elabore su informe de acuerdo al formato convenido.

Referencias:

1.   HyperPhysics (©C.R. Nave, 2010) Georgia State University                          

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/elefor.html#c1

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Graficación de datos en línea

Graficación de datos en línea

Objetivos:

Aprender a utilizar programas en línea que permiten graficar tablas de datos experimentales.

Instrucciones:

1.-Ingrese a la siguiente página. Allí encontrará una programa que permite graficar tablas de datos¹. Le será muy útil en su vida académica. Si el texto está en inglés, puede traducirlo haciendo click con el botón derecho del mouse y seleccionando "Traducir al español".

http://nces.ed.gov/nceskids/graphing/classic/line_data.asp

2.- Familiarícese con el graficador y grafique la siguiente tabla de datos. Obtenga la ecuacion que relaciona a las variables. En este caso, las variables son la corriente eléctrica que circula por un resistor y el voltaje entre los extremos del resistor. El voltaje es la variable X y la corriente es la variable Y. Posteriormente Ud tendrá la oportunidad de obtener una tabla de datos similar, cuando realice la práctica virtual sobre la ley de Ohm.

Con el propósito de que valore la utilidad de este graficador, se muestra el gráfico resultante. Esfuércese para reproducirlo (seleccione otros colores para los puntos y la recta).

Observe que es una recta que pasa por el origen; recuerde que debe determinar su ecuación, la cual es del tipo             y=mx + b, siendo m la pendiente de la recta y b la ordenada del punto de corte con el eje Y.

Cuando los puntos experimentales pueden ajustarse a una recta, como en este  caso, es útil usar el graficador que conseguirá en²:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/regresion/regresion.htm

Familiarícese con él y reproduzca la gráfica.

NOTA: Esta actividad es individual. Tómesela en serio, le será de gran utilidad para las siguientes prácticas de laboratorio. Es obligatorio que haga un sencillo reporte de ella, en donde muestre las dos gráficas y la ecuación de la recta. Es por su propio beneficio. Recuerde que el laboratorio tiene un peso del 25 % de la nota final.

Referencias:

1.     National Center for Education Statistics:

 http://nces.ed.gov/nceskids/graphing/classic/line_data.asp

2.     Franco García A:

 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/regresion/regresion.htm

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Guía de práctica virtual M1: movimiento rectilíneo uniforme

Movimiento Rectilíneo Uniforme

Objetivos: Estudiar, mediante experimentos simulados, el movimiento rectilíneo uniforme de un objeto y medir su velocidad.

Instrucciones:

1. Ingrese a la página Web¹:

                  http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/practica/practica.htm

Allí encontrará una ventana interactiva, a la que llamaremos simulador, que se muestra en la figura adjunta.

2. Lea la descripción y los fundamentos físicos que se indican, antes de realizar la experiencia.

3. Observe que el simulador muestra un carril horizontal virtual, en donde un carrito puede moverse impulsado inicialmente por una pesa colgante, conectada a él por una cuerda que pasa por una polea. Unida a este carril hay una regla graduada. Se dispone también de un cronómetro y algunos botones de control. Familiarícese con el simulador antes de realizar la experiencia.

4. Inicie la experimentación de acuerdo a las indicaciones. No olvide que el propósito fundamental es medir la velocidad del carrito. Para ello, debe medir algunos desplazamientos desde el origen y los tiempos correspondientes invertidos por el móvil, registrándolos en una tabla tiempo–desplazamiento. 

Obtenga al menos 7 pares de datos.

El registro de esos datos lo hace automáticamente el simulador, y Ud. puede enviarlo al graficador, siguiendo las instrucciones dadas. El graficador es una ventana al final de la página web, que se muestra a continuación.

5. Pulsando el botón “Calcular”, el graficador traza los puntos experimentales y la recta de ajuste. También calcula el valor de la pendiente “a” (velocidad) y de la ordenada en el origen “b” (posición inicial), así como los errores de a y de b. ¿Cuál es la velocidad del carrito? ¿Cuál es la ecuación de la recta que determina la coordenada de posición x en función del tiempo t? Anexe esta gráfica a su informe, tal como la muestra el graficador (esto lo puede hacer utilizando el programa PAINT, de Microsoft). Extraiga sus conclusiones.

6. Incluya en su informe de laboratorio la tabla de valores y reproduzca la gráfica que muestra el simulador; ésta puede realizarla utilizando cualquier programa graficador. Se le sugiere usar uno que puede hallar en²:

                       http://nces.ed.gov/nceskids/graphing/classic/line_data.asp

7. Elabore su informe de acuerdo al formato convenido.

Referencias

1. Franco García A:

    http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/practica/practica.htm

2. National Center for Education Statistics:

    http://nces.ed.gov/nceskids/graphing/classic/line_data.asp

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Guía de estudio: Leyes de Kirchhoff

Leyes de Kirchhoff

En la siguiente dirección conseguirá un simulador de circuitos, cuya imagen se muestra aquí. El programa puede simular un circuito de 1 o de 2 mallas, mostrando voltímetros conectados en paralelo con los resistores, para medir los voltajes entre sus terminales. También muestra fuentes de voltaje para alimentar al circuito y amperímetros  para medir las corrientes en los resistores. Los valores de las resistencias y los voltajes de fuente pueden cambiarse accionando los controles indicados. Observe que hay un voltímetro extra, mostrado en la parte inferior, que mide el voltaje V₂-V₁  entre 2 puntos cualesquiera; para ello, basta colocar sus terminales en los puntos seleccionados. El nodo inferior está a un potencial eléctrico de cero voltios.

http://www.vjc.moe.edu.sg/fasttrack/physics/Kirchoff.htm

1) Seleccione los valores que se indican en la siguiente figura para los resistores y para los voltajes de fuente. Demuestre teóricamente que las corrientes registradas por los amperímetros son las correctas.

2) Seleccione los valores que se indican en la siguiente figura para los resistores y para los voltajes de fuente.  Demuestre teóricamente que las corrientes registradas por los amperímetros  y los voltajes registrados por todos los voltímetros son correctos.  

3) Seleccione los valores que se indican en la siguiente figura para los resistores y para los voltajes de fuente.  Demuestre teóricamente que las corrientes registradas por los amperímetros  y los voltajes registrados por todos los voltímetros son correctos.  

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