Libro virtual Ampliación Física y química 4º ESO Colegio Montpellier by Carlos Alcaraz Cárdenas

Prof

NOMBRE DEL ROFESOR/A Nombre del centro

¿POR QUÉ NOS CAEMOS?

Adrián Moreno

Javier Prieto

Rubén Fernández -

Elea Mellado

1. CONCEPTOS BÁSICOS ¿Qué es la gravedad? La gravedad es una fuerza física que la Tierra ejerce sobre todos los cuerpos hacia su centro. También se trata de la fuerza de atracción de los cuerpos en razón de su masa. Mucha gente piensa que el peso es lo mismo que la masa paro no es así. La masa es la cantidad de materia del cuerpo o del objeto y el peso es la fuerza con la que la tierra u otros planetas atraen al cuerpo o al objeto. La gravedad está vinculada al peso, que es la fuerza de gravedad que ejerce la masa del planeta sobre todos los objetos que se encuentran dentro de su campo de gravedad. El peso del mismo cuerpo puede variar en distintos planetas si la masa de éstos es diferente a la masa de la Tierra. ¿Qué es la teoría de la gravedad? ¿Quién la propuso? Isaac Newton fue quien propuso la ley de gravitación universal o teoría de la gravedad. Newton afirmó que todo objeto que posee masa ejerce una atracción gravitatoria sobre cualquier otro objeto con masa, más allá de la distancia existente entre ambos. A mayor masa, mayor fuerza de atracción; por otra parte, a mayor cercanía entre los objetos, mayor fuerza de atracción. Dentro de esta ley empírica, tenemos estas importantes conclusiones: 

  

Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas. El hecho de que los planetas describan una órbita cerrada alrededor del Sol indica este hecho. Una fuerza atractiva puede producir también órbitas abiertas, pero una fuerza repulsiva nunca podrá producir órbitas cerradas. Tienen alcance infinito. Dos cuerpos, por muy alejados que se encuentren, experimentan esta fuerza. La fuerza asociada con la interacción gravitatoria es central. A mayor distancia menor fuerza de atracción, y a menor distancia mayor la fuerza de atracción. 2



Según Newton si dejamos caer dos objetos con la misma forma pero distinta masa, estos dos objetos caen a la vez.

A pesar de los siglos, hoy sigue utilizándose cotidianamente esta ley en el ámbito del movimiento de cuerpos incluso a la escala del Sistema Solar, aunque esté desfasada teóricamente. Para estudiar el fenómeno en su completitud hay que recurrir a la teoría de la Relatividad General. Además, la relatividad general predice la propagación de ondas gravitatorias (En física, una onda gravitacional es una ondulación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado. Las ondas gravitacionales constituyen una consecuencia de la teoría de la relatividad general de Einstein y se transmiten a la velocidad de la luz). Estas ondas sólo podrían ser medibles si las originan fenómenos astrofísicos violentos, como el choque de dos estrellas masivas o remanentes del Big Bang. Estas ondas han sido detectadas de forma indirecta en la variación del periodo de rotación de púlsares dobles. Por otro lado, las teorías cuánticas actuales apuntan a una "unidad de medida de la gravedad", el gravitón, como partícula que provoca dicha "fuerza", es decir, como partícula asociada al campo gravitatorio.

¿Quién es Isaac Newton? Isaac Newton (1643-1727) fue un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre (Leyes de Newton).

2. CRONOLOGÍA HISTÓRICA DE LA GRAVEDAD -

3er siglo AC - Aristarco de Samos propone modelo heliocéntrico, mide la distancia a la Luna y su tamaño.

800 - Yafar Muhammad ibn Musa ibn Shakir formula la hipótesis de que los cuerpos celestes y las esferas celestes están sujetos a las mismas leyes de la física como la Tierra, a diferencia de los antiguos, que creían que las esferas celestes siguieron su propio conjunto de leyes físicas diferentes a la de la Tierra. En su movimiento astral y la fuerza de atracción, también se propone que hay una fuerza de atracción entre los cuerpos celestes. 3

1121 - Al-Khazini publica el libro de la Balanza de la Sabiduría, en la que se inventa una balanza hidrostática para medir la gravedad específica “La gravedad específica es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad del agua”

1543 - Nicolás Copérnico pone el sol en el centro de gravedad, a partir de una revolución en la ciencia. 1589 - Galileo Galilei describe una balanza hidrostática para medir la gravedad específica. 1604 - Galileo Galilei realiza experimentos con planos inclinados e induce la ley de la caída de objetos.

1687 - Isaac Newton (1643-1727) estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre (Leyes de Newton).

Newton fue el primero en demostrar que las leyes naturales que gobiernan el movimiento en la Tierra y las que gobiernan el movimiento de los cuerpos celestes son las mismas. Es calificado como uno de los científicos más importantes; y su obra, como la culminación de la revolución científica. -

1687 Newton publica sus Principia, en donde se formulan sus conceptos de espacio y tiempo absolutos, y sus leyes del movimiento y de la gravedad.

1798 - Henry Cavendish mide la fuerza de la gravedad entre dos masas, que conduce al primer valor preciso para la constante gravitacional “La constante de gravitación universal es una constante física, que determina la intensidad de la fuerza de atracción gravitatoria entre los cuerpos.”

3. ALGUNOS INVENTOS RELACIONADOS CON LA GRAVEDAD ¿Evitar la gravedad? Todos sabemos que la gravedad nos atrae al núcleo de la Tierra quedándonos sobre una superficie, entonces ¿cómo podemos lograr que los cuerpos puedan llegar a volar? Un ejemplo claro de un cuerpo que es capaz de evitar esta característica de la Tierra, es el avión. -

¿Por qué un avión puede volar? Todo el que ha viajado en avión o simplemente lo haya visto volar no puede menos que preguntarse cómo una máquina más pesada que el aire puede despegar de una pista, mantenerse en el aire, trasladarse de un punto a otro sin perder el rumbo y aterrizar de nuevo en el aeropuerto de destino. Los aviones vuelan simple y llanamente porque aparece una fuerza: Sustentación, que tira de ellos hacia arriba haciendo que se eleven por el aire. La fuerza de la sustentación es proporcional a la velocidad, a la densidad del aire y a una superficie de referencia llamada superficie alar. Por lo tanto, para que un avión se mantenga en el aire, necesita ir muy rápido, para que así su sustentación sea lo suficientemente grande como para vencer al peso de la gravedad. Por eso, cuando un avión va despacio, éste entra en pérdida y cae siendo incapaz de soportar su peso. Pero... ¿Por qué aparece la sustentación? Bien, la sustentación aparece porque la presión en la cara superior del ala es inferior a la de la cara inferior. Esa diferencia de presiones hace que aparezca dicha fuerza. Pero, ¿por qué pasa eso? Esto es debido a que la velocidad del aire que va por la cara superior del ala es mayor que la cara inferior. Al ser la velocidad 5

mayor, como Bernoulli demostró en su famosa ecuación, la presión disminuye. Esto se conoce como efecto Bernoulli. Y para que la velocidad el aire sea mayor en la cara superior del ala, se consigue curvando un poco el ala, de manera que una partícula fluida que vaya por la cara superior del ala tenga que recorrer más espacio que una que vaya por la cara inferior. Imaginar dos partículas que están en reposo en el aire, y de repente se encuentran con el perfil de un ala como el de la figura. Una “decide” ir por arriba y otra por abajo. Debido a la forma y curvatura del ala, si las dos quieren volverse a encontrar al final de la misma, la que vaya por arriba deberá ir más rápido, para que le dé tiempo a recorrer su camino más largo en el mismo tiempo. Por eso, los perfiles alares tienen esa forma. Gracias a la curvatura, el aire va más deprisa en el extradós, la presión es menor y debido a esa diferencia de presiones aparece la sustentación que hace que los aviones vuelen. Una vez que ya sabemos cómo puede lograr el avión burlar a la gravedad, podemos seguir investigando en otros inventos que tengan algo relacionado con la gravedad, como por ejemplo saber cómo se entrenan los astronautas. Gravedad cero: entrenamiento de astronautas Los astronautas para poder ir al espacio tienen que tener un entrenamiento especial, acostumbrarse a estar sin gravedad. Para ello la NASA ha construidos algunos métodos que simulan la gravedad cero. Por ejemplo con los aviones en las caídas libres controladas se trata que el avión que cae no llegue a encontrarse con el suelo. Para lograrlo, el Boeing 727-200 (un avión con paredes acolchadas) realiza vuelos parabólicos. El avión asciende acelerando en un ángulo de 45 grados, hasta alcanzar unos 9 500 metros de altura, momento donde deja de acelerar y sigue subiendo con su inercia en una trayectoria parabólica; hasta alcanzar los 10.600 metros de altura, desde donde comienza a caer en una picada de 45 grados. Desde que el momento que el avión deja de acelerar en la ascensión, hasta que los pilotos lo enderezan lentamente a los 8.000 metros de altura, los pasajeros y todo el avión permanecen en estado de caída libre por unos 25 segundos. Luego volverán a remontar y repetir la secuencia. Algo parecido se logra en una montaña rusa. 6

Durante esos 25 segundos permanecen sin gravedad. También existen otros métodos como la centrifugadora espacial. Esta máquina consiste en la fuerza centrípeta y la gravedad de la Tierra. Entre las dos se crea un equilibrio y hay unos segundos sin gravedad.

4. APLICACIONES MATEMÁTICAS La gravedad es la aceleración con la cual se mueven los cuerpos al caer. El fenómeno de la caída de un cuerpo se produce debido a la fuerza de gravedad, que es la fuerza con la cual el planeta tierra atrae a los cuerpos cercanos a su superficie. En la física, el peso es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo. En su uso cotidiano, el término "peso" se utiliza a menudo como sinónimo de masa. El peso es la medida de la fuerza gravitatoria actuando sobre un objeto. Cerca de la superficie de la tierra, la aceleración de la gravedad es aproximadamente constante; esto significa que el peso de un objeto material es proporcional a su masa. La gravedad se "utiliza" para todas nuestras acciones. Es la que hace que al saltar no nos quedemos volando por las nubes, es la que nos mantiene con los pies en la tierra en pocas palabras. Como la gravedad es una fuerza que te atrae al suelo, siempre se va poner en negativo, porque toda fuerza que se representa hacia abajo o hacia la izquierda es negativa y si se representa hacia arriba o hacia la derecha es positiva, y su valor es 9,8N. Ley de la gravedad de Newton Fuerza gravitacional: La ley de gravitación universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Podemos calcular la fuerza con la que cada planeta atrae los cuerpos que están en él. Cada planeta tiene una masa distinta, un radio distinto y por lo tanto esta fuerza es distinta en cada planeta. Para calcular la fuerza de la gravedad de la Tierra podemos utilizar esta fórmula:

đ??š=đ??ş

đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;Ą Âˇ đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2021;2

G Constante gravitacional universal. Se puede hallar con la balanza de torsiĂłn, explicada anteriormente en los inventos relacionados. Esta contante es 6,67Âˇ10-11. MT

Masa de la Tierra. Esta cifra es: 5,972 Âˇ 10 24 Kg

m.obj RT

Masa del objeto. Radio de la Tierra. Esta cifra es: 6370 Âˇ 103 m

Como la gravedad es una fuerza que te atrae al suelo, siempre se va poner en negativo, porque toda fuerza que se representa hacia abajo o hacia la izquierda es negativa y si se representa hacia arriba o hacia la derecha es positiva, y su valor es 9,8N.

đ?&#x;&#x201D;, đ?&#x;&#x201D;đ?&#x;&#x2022; Âˇ đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x;?đ?&#x;? Âˇ đ?&#x;&#x201C;, đ?&#x;&#x2014;đ?&#x;&#x2013; Âˇ đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;?đ?&#x;&#x2019; (đ?&#x;&#x201D;đ?&#x;&#x2018;đ?&#x;&#x2022;đ?&#x;&#x17D; Âˇ đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x2018; )

5. INFĂ&#x201C;RMATE EN LA RED En primer lugar para poder introducirnos con mĂĄs detalle en el mundo de la gravedad hemos buscado unas pĂĄginas donde se explican distintos apartados de la gravedad: -

En este link encontramos la explicaciĂłn de la relaciĂłn que hay entre el peso, masa y gravedad.

http://escritorioalumnos.educ.ar/datos/recursos/pdf/fisica_quimic a/peso_masa_gravedad.pdf -

En este otro link podemos saber más acerca del propulsor de la ley de gravitación universal: Isaac Newton. Nos habla de su vida y de en qué consiste dicha ley.

http://www.astromia.com/astronomia/gravita.htm Cuando damos un tema nuevo siempre nos cuesta entenderlo a la primera y nos resulta muy aburrido estudiarlo de libros o apuntes por eso podemos utilizar una alternativa entretenida y divertida como son los interactivos o los videos. AquĂ tenemos unos links que representan interactivos que hemos buscado para investigar y entender mejor nuestro tema, la gravedad. Con este primer interactivo podemos ver como varia la gravedad dependiendo del planeta en el que se encuentre el cuerpo y de la masa del propio cuerpo. La unidad utilizada en la masa es Kg y la unidad utilizada en el radio de la Tierra es m, son unidades que pertenecen al sistema internacional.

http://es.easycalculation.com/physics/classical-physics/newtonslaw.php

Aquí tenemos también algunos videos acerca de la gravedad.

https://www.youtube.com/watch?v=_FHlBcJCo4E En este primer vídeo nos muestran que es y cómo actúa la fuerza de la gravedad.

http://www.youtube.com/watch?v=oorQeURuafw En este segundo vídeo podemos estudiar la gravedad pero de una manera más relacionada con los planetas y el universo.

http://www.youtube.com/watch?v=VLrOMYsEXLQ En este video podemos ver cómo funciona el experimento explicado anteriormente para la ausencia de gravedad.

EXPERIMENTOS DE LA GRAVEDAD Primer experimento realizado: 1º EXP: CAIDA LIBRE DE OBJETOS Según hemos estudiado, Isaac Newton fue quien propuso la ley de gravitación universal. Una de las afirmaciones de esta ley es que en lanzamiento de dos objetos de misma forma pero de distinta masa estos objetos caen a la vez. Y esta es la información con la que vamos a experimentar. 1º Nuestro experimento consiste en dos objetos, como se ha mencionado antes, de misma forma pero de distinta masa. En el primer intento lo haremos con botellas de plástico de coca cola del mismo tamaño pero una estará llena de agua y la otra vacía. Dos componentes del grupo se quedarán en el suelo para comprobar si las dos botellas caen a la vez o no. Los otros dos componentes se quedaran en un tercer piso de donde se dejaran caer las botellas a la misma distancia. Comencemos a experimentar: -

las dos botellas tendrían que haber llegado justo a la vez al suelo. Lo repetimos otra vez cambiando los miembros del grupo (los de arriba abajo y los de abajo arriba) para asegurarnos de la observación o por si habíamos cometido algún error sin darnos cuenta, pero observamos el mismo resultado. 2º En el segundo intento probamos con algo más sencillo de manejar, dos pelotas pequeñas del mismo diámetro, una de golf y otra de pin pon. -

Esta vez, dejamos caer las pelotas desde una escalera al aire libre, en un cuarto piso. Seguimos el mismo procedimiento que el intento anterior, dos componentes arriba y dos abajo. En el momento de tirar las pelotas, los de abajo observaron que la que tenía más masa toco antes el suelo, lo mismo que había pasado con el intento anterior. Nos pusimos a buscar respuestas a esta cuestión que nos había surgido. Según Newton las dos pelotas tenían que caer a la vez pero ¿por qué nosotros veíamos caer antes la de más masa? Tras pensar y meditar sobre los posibles fallos, nos dimos cuenta de que en ninguno de los experimentos anteriores habíamos tenido en cuenta el rozamiento, una fuerza que va en sentido contrario de la fuerza aplicada, causada, en este caso, por el aire.

3º En el tercer intento buscamos un lugar cerrado, donde no pueda pasar el aire y podamos evitar la fuerza de rozamiento. Elegimos el gimnasio del colegio. -

Desde una cierta altura (más o menos 3m) dejamos caer las dos pelotas a la vez y para nuestra sorpresa, las dos pelotas tocaron en suelo al mismo tiempo. Nuestro fallo era la fuerza del rozamiento. Finalmente pudimos afirmar que este apartado de la ley de Newton es cierta.

2º EXPERIMENTO: EL MARTILLO EQUILIBRISTA La gravedad es una fuerza que actúa cada segundo de la vida, sobre cada uno de nosotros y sobre todo lo que te rodea. Aunque no nos demos cuenta, ella. MATERIALES: -

Regla de 30 cm 13

Martillo

Hilo o banda elástica resistente

PASOS: 1º Coloca la regla sobre el martillo 2º Corre la regla hacia atrás de modo que la cabeza del martillo sobresalga unos 10cm. 3º Toma el hilo y ata uno de sus extremos en la regla, más o menos a unos 5 centímetros por detrás de la punta (de la regla). 4º A esa misma altura atas el otro extremo del hilo al mango del martillo. 5º Se coloca la punta de la regla que está más cerca de la cabeza del martillo sobre el borde de una mesa y observa lo que sucede. Dejamos un video donde se ve lo que sucede y podamos entender lo que sucede y por qué. http://www.youtube.com/watch?v=Hj-NX0xtcVY ¿Por qué ocurre esto? El primero, es el principio de acción y reacción, que no es más que la Tercera Ley de Newton. Ella dice que a toda acción le corresponde una reacción. En este experimento, la acción es la fuerza que la regla realiza sobre la mesa, y la reacción es la fuerza de igual magnitud y dirección, pero de sentido opuesto, que realiza la mesa sobre la regla. Por otro lado, tenemos otro concepto que es el más importante en este experimento casero que estamos realizando. Se trata del centro de Gravedad. Este centro de gravedad, no es más ni menos que el punto por donde pasa la fuerza resultante de todas las fuerzas de gravedad que están actuando sobre cada porción del sistema. Es decir, cada sección de la regla y el martillo está siendo atraída hacia el centro de la tierra por la fuerza de gravedad. La resultante de todas esas fuerzas sobre ambos, pasa por el centro de gravedad.

6. EJERCICIOS

Para practicar lo aprendido de cálculos y aplicaciones matemáticas, buscamos ejercicios que se relacionen con la gravedad. 1.- Sabiendo que la estación espacial internacional gira alrededor de la Tierra en una órbita de 386 km de radio. Calcula: a) La velocidad a la que orbita, expresada en km/h b) El tiempo que tarda en completar una órbita Datos: M Tierra = 5,98·1024 kg R Tierra = 6,37·106 m Sol.: a) 2,77·10^4 km/h; b) 5,53·103 s 2.- Calcula el peso de una sonda espacial de 275 kg en los siguientes lugares: a) La superficie de la Tierra b) La estación espacial internacional (h = 386 km sobre la superficie terrestre) c) La superficie de Marte Datos: M Marte = 6,42·1023 kg; R Marte = 3,4·106 m Sol.: a) 2695 N; b) 2412 N; c) 1023 N 3.- Calcular el tiempo que tardará en llegar al suelo un objeto que se deja caer libremente desde una altura de1 m en la Tierra y en un planeta cuya aceleración gravitatoria fuera la quinta parte que la de la Tierra. Sol.: 0,45 s; 1,01 s 4.- Calcular la aceleración de la gravedad, g, que experimenta una persona que está sobre una montaña de 5000 m de altitud. Datos: G = 6,67·10-11 N·m2 / kg2; MTierra = 5,98·1024 kg; RTierra = 6,37·103 km Sol.: g = 9,82 m/s2 5. - Si soltamos una piedra en el espacio, ¿irá cogiendo velocidad a medida que se aleje? ¿Si nos quedamos quietos volverá a donde la habíamos tirado? 6. - Si vamos al espacio y soltamos una piedra de 1 tonelada dejándola quieta en ese momento, ¿hacía a dónde irá la piedra? 7. - Si estamos aquí, en el planeta Tierra, y queremos despegar en un cohete, ¿tendrá que hacer mucha fuerza éste para violar la ley de la gravedad? 15

8. - Si lanzamos un cohete al espacio desde el planeta Tierra, ¿cómo podrá volver a nuestro planeta? Piensa en las distintas soluciones, si las hay. 9 - Estamos en un gimnasio, donde no hay viento (0m/s), y desde una espaldera, arriba del todo, a unos 20 metros, tiramos una pelota de pingpong y otra de igual tamaño pero de metal, ¿cuál llega antes al suelo? Y si en vez de ser dos pelotas, fueran dos botellas, una llena y la otra vacía, ¿cuál caería antes? 10. - Si tiramos una manzana desde un árbol, en la Tierra, y tiramos otra en la Luna, ¿cuál llega antes al suelo? 11. - ¿Dónde pesaría una piedra muy grande, en la Tierra o en la Luna? ¿Y cuál tendría más masa? 12. - Si Newton hubiera estado en Marte, ¿habría descubierto antes o después la ley de la gravitación universal, es decir, la gravedad? 13.- ¿Cómo definirías la gravedad? 14.- ¿Qué es la teoría de la gravedad? ¿Quién la propuso? 15.- Si dejamos caer dos objetos con la misma forma pero distinta masa llegan al suelo a la vez. (Verdadero o Falso) 16.- ¿Cuáles son los tipos de gravedad que conocemos? 17.- ¿En qué año Galileo Galilei formula la teoría aristotélica? 18.- Razona si es verdadero o falso: El peso y masa tienen la misma definición pero se utilizan en distintos contexto. 19.- ¿Cuál es la fórmula de la fuerza gravitacional? 20.- Explica con tus palabras por qué un helicóptero puede volar.

EXPERIMENTOS DE LA GRAVEDAD Primer experimento realizado:

1º EXP: CAIDA LIBRE DE OBJETOS Según hemos estudiado, Isaac Newton fue quien propuso la ley de gravitación universal. Una de las afirmaciones de esta ley es que en lanzamiento de dos objetos de misma forma pero de distinta masa estos objetos caen a la vez. Y esta es la información con la que vamos a experimentar. 1º Nuestro experimento consiste en dos objetos, como se ha mencionado antes, de misma forma pero de distinta masa. En el primer intento lo haremos con botellas de plástico de coca cola del mismo tamaño pero una estará llena de agua y la otra vacía. Dos componentes del grupo se quedarán en el suelo para comprobar si las dos botellas caen a la vez o no. Los otros dos componentes se quedaran en un tercer piso de donde se dejaran caer las botellas a la misma distancia. Comencemos a experimentar: -

Al principio nos costó un poco conseguir que funcionara la caída puesto que era un edificio y las botellas se chocaban contra la pared o los focos. Cuando logramos que las botellas no se chocaran con nada, nos quedamos asombrados al ver que la botella que tenía más masa llego al suelo primero. Según newton las dos botellas tendrían que haber llegado justo a la vez al suelo. Lo repetimos otra vez cambiando los miembros del grupo (los de arriba abajo y los de abajo arriba) para asegurarnos de la observación o por si habíamos cometido algún error sin darnos cuenta, pero observamos el mismo resultado.

2º En el segundo intento probamos con algo más sencillo de manejar, dos pelotas pequeñas del mismo diámetro, una de golf y otra de pin pon. -

3º En el tercer intento buscamos un lugar cerrado, donde no pueda pasar el aire y podamos evitar la fuerza de rozamiento. Elegimos el gimnasio del colegio. -

Segundo experimento realizado: 2º EXPERIMENTO: EL MARTILLO EQUILIBRISTA La gravedad es una fuerza que actúa cada segundo de la vida, sobre cada uno de nosotros y sobre todo lo que te rodea. Aunque no nos demos cuenta, ella. MATERIALES: -

Regla de 30 cm Martillo Hilo o banda elástica resistente

5º Se coloca la punta de la regla que está más cerca de la cabeza del martillo sobre el borde de una mesa y observa lo que sucede. Dejamos un video donde se ve lo que sucede y podamos entender lo que sucede y por qué. http://www.youtube.com/watch?v=Hj-NX0xtcVY ¿Por qué ocurre esto? El primero, es el principio de acción y reacción, que no es más que la Tercera Ley de Newton. Ella dice que a toda acción le corresponde una reacción. En este experimento, la acción es la fuerza que la regla realiza sobre la mesa, y la reacción es la fuerza de igual magnitud y dirección, pero de sentido opuesto, que realiza la mesa sobre la regla. Por otro lado, tenemos otro concepto que es el más importante en este experimento casero que estamos realizando. Se trata del centro de Gravedad. Este centro de gravedad, no es más ni menos que el punto por donde pasa la fuerza resultante de todas las fuerzas de gravedad que están actuando sobre cada porción del sistema. Es decir, cada sección de la regla y el martillo está siendo atraída hacia el centro de la tierra por la fuerza de gravedad. La resultante de todas esas fuerzas sobre ambos, pasa por el centro de gravedad.

EL ORIGEN

POR: Alejandra Rivera ﾃ］gela Saldaﾃｱa Ruth Calderﾃｳn Cristina Montesinos Ricardo Mﾃｩndez

1. CONCEPTOS BASICOS Para nosotros nuestro planeta es inmenso pero en el universo solo somos una pequeña mota de polvo, con estos conceptos pretendemos ilustraros un poco en temas basados en astros y planetas. ¿QUÉ ES EL UNIVERSO? Podemos decir que el universo es la totalidad, contiene desde planetas y astros hasta galaxias. Sin embargo, el término también se utiliza en sentidos diferentes y alude a conceptos como cosmos, mundo o naturaleza. ¿QUÉ SON LAS GALAXIAS? Es un sistema formado por estrellas y otros astros distintos que la componen, también puede poseer nubes de gas, agujeros negros o materia oscura. ¿QUÉ ES UNA NEBULOSA? Están formados por gas y polvo y dependiendo de lo densas o no que sean se pueden o no ver desde la tierra. Hay dos tipos de nebulosas: Oscuras y de Emisión.

¿QUÉ SON LAS CONSTELACIONES? Son conjuntos de estrellas que forman figuras y en las que se fijaban los antiguos pensadores de Grecia y Roma y les ponían nombres dedicados a sus Dioses, en total hay 88 constelaciones localizadas en la esfera celeste. Algunas de ellas servían para orientarse. Algunas de ellas se nombran: Acuario, Casiopea o Capricornio. ¿QUÉ SON LAS ESTRELLAS? Las estrellas son masas de gases, principalmente hidrógeno y helio, que emiten luz. Se encuentran a temperaturas muy elevadas. En su interior hay reacciones nucleares. El Sol es una estrella. Vemos las estrellas, excepto el Sol, como puntos luminosos muy pequeños, y sólo de noche, porque están a enormes distancias de nosotros. Parecen estar fijas, manteniendo la misma posición relativa en los cielos año tras año. En realidad, las estrellas están en rápido movimiento, pero a distancias tan grandes que sus cambios de posición se perciben sólo a través de los siglos.

¿QUÉ SON LOS PLANETAS? Esta palabra deriva de una griega que quiere decir errante, y se trata de un cuerpo que no emite luz propia, sino que brilla en el cielo por luz reflejada, y que está en órbita alrededor de una estrella. Desde un punto de vista físico, un planeta puede estar formado por materiales sólidos, como rocas y metales, o bien por un cúmulo de gas. Desde un punto de vista genético, hoy se piensa que los planetas se forman por procesos de condensación de gases y polvos alrededor de una o más estrellas. Nuestro sistema solar está formado por ocho planetas en orden, Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

¿QUÉ SON LOS UNIVERSOS PARALELOS? Hipótesis de la Física en la que entran en juego la existencia de varios universos o realidades independientes.

¿QUÉ TIPOS DE UNIVERSOS HAY? -Universo abierto: Es un universo que nunca dejaría de expandirse en un angulo de 180 grados. -Universo cerrado: O cíclico es un tipo de universo en el que no se expande pero va repitiéndose ya que podría decirse que es `circular´ -Universo pulsante: sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones y contracciones (pulsaciones).

¿QUÉ ES LA MATERIA OSCURA? Es la hipotética materia que no emite la suficiente radiación electromagnética para ser detectada con los medios técnicos actuales, para ser detectada con los medios actuales.

¿QUÉ ES EL BIG BANG? Es una teoría de la física que intenta explicar el origen del universo.

¿QUÉ SON LOS EXOPLANETAS? Son planetas que orbitan alrededor de otra estrella fuera del sistema solar

¿QUÉ SON LAS LENTES GRAVITACIONALES? Fueron demostradas por Einstein en la teoría de la relatividad y se forman cuando la luz propia de un astro se curva alrededor de un objeto.

2. CRONOLOGÍA HISTÓRICA Y PERSONAL El comienzo de la Astronomía se remonta a la época del año 32000 a.C., en la que los hombres de la Edad de Piedra tallaban huesos y realizaban incisiones en ellos con el fin de representar las fases lunares (creciente, menguante, nueva y llena). Hasta 29000 años más tarde, con la construcción de las pirámides de Gizeh y del círculo de Stonehenge, no hubo ningún otro avance significativo en la Astronomía. En los dos siglos siguientes, gracias a las civilizaciones china y griega, esta ciencia se encontrará al alza. En primer lugar, los chinos crearon el primer calendario de la Humanidad en el 1300 a.C. 700 años después, el científico y filósofo griego Tales de Mileto sugería que la Tierra era un disco y que tenía la capacidad de flotar sobre el agua. En ese mismo siglo, nació Anaximandro de Mileto, cuya teoría decía que la Tierra era un cilindro. También presentó su teoría Pitágoras, que proponía un tipo de geocentrismo con una bóveda celeste compuesta por esferas. Aristóteles continuó con la teoría geocéntrica y fue el primero en explicar los mecanismos de los eclipses. Cinco décadas más tarde, Aristarco de Samos, intentó cambiar el rumbo de la astronomía proponiendo el heliocentrismo, teoría que defendía que el Sol era el centro del Universo, en lugar de la Tierra.

Y después de dieciocho largos siglos, Copérnico dice que existe un Sistema Solar con su centro en el Sol, pero la Iglesia lo considera herejía. Su sucesor, Galileo Galilei, que fue el primero en utilizar el telescopio inventado en el año 1608 por Hans Lippershey, descubre nuevas estrellas en la Vía Láctea, logra describir con éxito la superficie lunar y desvela gran parte de los satélites de Júpiter Y justo al año siguiente, Johannes Kepler promulga las dos primeras leyes homónimas y no sería hasta 1618 cuando lo haría la tercera. La primera ley dice que todos los planetas se desplazan en torno al Sol en elipse. La segunda, que el radio vector de cada órbita (línea imaginaria que une el Sol con cada planeta) barre espacios iguales en tiempos iguales en referencia a los demás. Y finalmente la tercera explica que el cuadrado del periodo orbital es directamente proporcional al cubo de la longitud del eje mayor de la elipsis. Estos apartados significaron un punto de inflexión en la Astronomía y en la Ciencia en general. Ya, en el 1675, Giovanni Cassini considera una división en los anillos de Saturno. Y ya a finales del siglo XVII, en el año 1687, Isaac Newton, gracias al apoyo de su amigo Edmund Halley, publica los Principia, una recopilación de tres libros en las que se recogen las investigaciones del científico inglés en diversos campos de la Ciencia; supuso una revolución en la Astronomía, ya que esclarecía el porqué del error en representar el Sistema Solar en vórtices: estos no pueden moverse en elipsis. En el siglo XVIII no existen muchos hechos relevantes para la Astronomía. Empezando por Edmund Halley que predecía que el cometa homónimo, reaparecería en el año 1759, y estaba en lo cierto. En aquel lustro, Kant expone su idea de que todos los astros provienen de nubes condensadas.

12 aĂąos despuĂŠs, Charles Messier publica el primer CatĂĄlogo de Cuerpos Celestes. En el 1781, William Herschel descubre Urano y acuĂąa el tĂŠrmino de â&#x20AC;&#x153;nebulosa planetariaâ&#x20AC;? para referirse a un cĂşmulo o conjunto de planetas que se agrupan entorno a una estrella. Estas hazaĂąas, aĂąadidas al hallazgo de nuevos satĂŠlites en Saturno, hacen surgir la publicaciĂłn de un Nuevo CatĂĄlogo General. Ya en el siglo XIX, el 1 de enero del 1801, Giuseppe Piazzi consigue ver Ceres 1, el primer asteroide encontrado. En el aĂąo 1842, Christian Doppler promulga el Efecto Doppler, muy utilizado actualmente para calcular velocidades en el espacio. Tres aĂąos mĂĄs tarde, Lord Ross descubre la primera galaxia en espiral, a la que denomina nebulosa espiral. En los aĂąos 60, se produce una autĂŠntica revoluciĂłn en la AstronomĂa, ya que gracias al electroscopio (que consiste en una varilla metĂĄlica con dos extremos: en el superior, hay una esfera; en el inferior, un saliente sobre el que se apoya una lĂĄmina de oro doblada por la mitad. Todo ello en un recipiente de vidrio, protegido por un armazĂłn de cobre), se consigue definir correctamente la composiciĂłn de los astros. Se establece como principal el Meridiano de Greenwich en el 1884. En el 1888, se publica un Nuevo CatĂĄlogo General, con 7840 cuerpos celestes, a los que se les aĂąaden 1520 objetos espaciales. El siguiente siglo, el siglo XX es el mĂĄs denso con diferencia, conforme a hallazgos. En el aĂąo 1905, Albert Einstein expone su famosa TeorĂa Especial de la Relatividad. Ese mismo aĂąo, se propone la forma en espiral de la VĂa LĂĄctea. En la dĂŠcada siguiente, se detecta por primera vez, la expansiĂłn del Universo gracias a Slipher y se descubren los rayos cĂłsmicos. En el 1915, Einstein publica la TeorĂa General de la Relatividad y con ella, la ecuaciĂłn mĂĄs famosa de la Historia: đ??¸ = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? 2 , que explica que la energĂa y la masa provienen o son lo mismo, la materia y las relaciona. Se encuentra Sirius B, una enana blanca. En los aĂąos 20, Edwin Hubble postula que el Universo estĂĄ en constante expansiĂłn. Esta y otras proezas del cientĂfico norteamericano, logran un cĂĄlculo correcto de la edad del Cosmos y su ritmo de dilataciĂłn. Fred Hoyle en el 1948, utiliza por primera vez la TeorĂa de Big Bang. En el 1957 se inicia la carrera espacial entre las dos potencias de la Guerra FrĂa, Estados Unidos y la UniĂłn SoviĂŠtica. Cuatro aĂąos despuĂŠs de dicho inicio, el ruso Yuri Gagarin se convierte en el primer ser humano en el Espacio. En 1965, se aporta una base real a la teorĂa del Big

Bang. Esta teoría explica que gracias a unas condiciones físicas y químicas determinadas, hubo una gran explosión mediante la cual, surgió el Universo. Cuatro años más tarde, Neil Amstrong y Edwin Aldrin realizan el primer viaje tripulado a la Luna en julio de 1969. La década de los 70 se dedicará casi exclusivamente a la exploración de planetas, gracias a diversas sondas como la Mariner y Pioneer 10 y Venera 9. Los astros mayormente sometidos a investigación fueron Mercurio, Venus, Júpiter y Saturno. En 1981, se descubren las primeras zonas de vacío estelares. Y por fin en 1990, se lanza en telescopio Hubble. Un año después, se realiza lo mismo con Compton, el primer observatorio de rayos Gamma. Para finalizar, en el año 2000 se descubren moléculas acuosas en la superficie marciana, que abre a la Ciencia la hipótesis de que pudo haber, hay o incluso, pueda surgir vida en Marte.

3. ALGUNOS INVENTOS RELACIONADOS Telescopio: La disposición de las lentes depende del tipo de telescopio, aquí hay alguno de ellos:

Se denomina telescopio al instrumento óptico que permite ver objetos lejanos con mucho más detalle que a simple vista al captar radiación electromagnética, tal como la luz. Es una herramienta fundamental en astronomía, y cada desarrollo o perfeccionamiento de este instrumento ha permitido avances en nuestra comprensión del Universo Gracias al telescopio desde que Galileo Galilei en 1610 lo usó para mirar la Luna, el planeta Júpiter y las estrellas el ser humano pudo, por fin,

empezar a conocer la verdadera naturaleza de los cuerpos celestes que nos rodean y nuestra ubicación en el universo. EJ: El telescopio Hubble El Telescopio espacial Hubble fue diseñado para liberar a los astrónomos de una limitación que les había afectado desde los días de Galileo: la atmósfera de la Tierra. Es un telescopio orbital que funciona como un ojo en el cielo que permite a los astrónomos llegar más lejos en el universo. Orbita a una altura de 600 Km. Y se mueve a una velocidad de 7500 m/s, la cual se explica en el apartado siguiente de “aplicaciones matemáticas y cálculos relacionados. Comenzó a enviar imágenes sin precedentes, pero defectuosas. Sus imágenes eran superiores a las de los instrumentos destinados a usarse en la Tierra pero ligeramente borrosas debido a un problema óptico. La reparación, que se realizó estando en órbita, funcionó, y el Hubble empezó a entregar imágenes nítidas como el cristal. http://www.youtube.com/watch?v=7S3FrLyWOAk – Imágenes captadas por el telescopio Hubble

Satélites artificiales: Los satélites artificiales tienen varias funciones como son:

· Realizar telecomunicaciones, como el internet, la televisión y el teléfono. Que están aplicados a la vida cotidiana.

· Investigar el espacio exterior, las estrellas y galaxias y otros para observar fenómenos que ocurren en la tierra.

· Realizar experimentos científicos en el espacio, como los satélites de la estación espacial internacional.

Los satélites artificiales son objetos de fabricación humana que se colocan en órbita alrededor de un cuerpo celeste como un planeta o un satélite natural en el espacio. El primer satélite artificial fue el Sputnik I lanzado por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957. Desde entonces se han colocado en órbita miles de satélites artificiales muchos de los cuales aún continúan en órbita alrededor de la Tierra. Cuando ya no sirven, los satélites artificiales pueden quedar orbitando como basura espacial. Los satélites artificiales nacieron durante la guerra fría entre los Estados Unidos y La Unión Soviética, que pretendían ambos conquistar el espacio. EJ: Satélite Meteosat Es un satélite meteorológico que nos informa sobre el tiempo.

4. APLICACIONES MATEMÁTICAS, CALCULOS RELACIONADOS. La astronomía no es magia, es ciencia. Como en toda ciencia, hay predicciones que podemos hacer sobre el papel, podemos explicar los fenómenos conocidos y calcular fenómenos que sucederán en el futuro. La Luna, por ejemplo, no está en el cielo cada noche en una posición al azar. Podemos calcular la posición de la Luna, de las estrellas, los cometas, los planetas y sus satélites en cualquier momento del pasado, en el presente y en el futuro, lo mismo que los eclipses, la salida o la puesta de Sol, el comienzo de las estaciones... Para comprender cualquier fenómeno se necesita la matemática, ésta forma parte de la construcción de las ciencias, todas ellas creaciones del ser humano; por lo que para poder interpretarlas en toda su dimensión y que muchas puedan existir es necesaria la ciencia lenguaje del universo; pero la relación matemática-ciencias muchas veces está ausente en la enseñanza, sus conocimientos se dan de manera aislada, sin mostrar su cultura y utilidad. Por ejemplo cuando se lanza un cohete al espacio se tiene que precisar las coordenadas exactas, la velocidad etc. Y a donde se va a mandar; un error en los cálculos, aún que sea muy pequeño puede ser de muy

grandes dimensiones y puedes mandar el cohete a otro lado muy alejado por error en uno o 2 grados (trayectoria).

Esta es una página en la que puedes calcular la salida y puesta del sol y de luna, en el país que desees: http://www.tutiempo.net/silvia_larocca/Programas/astronomia.htm

• Velocidad orbital La velocidad orbital es la velocidad que tiene un planeta, satélite (natural o artificial) en su órbita alrededor de otro cuerpo celeste (estrella, planeta,...). Vorb. =

√g ∗ m R

En la órbita circular la velocidad no es constante, sino que varía a lo largo de la órbita, la velocidad es menor cuanto más alejado está el cuerpo de la órbita del astro que le atrae. Las velocidades orbitales se expresan en km/s o en km/h. Suele emplearse el valor de velocidad orbital media. Así, el planeta Tierra tiene una velocidad orbital media de 29,78 km/s.

• Tiempo de un año luz Un año luz es una unidad de distancia, esta calcula la longitud que recorre la luz en un año. Equivale aproximadamente a 9,46 × 1012 km. 

Para calcular un año luz, lo podemos realizar de una forma muy sencilla, con una simple regla de tres, se hace como lo vamos a indicar a continuación: 9,46 * 1012 km 30 km (ejemplo)

1 año luz x años luz

5. INFÓRMATE EN LA RED AHONDANDO EN LOS SECRETOS DEL UNIVERSO  http://www.astromia.com/

De esta página web destacaría las fotos del universo que están a disposición de todo el mundo. Estas fotografías son de diversos elementos que componen el universo, como por ejemplo de los agujeros negros y el espacio profundo, que quizás pueden ser las que más curiosidad nos produzcan, junto a las imágenes de las nebulosas de nuestra galaxia.

MÁS SOBRE LO QUE NOS RODEA

 https://www.youtube.com/watch?v=LxrsXIOfdA&list=PL870444BFCB3456CE. Este vídeo nos habla sobre un nuevo planeta descubierto llamado Gliese 581, el planeta más ligero y parecido a la tierra.

 https://www.youtube.com/watch?v=8MdOXkyPGFQ&list=PL87 0444BFCB3456CE. El universo infinito. En este vídeo los científicos nos cuentan que no hay 4 dimensiones, sino 11. Además nos hablan de los universos paralelos, también del origen del universo. Otra cosa que cabe destacar del vídeo es que nos habla un poco de la materia oscura y de los distintos tipos de universos existentes y por último podemos ver cómo nos mencionan las lentes gravitatorias.

DIVIÉRTETE EN EL EXTERIOR: 1. http://www.solarsystemscope.com/ Interactivo de del sistema solar en el que puedes indagar retrocediendo y avanzando el tiempo (horas, días, años…) y vas observando donde van estando todos los planetas del sistema solar).

2. http://www.planethunters.org/http://www.Ilovemedia.es/pr

oyectos/las-fases-enesteinteractien de-la-luna/ En este interactivo nos permite observar fรกcilmente las transiciones planetarias mediante Kepler.

3. http://www.Ilovemedia.es/proyectos/las-fases-de-la-luna/

En este interactivo se puede observar las distintas fases de la luna de la luna.

6. EXPERIMENTOS ECLIPSE LUNAR http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/fisica/astronomia/e clipse-casero/default.asp -

Este experimento consiste en crear un eclipse lunar utilizando los siguientes materiales: una caja, una linterna y maquetas a escala de la Tierra y la Luna.

SIMULADOR DE ECLIPSE http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/fisica/astronomia/si mulador-de-eclipses/default.asp -

Este experimento consiste en crear un simulador de eclipses utilizando diversos materiales, para poder ver un eclipse lunar, como el anterior.

FASES SOLARES http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/fisica/astronomia/s ol-estaciones-orientacion/default.asp -

Este experimento consiste en crear una maqueta de una casa y colocar el sol en diferentes posiciones para poder observar las diferentes orientaciones del sol.

CURIOSEANDO http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/fisica/astronomia/ -

En este enlace podréis curiosear una serie de experimentos de los cuales solo hemos hecho dos, los más interesantes y sencillos a la hora de encontrar los materiales.

7. EJERCICIOS 1.- Define: Estrellas y Galaxia y explica sus diferencias y sus semejanzas.

2.- ¿Por qué materiales pueden estar formados los planetas? ¿Qué planetas se encuentran en nuestro sistema solar?

3.- ¿Cuántas constelaciones están situadas en nuestra esfera celeste? Di alguna de ellas.

4.- Define Universo con tus propias palabras.

5.- Di la diferencia entre Galaxia y Constelaciones.

6.- Explica las diferencias de Planeta y Nebulosa y defínela.

7. Define telescopio y pon un ejemplo.

8. ¿Quién fue la primera persona en utilizarlo?

9. Define satélite y pon un ejemplo.

10. ¿Cuál fue el primer satélite artificial que se mandó al espacio? ¿Por qué se hizo?

11. Ordena cronológicamente los siguientes personajes: Tales de Mileto, Lippershey, Doppler, Anaximandro de Mileto, Newton.

12. ¿Cuál es el telescopio más relevante de la historia de la Astronomía?

13. ¿Con cuántos cuerpos celestes contaba en total el Catálogo General del año 1888?

14. ¿Qué astrónomo acuña por primera vez el término y la teoría del Big Bang? ¿En qué año?

15. ¿Qué dos vertientes posee la Teoría de la Relatividad de Einstein?

16. ¿De qué tres campos de la ciencia hablan en su mayoría los Principia de Isaac Newton?

17. ¿Para qué sirven las aplicaciones matemáticas?

18. ¿Qué es un año luz?

CARGAS ELÉCTRICAS

Carlos García-Consuegra Rosa Gascón Álvaro Corrochano Mar Suárez

1. CONCEPTOS BÁSICOS 1.1 Electrización Es el proceso a través del cual un cuerpo se carga eléctricamente. Si frotamos fuertemente una varilla de plástico con una prenda de lana y acercamos la varilla a unos trocitos de papel extendidos sobre la mesa, observamos que la varilla de plástico atrae a los trocitos de papel. Esto se explica admitiendo que la varilla de plástico ha quedado cargada eléctricamente, denominando al proceso electrización. 1.2 ¿De dónde proviene esta carga eléctrica? Las cargas eléctricas provienen de las partículas que constituyen el átomo. El núcleo del átomo está formado por: -

Protones: tienen carga eléctrica positiva. Neutrones: no tiene carga eléctrica.

La corteza está constituida por: -

Electrones. Posee carga eléctrica negativa.

El número de protones de un átomo es igual al número de electrones, por lo tanto el átomo es neutro en su conjunto. Ahora bien, un átomo puede ganar o perder electrones con lo que queda cargado eléctricamente. Un cuerpo está cargado de forma neutral/ sin carga si sus átomos tienen tantas cargas positivas como negativas; está cargado positivamente si sus átomos tienen un defecto de electrones y está cargado negativamente si sus átomos tienen un exceso de electrones. En un proceso de electrización, los electrones que gana un cuerpo son perdidos por el otro, no se crean electrones nuevos. La carga eléctrica total se conserva.

1.3 Métodos de electrización Un cuerpo puede adquirir carga eléctrica a partir de varios métodos. 

Electrización por frotamiento: se consigue cargar un cuerpo al frotarlo con otro.



Al frotar una varilla de vidrio con un pañuelo de seda, la varilla cede electrones y queda cargada positivamente, mientras que el pañuelo los adquiere y queda cargado negativamente.

Al frotar una varilla de plástico con un paño de lana, la primera adquiere una carga negativa, mientras que el segundo adquiere carga positiva.

Electrización por inducción: Se consigue cargar un cuerpo neutro al aproximar otro cuerpo cargado eléctricamente. Cuando acercamos una varilla de vidrio electrizada a una bola neutra, se produce una redistribución de las cargas eléctricas en esta última. La carga neta de la bola no varía, pero la mayor proximidad de las cargas negativas a la varilla hace que la bola sea atraída.



Electrización por contacto: Se consigue cargar un cuerpo eléctrico al ponerlo en contacto físico con un cuerpo electrizado. Al establecer el contacto entre la varilla electrizada y la bola del péndulo, parte de la carga de la bolita pasa a la varilla y ambos cuerpos quedan cargados con cargas eléctricas del mismo signo, por lo que se repelen.

2. CRONOLOGÍA HISTÓRICA Y PERSONAJES 

600 antes de Cristo - Tales de Mileto

Descubre la electricidad estática, al darse cuenta de que al frotar el ámbar (resina vegetal fosilizada) éste posee la propiedad de atraer algunos objetos. 

1673 - Francois de Cisternay Du Fay

Fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas: Negativa (-) y Positiva (+). 

1729 - Stephen Gray:

Investigó la atracción y repulsión de elementos al conectarlos con materiales eléctricos. Esto explica que al coger un objeto de una carga distinta a la del otro objeto se atraen, y al juntar un objeto con otro de la misma carga se repelen. 

1785- Ley de Coulomb:

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos. 

1791 - 1867 Michael Faraday:

Faraday logró desarrollar el primer motor eléctrico conocido. Realizó varios experimentos electroquímicos, por ejemplo la electrolisis de la materia, que le permitieron relacionar de forma directa materia con electricidad. Tras realizar dichos experimentos redactó unas leyes que relacionaban las cargas eléctricas con la materia: Primera ley: La masa de una sustancia que se desprende o deposita en un electrodo es proporcional a la carga eléctrica que atraviesa la solución electrolítica. Segunda ley: Si una cantidad de electricidad atraviesa distintos electrolitos, las masas de las sustancias depositadas durante la electrólisis son proporcionales a los respectivos equivalentes químicos.

La electrólisis es la descomposición química de una sustancia, producida por el paso de una corriente eléctrica continua. Para que tenga lugar la electrólisis de un compuesto es preciso que éste sea un ácido, una base o una sal disociable en iones, y que se halle en estado líquido o en disolución. 

1897 - Joseph John Thomson:

El británico realizó un experimento y observó que cuando en un tubo de vidrio que contiene un gas, se hace parcialmente el vacío y se aplica un voltaje de varios miles de voltios, fluye una corriente eléctrica a través de él. Asociado a este flujo eléctrico, el gas encerrado en el tubo emite unos rayos de luz de colores, denominados rayos catódicos, que son desviados por la acción de los campos eléctricos y magnéticos. Mediante un estudio cuidadoso de esta desviación, J. J. Thomson demostró que los rayos estaban formados por una corriente de partículas cargadas negativamente, que llamó electrones. También un año después, propone el primer modelo atómico en el cual se representaba al átomo como una esfera formada por una masa fluida con carga positiva y los electrones incrustados en ella.



1909/1910 - Robert Millikan:

Consiguió aislar y medir la carga de un electrón, es decir, la carga eléctrica elemental (1910), que es una constante física fundamental. Con este objetivo diseñó el experimento de la gota de aceite, mediante el cual pudo medir con gran precisión la carga del electrón, probando además que era constante para todos los electrones. El experimento, realizado consistió en mantener suspendida en el campo gravitatorio terrestre una gota de aceite por medio de un campo eléctrico generado por dos electrodos.

3. ALGUNOS INVENTOS RELACIONADOS 1752 – Benjamín Franklin – Pararrayos



Benjamín Franklin investigó los fenómenos eléctricos e inventó el pararrayos y denominó las cargas positivas y negativas. Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones Benjamín Franklin quería demostrar la naturaleza eléctrica de los rayos y lo consiguió. Franklin construyó una cometa, cuya estructura estaba realizada con varillas metálicas, y sujeta por un largo hilo de seda. En el otro extremo ató una llave de metal. Un día tormentoso, echó a volar la cometa y pudo comprobar cómo en poco rato ésta atraía un rayo que impactaba contra la estructura metálica y cuya descarga eléctrica bajaba hasta la llave. El éxito del experimento le fue de gran ayuda para explicar su teoría y demostrar que los rayos podían ser atraídos por un metal y que dirigiéndolos hacia una toma de tierra se podría impedir numerosos accidentes mortales y proteger las edificaciones.

1832 – Samuel Morse - Telégrafo



El telégrafo fue inventado por Samuel Morse, de nacionalidad estadounidense. En un comienzo, el sistema no poseía un código para hacer posible la comunicación, pero rápidamente se creó un alfabeto (código morse) basado en la amplitud de las señales, lo que hizo del invento de un verdadero sistema de comunicación. El telegrafista, al pulsar el interruptor, hace que la corriente discurra por los cables y al dejar de pulsarlo, la corriente cesa. El zumbador lleva un electroimán que cuando pasa la corriente, mueve una palanca de hierro. 

1842 – Alexander Bain – Fax

El principio básico de operación de los fax fue inventado por ingeniero escocés Alexander Bain. Básicamente, una máquina de fax lo que hace es leer un documento, dividirlo en muchas piezas pequeñas llamados elementos gráficos o pixeles y enviarlos

uno por uno a otra máquina similar a través de una línea telefónica. La densidad gráfica de cada elemento se convierte en una señal de corriente eléctrica proporcional a ella, la cual se transmite hacia el receptor. El receptor recibe estas señales, las convierte nuevamente en puntos impresos, los cuales va uniendo hasta que aparece en el papel una copia del documento original.



1929 – Robert Van de Graaf – Generador de Van Graaf

Robert Van de Graaff encontró una nueva manera de cargar una esfera hueca con alto voltaje. La montó sobre una gran columna de aislamiento, dentro de la cual una banda de hule (mantel de plástico) giraba alrededor de dos poleas: una dentro de la esfera, y la otra (girada por un motor) en la base, con una fuente de voltaje negativo, unida a una serie de puntas agudas, los cuales descargaban carga eléctrica negativa sobre la banda. El otro lado de la fuente de voltaje estaba conectada a tierra, de manera que los electrones al ser descargados, otros llegaban y los remplazaban, sin dejar atrás una carga eléctrica positiva. El generador de Van Graaff, comúnmente se halla en los aviones o coches para descargar todas cargas negativas que tengan, y es utilizado para evitar descargas eléctricas por culpa de un rayo o para mantenerse en el aire. 

1938 – Carlson – Fotocopiadora

Carlson inventó la primera máquina que funcionó por fotografía eléctrica (no comenzó a utilizarse hasta 1947), precursora de las fotocopiadoras actuales. En ella las regiones del tambor de imágenes se cargan positivamente y atraen a partículas con carga negativa del tóner (cartucho de tinta). Estas partículas forman un polvillo negro, que dibuja la imagen cuando se adhiere a la hoja de la copia.

4. APLICACIONES MATEMÁTICAS Ley de las cargas eléctricas:



La ley de las cargas eléctricas dice que las cargas con el mismo signo se repelen y las de diferente signo se atraen, es decir que las fuerzas electrostáticas cuando se repelen son de repulsión y cuando se atraen son de atracción. Ley de Coulomb:



La ley de Coulomb sirve para medir la cantidad de carga que ha obtenido o perdido un cuerpo. Para medir la cantidad de energía que posee un cuerpo se utiliza el CULOMBIO. 1 culombio = 6.3*1018 electrones Es decir, si un cuerpo decimos que ha ganado 1C ha ganado 6.3*1018 electrones. 

Fórmula - Q1, Q2: Valor de las cargas (siempre en culombios

- K: constante de Coulomb (depende del medio). - d: distancia entre las cargas (siempre medida en m.) La fuerza F (Newton, N) de interacción entre dos cargas Q1 y Q2 (Culombio, C) que se repelen o atraen. Es proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d (metro, m) que las separa. Cuando la carga es negativa se escribirá un menos delante de la cantidad RECUERDA: Se utilizan otras unidades menores que el Culombio para poder medir cargas eléctricas: 1 uC/mC = 1*10-6 C

1 MC =6.3*1012 electrones

1 nC = 1*10-9 C

1 nC =6.3*109 electrones

5. INFÓRMATE EN LA RED 5.1 Página web interesante En esta página puedes observar cómo funcionan las cargas eléctricas y sus propiedades. Además vienen leyes que tratan sobre las cargas, como por ejemplo la ley de Coulomb.

5.2 Vídeos sobre el tema: Habla de las propiedades de las cargas eléctricas poniendo algunos ejemplos que hacemos en nuestra vida y que notamos, además hace una demostración grafica de los cuerpos cuando las cargas son neutras, pierden o ganan. 5.3 Interactivos: Habla de la electricidad estática, dice que es un tipo de electricidad que se produce cuando en un cuerpo se acumulan cargas eléctricas (por ejemplo al frotar un cuerpo). Estas cargas pueden ser positivas o negativas, los objetos normalmente suelen ser neutros. Al acercar un cuerpo con una carga eléctrica se pueden atraer (diferente tipo de carga) o repeler (mismo tipo de carga). Si acercas el soporte con carga positiva a la parte positiva de la varilla, se repelen y el hilo se retuerce. Si lo acercas a la negativa se atraen y el hilo se retuerce pero en sentido contrario. En un cuerpo existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Las cargas eléctricas del mismo tipo se repelen y las cargas eléctricas de distinto tipo se atraen. Coulomb explica que la fuerza entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional a las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

6. EXPERIMENTOS 

Electrolisis del agua

El objetivo del experimento es separar las moléculas del agua mediante una pequeña descarga, lo que se conoce como una reacción endotérmica. Materiales: -

Un vaso grande.

Un par de electrodos (dos barras de grafito de dos lápices).

Cables.

3 / 4 Baterías de 4,5 voltios, de petaca, colocadas en serie para obtener 13,5 voltios.

Agua destilada.

Bicarbonato sódico.

Cómo se hace: 1) Coger el cartón y realizar dos agujeros para meter los lápices. Una cuarta parte de los lápices deberá quedar por fuera del recipiente para poder conectarlas al circuito. 2) Empezaremos por las baterías de 4,5 V, se conecta el polo positivo de una de las pilas al polo negativo de la siguiente, del polo positivo de ésta al polo negativo de la siguiente y de los polos negativo de la primera y positivo de la tercera se conectan los cables a las barras de grafito. 3) Una vez montado el circuito, siempre desconectado, se añade agua destilada hasta llenar el vaso. Ésta no contiene electrolitos por lo que hay añadir tres o cuatro cucharadas de un catalizador: el bicarbonato sódico (NaHCO3). 4) Colocar el cartón sobre el recipiente, con los lápices conectados a las baterías y esperar a que los lápices se llenen de burbujas y éstas se muevan. Lo más sencillo es suponer que si el oxígeno es electronegativo, se pegará al polo positivo y el hidrógeno al polo negativo; lo cual es cierto. Podremos observar que uno de los lápices contiene más burbujas que el otro. La fórmula del agua es H2O, por lo que el tubo con más contenido de burbujas debe ser el del hidrógeno y el que menos el del oxígeno.



Seda, lana, vidrio y plástico.

Este experimento causa una electrización por inducción, debido a que la varilla de vidrio y la varilla de plástico están cargadas eléctricamente. Materiales: -

Una varilla de vidrio o metacrilato.

Una varilla de plástico.

Un paño de seda.

Un paño de lana.

Un péndulo de aluminio.

Cómo se hace: 1) Frotamos la varilla de vidrio con el paño de seda y la acercamos al péndulo. La varilla atrae el péndulo.

La varilla de vidrio cede electrones a la seda, por lo que adquiere carga positiva e induce carga negativa en la zona más próxima a la varilla.

2) Hacemos que la varilla entre en contacto con el péndulo, que al poco tiempo es repelida por el péndulo.

Al establecer el contacto, parte de la carga positiva de la varilla pasa al péndulo. Ambos quedan con carga positiva.

3) Frotamos la varilla de plástico con un paño de lana y la acercamos al péndulo. La varilla atrae el péndulo.

La varilla de plástico recibe electrones de la lana, por lo que adquiere carga negativa. El péndulo continúa con carga positiva y se atraen mutuamente.

7. EJERCICIOS 1) Interpreta con el modelo para la materia que has estudiado como se carga una barra de metacrilato (que actúa como vidrio) al frotarla con un paño.

2) Se frotan con paños de la misma tela dos varillas de dos materiales diferentes: metacrilato (vidrio) y polietileno (plástico), observándose una serie de hechos, que debes ir explicando en tu cuaderno, aplicando el modelo teórico que has estudiado.

a. Al acercar dos varillas del mismo material se repelen. b. Al acercar dos varillas de diferente material se atraen c. Al acercar el paño con que hemos frotado la varilla de metacrilato a ésta, se nota una atracción d. Al acercar entre sí los dos paños utilizados, se nota una atracción. 3) Electrizamos una varilla de polietileno frotándola con un paño y después la acercamos a un péndulo hecho con una bolita de papel de aluminio, que cuelga de un hilo aislante. Explica y dibuja un esquema de lo qué va sucediendo.

4) Explica y dibuja lo que sucede cuando hacemos el conocido experimento de frotar con la ropa un bolígrafo y luego atraer con él unos trocitos de papel. 5) Indica si las frases que van apareciendo en la pantalla son verdaderas (V) o falsas (F). a. Si un cuerpo adquiere una carga positiva ha perdido todos sus electrones. b. Si un cuerpo pierde electrones, su masa varía apreciablemente. c. Hacer experimentos de electricidad es más difícil en días húmedos.

6) Explica los siguientes fenómenos de electrización que pueden observarse en la vida corriente: a. Al peinarnos o cepillarnos el cabello en un día seco, el pelo es atraído por el peine. b. Al tocar la carrocería de un automóvil después de que éste se ha movido en un día seco, notamos un calambre. c. Al acercar a la pantalla del televisor el brazo, el vello de éste es atraído por la pantalla. 7) Las bolas de dos péndulos eléctricos se electrizan con carga negativa. A continuación acercamos los dos péndulos. Responde: a. ¿Qué les sucederá a las bolas de los dos péndulos? Dibuja la situación final de los dos péndulos b. ¿Qué ocurriría si una de las bolas hubiera sido electrizada con carga positiva y la otra con carga negativa? Dibuja la situación final en este caso. 8) Si frotas con un paño de lana dos globos hinchados y los aproximas, verás que se repelen mutuamente. Interpreta lo sucedido.

9) Cuando limpiamos los vidrios de las ventanas de nuestra casa con un paño de seda frotando repetidamente podemos observar que el polvo se elimina, pero al poco tiempo algunas partículas de polvo vuelven a adherirse, ¿Cómo lo interpretas?

10) Si te peinas el cabello seco frotándolo fuertemente con un peine de plástico, notarás que tu cabello es atraído por el peine. Si ahora acercas el peine a un fino hilo de agua que salga del grifo, verás que el hilo de agua se desvía. Interpreta estos fenómenos: 11)Relaciona cada imagen con el método de electrización:

12)Ordena cronológicamente los siguientes relaciónalas con cada uno de sus inventores:

13)

inventos.

continuación

Fax - Fotocopiadora - Pararrayos - Telégrafo – Generador de Van Graaff

Responde a las siguientes preguntas sobre los personajes importantes e investigaciones llevadas a cabo a los largo de la historia según las cargas eléctricas: a. ¿Qué es la electrolisis? ¿Quién investigo sobre este concepto? b. ¿Por qué fue tan importante el experimento de J.J. Thomson? ¿En qué consistía? Ejercicios ley de Coulomb En todos los ejercicios se tomará que la acción de cargas tiene lugar en el vacío (aire), es decir, K= 9*109

14)Dos cargas puntuales de 3,5 ·10-5 C y 5,6 · 10-5 C están situadas en el vacío a 25 cm de distancia. a) Representa las fuerzas electrostáticas entre las cargas. b) Calcula la intensidad de estas fuerzas. Sol: 282, 2 N 15)¿Cuál sería la intensidad de las fuerzas del ejercicio anterior si se duplicara la distancia que separa las cargas? Sol: 70,6 N a) ¿Y si esta distancia se redujera a la mitad? Sol: 129,0 N 16)Dos minúsculas esferas que tienen cargas eléctricas de 18 nC y – 24 nC están situadas en el aire a 15 cm de distancia. a) Representa las fuerzas electrostáticas entre las cargas b) Calcula la intensidad de estas fuerzas. Sol: 1,7 · 10-4 N 17)Dos cargas eléctricas puntuales se atraen con una fuerza de 6,45 N cuando se sitúan en el vacío a 18 cm de distancia. Si el valor de la primera carga es de 5,4 mC, ¿Cuál es el valor de la otra carga? Sol: 4,3 · 10-6 C ¿Cuál es su signo? 18) Tenemos dos cargas eléctricas puntuales separadas una distancia de 0,3 m y de valores -4,5 ·10-6 C y 9,8 ·10-6 C. a) Representa las fuerzas electrostáticas entre las cargas

b) Calcula la intensidad de la fuerza que se ejercen mutuamente si están en el aire. Sol: 4,4 N 19) Una carga eléctrica puntual de 0,73 nC repele a otra con una fuerza de 9,5 · 10-3 N. Si ambas están situadas en el vacío a una distancia de 1 m, ¿Cuál es el valor de la otra carga? ¿Cuál es su signo? Sol: 1,4 · 10-6 C. 20) Dos cargas puntuales iguales se repelen con una fuerza de 1 · 10-5 N cuando se colocan a 1 cm de distancia. Calcula el valor de las cargas y su signo. Sol: 3,3 · 10-10n C.

¡MAGNETÍZATE!

David Chaparro, Alberto Peralta, Guillermo Muñoz, Carmen Llull

1. Conceptos básicos: Magnetismo El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético. Breve explicación del magnetismo Cada electrón es, por su naturaleza, un pequeño imán. Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados. Además del campo magnético intrínseco del electrón, algunas veces hay que contar también con el campo magnético debido al movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo. Este efecto es análogo al campo generado por una corriente eléctrica que circula por una bobina. De nuevo, en general el movimiento de los electrones no da lugar a un campo magnético en el material, pero en ciertas condiciones los movimientos pueden alinearse y producir un campo magnético total medible. El comportamiento magnético de un material depende de la estructura del material y, particularmente, de la configuración electrónica (la distribución de los electrones de un átomo en orbitales. Cuando la configuración electrónica es la de menor energía, se conoce como configuración electrónica fundamental).

El campo magnético terrestre La Tierra posee un poderoso campo magnético, como si el planeta tuviera un enorme imán en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geográfico y viceversa. Aunque los polos magnéticos terrestres reciben el nombre de polo norte magnético (próximo al polo norte geográfico) y polo sur magnético (próximo al polo sur geográfico), su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año. Cada 960 años apoximadamente, las variaciones en el campo magnético de la Tierra incluyen el cambio en la dirección del campo provocado por el desplazamiento de los polos.

2. Cronología histórica y personajes Los fenómenos del magnetismo, fueron conocidos por antiguos griegos. Se observaron por primera vez en la ciudad de Magnesia del Meandro, de ahí su nombre. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro, y que los trocitos de hierro atraídos atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

Tales de Mileto

El primer filósofo en investigar el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto 625 - 545 a. C. Más tarde, el científico Shen Kua(10311095), escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Alexander Neckham, fue el primer europeo en conseguir desarrollar la técnica de la brújula en la mejora de la navegación.

Peter Peregrinus de Maricourt (S.XIII), fue un estudioso francés que realizó experimentos sobre el magnetismo y escribió el primer tratado para las propiedades de los imanes. Galileo Galilei (1564-1642) y su amigo Francesco Sagredo (1571-1620) se interesaron en el magnetismo engastando un buen trozo de roca magnética de más de kilo y medio en un bello artilugio de madera; la

magnetita se disponía de tal manera que, a modo de imán, atraía una bola de hierro de casi cuatro kilos de peso; pero la falta de aplicaciones prácticas y económicas del invento desalentó más experimentación por parte de estos destacados científicos italianos. William Gilbert (1544-1603) publicó en Londres su obra De magnete, magneticisque corporibus, et de magno magnete tellure; Physiologia noua, plurimis & argumentis, & experimentis demostrata (Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra)

William Gilbert

Hans Christian Ørsted (1777 - 1851), descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno. Muchos otros experimentos siguieron con André-Marie Ampère(1775 1836), que estudió la relación entre la electricidad y el magnetismo. Carl Friedrich Gauss (1777-1855), dedicado especialmente al electromagnetismo. Michael Faraday (1791 - 1867) demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el concepto de líneas de fuerza, para representar los campos magnéticos. James Clerk Maxwell (1831 - 1879) sintetizó y explicó estas observaciones en sus ecuaciones de Maxwell. Unificó el magnetismo y la electricidad en un solo campo, el electromagnetismo. En 1905, Einstein usó estas leyes para comprobar su teoría de la relatividad especial, en el proceso mostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente vinculadas. Gilbert descubrió además que la aguja de la brújula apunta al norte-sur y gira hacia abajo debido a que el planeta Tierra actúa como un gigantesco imán; hay que entender la atracción sólo como un caso particular de la atracción magnética entre polos opuestos.

3. Algunos inventos relacionados: MOTOR ELECTRICO: Fue inventado por Nikola,Tesla en 1888. Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Funciona bajo el procedimiento de la teoría electromagnética y el principio de inducción y repulsión, es decir se crean electroimanes con bobinas de alambre de polos Norte y Sur como en lo imanes en el estator y en el rotor igual pero de polos opuesto de manera que al formar polos iguales se repelen y polos opuestos se atraen generando con esto el movimiento del rotor.

BRÚJULA MAGNÉTICA: La brújula es un instrumento que sirve de orientación y que tiene su fundamento en la propiedad de las agujas magnetizadas. Por medio de una aguja imantada que señala el Norte magnético, que es diferente para cada zona del planeta, y distinto del Norte geográfico. Utiliza como medio de funcionamiento al magnetismo terrestre. La aguja imantada indica la dirección del campo magnético terrestre, apuntando hacia los polos norte y sur. Es inútil en las zonas polares norte y sur, debido a la convergencia de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre.

GENERADOR ELECTRICO: Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará.

Aplicaciones matemáticas, cálculos relacionados: Aplicando física resolvemos este problema de ejemplo:

Donde v es la velocidad, F la fuerza centrípeta, y R el radio de la órbita que describe el electrón.

La F representa la fuerza la M la masa, la a la aceleración, la v la velocidad, la B el campo magnético y la T el período.

4. Infórmate en la web: En la página web de a continuación se ve cómo reacciona la brújula a través del espacio, alrededor de la tierra

http://www.windows2universe.org/physical_science/magnetism/earth_magnet_dipole_intera ctive.html&lang=sp

El link de a continuación nos muestra un video curioso del magnetismo que nos muestra sus propiedades.

http://www.youtube.com/watch?v=uvN4lh2Ea2A

Experimentos:

Dibujando campos magnéticos Objetivo: Conseguir apreciar a la vista el campo magnético que dibuja uno o varios imanes

Materiales: * Limadura de hierro * Imanes * Folio de papel u otro tipo de lámina muy fina * Soportes: dos tacos de madera (que facilitarán el procedimiento) Procedimiento: Coloca los dos soportes a una distancia de 15 cm aproximadamente, entre uno y otro coloca los imanes en la posición que más guste,

encima coloque el folio y sobre el esparza las limaduras de hierro como si echara sal a un filete. Y se verá dibujado el campo magnético de los imanes. Pruebe a cambiar la posición de los imanes y obtendrá otro dibujo diferente. IMANES QUE LEVITAN OBJETIVO Lograr que un imán flote en el aire, venciendo su propio peso, gracias a su campo magnético. MATERIALES • Dos imanes • Soporte para evitar que los imanes se muevan hacia los lados.

Procedimiento: Cogemos dos imanes y los ponemos uno encima de otro con los polos iguales para que se repelan, y los delimitamos con unos bloques de madera.

Ejercicios: 1. Indica el comportamiento de la brújula cuando gira alrededor de la tierra (en el espacio) 2. ¿A través de la electricidad, podemos crear magnetismo? Justifica tu respuesta 3. ¿Cuál fue el primer filósofo en investigar sobre el magnetismo? 4. ¿Qué hizo Alexander Neckham? 5. ¿Para qué sirve un motor eléctrico? ¿Quién lo inventó? 6. Di la fórmula del flujo de la espiral. 7. Qué fue lo que hicieron Galileo Galilei y su amigo Francesco Sagredo? 8. ¿Qué invento permite aumentar o disminuir la tensión eléctrica de un circuito? ¿En qué año se inventó? 9. Define magnetismo. 10. ¿Qué hizo Heinrich Daniel Ruhmkorff que nos marca hoy en día?

11. 12. 13. 14. 15. 16.

¿A partir de qué mineral se fabrican los imanes? ¿Para qué sirve un generador eléctrico? ¿Qué polos de un imán se atraen, y cuáles se repelen? ¿Cómo a partir de la electricidad, generamos movimiento? ¿Qué función tiene la electricidad en un motor? A partir de lo estudiado, ¿Explica por qué un imán atrae objetos metálicos? 17. ¿Quién descubrió el hilo conductor? 18. ¿Qué experimento te ha gustado más? ¿por qué? 19. Explica el experimento de los imanes que levitan 20. ¿Te ha gustado este tema? ¿Ves algo mejorable? ¿Por qué?

¿CÓMO LO VES?

Jorge Alonso Elena Rodríguez Alberto Peláez Ulises Font David Martínez

La Óptica 1. Conceptos básicos: 1.1 Fenómenos ópticos: Reflexión Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar con la superficie de un objeto.

Refracción Es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz cuando pasa de un medio transparente a otro también transparente. Este cambio de dirección está originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio. Difracción Ocurre cuando al interponer en el camino de una onda plana una barrera con una abertura, las vibraciones procedentes que están en ambos lados de la abertura no pueden avanzar y detrás de la barrera solo se observa el envolvente de las ondas que proceden de los focos secundarios que caben por la abertura. En consecuencia, los frentes de onda dejan de ser planos y adquieren una forma curva o semicircular. Teoría ondulatoria Define a la luz como una onda electromagnética que posee gran diversidad de frecuencias diferentes. Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del

conjunto de ondas electromagnéticas. Este rango, habitualmente descrito en la escala equivalente de longitudes de onda, incluye tres franjas: el ultravioleta (desde 10nm hasta 390 nm), el visible (desde 390 nm hasta 760 nm) y el infrarrojo (desde 760 nm hasta 1mm). Dentro del espectro visible, conjunto de frecuencias a las que es sensible el sistema visual humano, se denominan colores a ciertas subfranjas particulares:



Rojo: desde 650 nm hasta 760 nm



Naranja: desde 590 nm hasta 650 nm



Amarillo: desde 570 nm hasta 590 nm



Verde: desde 490 nm hasta 570 nm



Azul: desde 420 nm hasta 490 nm



Violeta: desde 390 nm hasta 420 nm Nm: El nanómetro es la unidad de longitud que equivale a una mil millonésima parte de un metro. Teoría corpuscular Esta teoría se debe a Newton. La luz está compuesta por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso. La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos:



Propagación rectilínea: La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad.



Reflexión: Se sabe que la luz al chocar contra un espejo se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto la reflexión cumple las leyes del choque elástico.



Refracción: El hecho de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando la dirección de propagación, tiene difícil explicación con la teoría corpuscular. Sin embargo Newton supuso que la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción ejercía una atracción sobre las partículas luminosas, aumentando así la componente normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanecía invariable.

2. Cronología histórica y personajes: En la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz, la reflexión y refracción. Dos filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica: Empédocles y Euclides. Edad Moderna René Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de un medio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. La óptica moderna abarca las áreas de la ciencia y la ingeniería óptica que se hicieron populares en el siglo XX. Hoy en día, la ciencia pura de la óptica se llama la ciencia óptica o física óptica para distinguirlo de las ciencias aplicadas óptica, que se conocen como ingeniería óptica. Los subcampos destacados de la ingeniería óptica incluyen ingeniería de iluminación, la fotónica y optoelectrónica. Los inventos principales:  Las lentes: se fabricaron por primera vez en Europa a finales del siglo XIII.  El espejo: como mueble de habitación, empieza con el siglo XVI.  El microscopio: fue inventado por Zacharias Janssen en 1590.  Los telescopios: conocidos aparecieron en 1608 y son acreditados a Ha L ippershey.

3.Inventos Relacionados: Lentes: objetos transparentes (normalmente de vidrio), limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva.

Aplicaciones de las lentes en di ferentes instrumentos: Las lentes más comunes están basadas en el distinto grado de refracción que experimentan los rayos al incidir en puntos diferentes del lente. En las lentes se produce la refracción, haciendo que las imágenes que se observan se hagan más pequeñas o más grandes, dependiendo la lente que se use. Entre ellas están las utilizadas para corregir los problemas de visión en

gafas, anteojos o lentillas. También se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios y microscopios. El primer telescopio astronómico fue construido por Galileo Galilei. 

Telescopio: Se denomina telescopio al instrumento óptico que permite ver objetos lejanos con mucho más detalle que a simple vista.

Es una herramienta fundamental en astronomía, y cada desarrollo o perfeccionamiento de este instrumento ha permitido avances en nuestra comprensión del Universo. En un telescopio: En la foto se ve como la imagen entra en el telescopio rebotando en el espejo primario. Este es un espejo cóncavo, consiguiendo que los rayos de luz de la imagen se hagan cada vez más pequeña. Después estos rayos rebotan en el espejo secundario, plano. Estos rayos consiguen juntarse más aun, y después pasan por el ocular, consiguiendo ver una imagen lejana.



Microscopio: El microscopio es un instrumento que permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista.

El tipo más común y el primero que se inventó es el microscopio óptico. Se trata de un instrumento óptico que contiene dos o más lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto y que funciona por refracción. En un microscopio: En la imagen se observa como se refleja una imagen en conjunto de lentes cóncavas que consiguen modificar la dirección de los rayos de luz, consiguiendo ver una imagen muy pequeña que a simple vista es imposible de ver.



Gafas: Las gafas, también conocidas como gafa, lentes, anteojos o espejuelos; son un instrumento óptico formado por un par de lentes sujetadas a un armazón, que se apoya en la nariz mediante un arco y dos patillas que ayudan a sostenerlas en las orejas. Son una combinación de dos productos sanitarios: las lentes y la montura que el profesional óptico adapta a un paciente determinado basándose en la corrección precisa de cada ojo.

Espejo: superficie pulida en la que al incidir la luz, se refleja siguiendo las leyes de la reflexión. En los espejos se produce la reflexión, en la que dependiendo de cómo sea la superficie del espejo donde inciden los rayos de luz, rebotan de forma que salgan igual que antes de llegar al espejo, paralelos, o difusos, es decir, que salen en diferentes direcciones.

El ejemplo El ejemplo más sencillo es el espejo plano. En este último, un haz de rayos de luz paralelos puede cambiar de dirección completamente en conjunto y continuar siendo un haz de rayos paralelos, pudiendo producir así una imagen virtual de un objeto con el mismo tamaño y forma que el real. Prismas: En óptica, un prisma es un objeto capaz de refractar, reflejar y

descomponer la luz en los colores del arco iris. Generalmente, estos objetos tienen la forma de un prisma triangular, de ahí su nombre. En geometría, un prisma es un poliedro limitado por dos polígonos iguales y paralelos llamados bases y varios paralelogramos llamados caras laterales.

3.2 Construcciones de imá genes con espejos: Creación de imágenes a partir de un espejo cóncavo: En esta imagen se observa una vela, de la que salen dos rayos de luz. Uno de ellos sale paralela al eje, y cuando rebota en el espejo, sale perpendicular atravesando la línea. El segundo rayo sale de la punta de la vela, pasando por el eje, y uniéndose con el otro rayo en un punto. Este punto es el extremo superior de la vela. La imagen en este momento, es reflejada pero se ve al revés.

Creación de imágenes con espejos planos: En la foto se ve que el rayo de luz sale en línea recta, y rebota en el espejo plano también en línea recta, pero en una dirección distinta.

Creación de imágenes con espejos convexos: En este tipo de espejos, es imposible la creación de imágenes dado a que por la forma del espejo, los rayos de luz rebotan en direcciones múltiples pero sin conseguir que estos se unan en mismo punto.

Creación de imágenes a partir de una lente:

En la foto se observa la creación de una imagen a partir de una lente biconvexa. Los rayos de luz del objeto se refractan en la lente, traspasándola, y consiguiendo que los rayos de luz se junten en un punto común. Desde este punto hasta la línea que indica la mitad de la lente, es done se forma la misma imagen pero invertida.

4. Aplicaciones matemáticas, cálculos relacionados Leyes de la refracción: Un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. En la refracción se cumplen las siguientes leyes:



1.- El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano.



2.- Se cumple la ley de Snell: Y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta: n1sen i = n2 sen r. N1 y N2 Índices de refracción absoluto

s, son cambios de la fase por unidad d e longitud. Cuando la luz se refracta cambia de dirección porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de la vibración no varía al pasar de un medio a otro, lo que cambia es la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad. Un rayo incidente cambia más o menos de dirección según el ángulo con que incide y según la relación de los índices de refracción de los medios por los que se mueve.

Leyes de la reflexión: Cuando un rayo incide sobre una superficie plana, pulida y lisa y rebota hacia el mismo medio decimos que se refleja y cumple las llamadas leyes de la reflexión.

5. INFÓRMATE EN LA WEB 5.1 Página web interesante (Páginas 1, 2, 7, 10 y 11): http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Apuntes/Apuntes2Fi s/ReflexionRefraccion.pdf

En este enlace podemos acceder a una web donde nos explica todo sobre la óptica, y si nos centramos en las páginas nombradas, nos explicará el tema tratado en este documento, las acepciones más básicas.

5.2 Vídeo sobre el tema: http://www.youtube.com/watch?v=ZX_3L8V4UTs

Este vídeo es interesante porque se pueden observar las diferentes

direcciones de las luces, depende del tipo de espejos en el que se reflecten.

5.3 Interactivos sobre el tema http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/docume nt/fisicaInteractiva/OptGeometrica/reflex_Refrac/reflRefra c.html

En este interactivo se representa el cambio de direcci贸n y velocidad de la luz dependiendo de los distintos medios de propagaci贸n de la luz.

http://www.fisica-quimica-secundaria-bachillerato.es/animaciones-flashinteractivas/optica/dispersion_luz_prisma_espectro_emision_absorcion_bla nca_monocromatica.htm

En este interactivo podemos observar la descomposición de la luz, más amplia o más estrecha, dependiendo del tipo de fuente de luz y dependiendo del tipo de vidrio que haga de descomponedor de luz.

6.20 preguntas sobre el tema 1. ¿Cuál es la fuente más usada de luz en los cines y televisión? 2. ¿En qué año se moldearon las lentes en plástico y se redujo su espesor? 3. ¿Para qué se utiliza actualmente la lente de Fresnel? 4. ¿En qué consiste la refracción? 5. ¿En qué consiste la difracción? 6. ¿En qué consiste la teoría ondulatoria? 7. Define la luz 8. ¿Las lentes son transparentes u opacas? 9. Cuatro aplicaciones de las lentes en instrumentos. 10. En un espejo, ¿qué es lo que se refleja? 11. ¿En qué se descompone la luz cuando se usa un prisma? 12. Cuando se reflejan un haz de rayos paralelos en un espejo plano, ¿cambian de dirección todos paralelos o dispersos en diferentes direcciones? 13. ¿De qué está compuesta la luz? 14. Cuando los rayos de luz inciden en una lente convergente, ¿los rayos de luz se juntan, o se separan? 15. ¿Con qué tipo de espejo se puede crear una imagen? 16. ¿En qué consiste la reflexión? 17. ¿Por qué, al aplicar diferentes tipos de vidrio, la descomposición de la luz blanca varía? 18. ¿Qué significa la “c” en la ley de refracción 19. Nombre tres inventos sobre la óptica 20. ¿Qué tipo de cristales llevan las gafas? ¿Y el microscopio? ¿Son iguales? ¿En qué se diferencian

7. Experimento: la moneda invisible. Materiales   

Moneda Vaso Agua

Como se hace: 1. 2. 3. 4.

Poner una moneda. Poner el vaso encima de la moneda. Llenar el vaso de agua. La moneda desaparece.

Explicación:  En este truco se juega con la llamada refracción de la luz. Cuando la luz que proyecta la moneda llega a la superficie que separa el agua del aire, el rayo sufre un cambio de dirección. Cuando el rayo de la moneda atraviesa el agua y el cristal, ya no es capaz de llegar a los ojos por lo que ocurre la ilusión óptica de que la moneda desaparece. La refracción ocurre con todo tipo de ondas cuando pasan de un medio a otro. Cuanto mayor es la diferencia entre las velocidades de onda entre un medio y otro, el cambio será mayor

7.2 Experimento 2: Materiales:     

Aceite corporal de bebe Vaso Vaso más pequeño Agua Colorante (betadine)

Como se hace:    

Metes el vaso pequeño en el grande Llenas el vaso grande de aceite corporal de bebe hasta que desaparezca el vaso pequeño Mezclas el agua con el betadine Con un embudo echas la mezcla de betadine con agua de tal forma que al mezcla caiga en el vaso pequeñó para que se pueda diferenciar.

Explicación El experimento consiste en un tarro lleno de un aceite corporal donde al parecer no hay nada más hasta que vierte otro líquido dentro de este y la forma de un vaso empieza a aparecer. Esta 'invisibilidad' es debido a que tanto el aceite como el vaso tiene la misma refracción ante la luz y entonces parece que desaparece una vez el vaso se sumerge en el aceite.

¡Motorízate!

1. CONCEPTOS BASICOS DE MOTORES: a) Definición genérica de motor. Aparato que transforma en trabajo mecánico cualquier otra forma de energía. En estos la combustión se realiza de forma externa, la producción de energía calorífica se da en un sistema externo y luego pasa a otro sistema para realizar la transformación de esta. b) Clasificación de los motores. Si la energía que transforma es hidráulica el motor es hidráulico, si es eléctrica el motor es eléctrico y se es calorífica el motor es térmico que son los que usan los automóviles convencionales; en estos últimos nos vamos a centrar y también se dividen en: Motores de combustión interna Son aquellos en los que la combustión se realiza dentro de una cámara totalmente cerrada y se le aporta combustible para ser quemado. Ej: La máquina de vapor Motores de combustión externa En estos la combustión se realiza de forma externa, la producción de energía calorífica se da en un sistema externo y luego pasa a otro sistema para realizar la transformación de esta. Ej. Locomotoras de vapor. Los motores térmicos también se pueden clasificar según el tipo de combustible que usan: Motores de gasolina: Son aquellos en donde la mezcla de combustible y aires se realiza fuera de la cámara de combustión por medio de un dispositivo que va integrado al motor llamado carburador. Después esta mezcla pasa a la cámara de combustión, donde es comprimida por un pistón y es finalmente encendida por medio de una chispa que la proporciona un elemento llamado bujía. Motores diésel: En estos la mezcla de aire y combustibles se realiza dentro de la misma cámara de combustión. Primero ingresa a esta el aire que luego es comprimido y después es inyectado el combustible finamente pulverizado casi para cuando el pistón se encuentra en el punto muerto

superior, por lo tanto, este es calentado sin necesidad de chispa realizándose la combustión de combustible. c) Partes principales del motor Cárter superior: Elemento que cierra el bloque de forma estanca y cumple con la función de actuar como depósito para el aceite del motor. Cárter inferior: Pieza que cierra el motor por debajo y, por tanto, queda a un nivel inferior al cárter superior. Cilindros: recinto por donde se desplaza un pistón (elemento que transmite la energía de los gases a la combustión). Culata: tapa que permite el cierre de las cámaras de combustión. Cigüeñal: eje con codos y contrapesos que aplicando el principio del mecanismo de una manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa.

2. HISTORIA DE LOS MOTORES - Alrededor del 600 d. De J.C aparecen los molinos de viento, que convierten la energía del viento en movimiento para hacer posible el funcionamiento de máquinas. - En 1712 el inventor inglés Thomas Newcomen construye una máquina de vapor con pistones y cilindros que resulta muy eficiente. La máquina de vapor reemplazó al caballo, pero los motores eléctricos y los de gasolina substituyeron a la máquina de vapor. Más tarde el reactor llevó las cosas a un nivel superior. Y ahora los motores micro tecnológicos demuestran que menos es más. -Ya en 1769 James Watt desarrolló la máquina de vapor más famosa del siglo XVIII. - En 1770 el militar francés Nicolás-Joseph Cugnot (1725-1804) consigue amoldar su motor a vapor a su carreta. James Watt inventó varias mejoras haciéndola mucho más práctica para mover maquinaria. - En 1782 El ingeniero escocés James Watt (1736-1819) construye una máquina a vapor mucho más eficiente que la máquina de Newcomen. A mediados del siglo I el norteamericano John desarrolló la máquina de vapor más importante desde James Watt. Su nuevo sistema de regulación le permitía trabajar a un ritmo constante haciéndolo ideal para la industria textil. -En 1800 más de 1500 máquinas de vapor funcionaban en Europa y los E.E.U.U. Además de bombear el agua de las minas también impulsaban las máquinas de las fábricas. Gran Bretaña fue la primera nación Occidental y del mundo realmente en industrializarse y mucho de lo que allí se creó se desarrolló a partir de la invención de la máquina de vapor. Los barcos se mejoraron porque tenían una enorme rueda de paletas en medio del barco movida por una máquina de vapor proporcionaba potencia extra al girar en el agua. Debido a todas esas mejoras tanto los barcos como los ferrocarriles tardaban menos tiempo en recorrer largas distancias. Otra importante aplicación fue en la maquinaria agrícola. En el campo se podía quemar paja para su maquinaria agrícola, madera, incluso carbón, ya que la máquina de vapor era muy adaptable y aceptaba cualquier combustible. Eso la hizo ideal para el campo. Enormes tractores de vapor comenzaron a transformar la agricultura a finales del siglo XIX.

Un tipo completamente nuevo de máquina de vapor sin pistones fue presentado por dos ingenieros a finales del 1800. Cuando se extendió el uso de las máquinas de vapor alrededor del siglo XIX eran muy potentes pero esa potencia tenía un precio, también eran muy peligrosas. Para obtener la máxima potencia sus calderas tenían que contener vapor a altas presiones y no siempre estaban a la altura. -En el siglo XIX había problemas con las explosiones de calderas, solían ocurrir accidentes en los que moría mucha gente. En 1816 se inventó un motor de aire caliente, que hoy es conocido como motor Stirling. Los motores que desarrolló eran de baja presión, en su interior no había nada a alta presión que pudiese explotar, incluso si la maquina se estropeaba. - El ingeniero franco-belga Etienne Lenoir (1822-1900) diseñó el primer motor de combustión interna en 1860. Cómo las primeras máquinas de vapor fue desarrollado para bombear el agua de las minas de carbón inundadas con gran éxito ya que se vendieron 5000. El alemán Nikolaus Otto (1832-1892) patentó el primer motor de 4 tiempos de combustión interna en 1876. Se utiliza en casi todos los coches actuales. Aun hoy utilizamos el mismo ciclo de 4 tiempos y apenas lo hemos modificado. - Germán W. Daimler construye en 1883 un motor de combustión interna muy veloz. - En 1892 el alemán Rudolf Diésel patentó el motor diésel. Mercedes-Benz produjo en serie los primeros automóviles diésel en los años 30 por su robustez y potencia los motores diésel de los distintos fabricantes son bastante utilizados en grandes camiones y en maquinaria pesada. - En 1903 los hermanos Orville (1871-1948) y Wilbur (1867-1912) realizan el primer vuelo con motor con su Kitty Hawk que usa un motor de combustión interna. - Alrededor de 1912 se impuso el motor de combustión interna, su función era dar el primer impulso a los pistones sin que el conductor saliese despedido. Algunos de los mayores motores eléctricos se hicieron para los ascensores. En 1933 Westinghouse construyó los ascensores más rápidos del mundo para el Rockefeller Center de Nueva York. En 1972 instaló los ascensores en el que era por aquel entonces el edificio más alto del mundo, la torre Sears en Chicago.

En 1941 cuando el mundo está en guerra se produce un nuevo avance tecnológico, aparece el reactor. - 1970 se utiliza el motor a reacción con turboventilador, el más frecuente hoy en día en los aviones, sustituyendo a los antiguos motores 4 tiempos con hélices. Al principio de su desarrollo los cohetes y los motores a reacción estaban estrechamente relacionados. La gente hacía poca distinción entre ellos. - otro tipo de motor son los motores eléctricos que se caracterizan porque necesitan electricidad, así que su historia comienza con los pioneros de este campo. En 1824 Michael Farady patentó la corriente continua y su motor. En 1888 el excéntrico genio Nicola Tesla patentó la corriente alterna y el suyo. Hoy en día ambos están en uso. Si funciona con pilas funciona con corriente continua y si se enchufa en la pared es de corriente alterna. Tesla fue el primero que introdujo el concepto de corriente alterna que consiste en el cambio de polaridad 50 o 60 veces por segundo, pero Edison no creía en ello y despidió a Tesla que fue a trabajar con George Westinghouse. La corriente alterna podía ser transportada a muchos kilómetros mientras que existían limitaciones significativas para la distribución de corriente continua. George Westinghouse adquirió las patentes para el sistema de corriente alterna de Tesla y en 1891 montó la primera línea de corriente alterna de alta tensión en California conectando San Antonio Canyon con Pomona y San Bernardino. En 1894 Westinghouse empezó a fabricar otro de los inventos de Tesla el motor de corriente alterna. Los primeros equiparon a algunos de los coches primitivos junto con las máquinas de vapor y los motores de combustión interna que utilizaban combustible como la gasolina para mover un pistón. El futuro de los motores La micro tecnología es un área de creciente expansión que surge a partir de la miniaturización de los componentes electrónicos, algunas de estas técnicas se usan para construir motores micro tecnológicos. El profesor Martin Schmidt del instituto de nanotecnología de Massachusetts ha desarrollado un motor a reacción del tamaño de un sello de correos.

Los híbridos se ven como el futuro de los automóviles. Los hibridas ofrecen las ventajas de los coches eléctricos y no hay que enchufarlos a unos lugares de recarga porque lo hacen mientras están en movimiento. Es regenerativo toma la energía de las ruedas y a través del motor vuelve a la batería.

2. ALGUNOS INVENTOS Funcionamiento de motores a) Máquina de vapor Maquinas que mediante un motor de combustión externa trabaja para convertir la energía térmica del agua hirviendo en energía mecánica. Thomas Newcomen inventó la máquina de vapor en el año 1705. El rendimiento de su máquina era poco satisfactorio, el vapor se enfriaba en el propio cilindro. De ello se dio cuenta un mecánico, James Watt (1736-1819), quien al reparar una máquina de Newcomen introdujo importantes modificaciones. Funcionamiento En una caldera se hierve determinada cantidad de agua. Tras calentarse por un fuego alimentado por combustibles como madera, carbón o petróleo, esta hierve. Cuando hierve en la caldera, el vapor que se genera crea una alta presión y en ese estado se lo dirige a una cámara cerrada conocida como cámara de vapor. El vapor de la caldera entra en la cámara, en donde en el extremo delantero se encuentra un cilindro, que por la expansión del volumen del agua, empuja un pistón. A través de un mecanismo el movimiento circular de este pistón se convierte en un movimiento de traslación o de rotación. Este movimiento es capaz de hacer girar ruedas por ejemplo de una locomotora. Cuando acaba con el ciclo, el émbolo vuelve al lugar en el que comenzó y todo el vapor se expulsa con inercia aplicando la energía cinética. Mediante una serie de válvulas se produce una renovación en la entrada y la salida de los flujos de vapor, también de forma constante b) Motor de cuatro tiempos Los motores de 4 tiempos son los más populares de la actualidad

Un motor de explosión con ciclo de 4 tiempos se compone por un cilindro, una biela, un cigüeñal, al menos dos válvulas, una bujía y muchos otros componentes que hacen que todo trabaje de forma coordinada. Tiempo 1: ADMISIÓN En el primer tiempo una mezcla de gasolina y aire va a entrar en la cámara de combustión del cilindro. Para ello el pistón baja del punto superior del cilindro al inferior, mientras que la válvula (o válvulas) de admisión se abre y deja entrar esa mezcla de gasolina y aire al interior del cilindro, para cerrarse posteriormente. Tiempo 2: COMPRESIÓN En el segundo tiempo, con el pistón en su posición más baja y la cámara de combustión llena de gasolina y aire, la válvula de admisión se cierra y deja la cámara cerrada herméticamente. La inercia del cigüeñal al que está unida la biela del pistón hará que el pistón vuelva a subir y comprima así la mezcla. Tiempo 3: COMBUSTIÓN En el tercer tiempo, con el pistón en su posición más alta y comprimiendo la mezcla de gasolina y aire, es cuando entra en acción la bujía. Es en este preciso momento, con la mezcla comprimida y a una alta temperatura, cuando la bujía genera una chispa que hace explotar violentamente esa mezcla Tiempo 4: ESCAPE En el cuarto tiempo, el último de este proceso y que significará la cuarta carrera del pistón y la segunda vuelta del cigüeñal, el pistón se encuentra en su parte más baja de nuevo y con la cámara de combustión llena de gases quemados productos de la combustión de la gasolina y el aire. El pistón vuelve a subir en este cuarto tiempo y al hacerlo empuja esos gases hacia arriba para que salgan por la válvula de escape. Es ahora, con el pistón de nuevo en la parte superior cuando se inicia el ciclo de nuevo desde el principio. El pistón volverá a bajar mientras que la válvula de admisión se abre y deja pasar una nueva mezcla de gasolina y aire, y así una y otra vez. c) Motor eléctrico

Todo motor se basa en la idea de que el magnetismo produce una fuerza física que mueve los objetos. En dependencia de cómo uno alinee los polos de un imán, así podrá atraer o rechazar otro imán. En los motores se utiliza la electricidad para crear campos magnéticos que se opongan entre sí, de tal modo que hagan moverse su parte giratoria, llamado rotor. En el rotor se encuentra un cableado, llamado bobina, cuyo campo magnético es opuesto al de la parte estática del motor. El campo magnético de esta parte lo generan imanes permanentes, precisamente la acción repelente a dichos polos opuestos es la que hace que el rotor comience a girar dentro del estator. Si el mecanismo terminara allí, cuando los polos se alinearan el motor se detendría. Por ello, para que el rotor continúe moviéndose es necesario invertir la polaridad del electroimán. La forma en que se realiza este cambio es lo que define los dos tipos de motor eléctrico.

3. CÁLCULOS RELACIONADOS Entalpía: Es una magnitud característica del estado en el que se halla un sistema termo-dinámico. Motor de combustión interna: Tipo de máquina que obtiene energía mecánica de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión. Motor de combustión externa: Máquina que realiza una transformación de energía calorífica en energía mecánica. Tiene lugar en el exterior del motor. Entalpía= H Energía interna=U Presión absoluta= P Volumen= V H=U+PV

Esta tabla nos muestra cómo cuanta más entalpía existe en un combustible, más eficiente es y más kJ tiene. Ejemplo: La gasolina es más explosiva, por tanto, la llama es de mayor intensidad, pero dura más el fuego en el alcohol, por lo tanto.... el etanol se consume más lento que la gasolina, pero la gasolina es mucho más explosiva, por lo que un automóvil a base de etanol circulará y más lento, pero más tiempo que uno de gasolina, que será más fuerte. La energía total en base a dos cantidades iguales de combustible se da en cuanto a liberación calórica.

4. INFÓRMATE EN LA RED a) Página web interesante Es una página web en la que habla y explica el funcionamiento de los motores térmicos. http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2011/11/motorestermicos.pdf

b) Video explicativo del tema Este es un vídeo explicativo sobre cómo se construye un motor de 4 tiempos y el propio funcionamiento de este. http://www.youtube.com/watch?v=v_32HS209SM c) Interactivos http://centros4.pntic.mec.es/~garcil2/index.html Es un interactivo de motor eléctrico para ver el movimiento que produce un motor y ver cómo puede cambiar la dirección según pongas los polos de la pila Pasos de como acceder: -

Darle al botón señalado.

Darle al índice del lado izquierdo a electricidad y luego a otro índice a la izquierda también a motores y ahí ya llegas al interactivo.

5. Experimento sobre motores Coche de scalextric. Vamos a utilizar un coche de scalextric y una pila de 9V para que veáis como funciona un motor eléctrico. Cogemos un coche de scalextric y le damos la vuelta y a las escobillas le conectamos una pila de 9V y las ruedas empezarían a girar.

7. Preguntas sobre el tema 1. ¿Qué es un motor? 2. ¿Qué tipos de motor hay? 3. Define motor de gasolina 4. Define cárter superior 5. ¿Qué es un cigüeñal? 6. ¿Cuál fue el primer motor? 7. ¿Quién fue Thomas Newcomen? 8. ¿Quién fue james watt? 9. ¿Cuál fue la función inicial del motor de combustión interna? 10.¿ Cuál es el futuro de los motores? 11.- ¿Qué le da el impulso para moverse al pistón en una máquina de vapor? 12.- ¿Por qué se mueven los rotores en los motores eléctricos? 13.- ¿Qué es la entalpía? 14.- ¿Qué combustible es más eficiente? 15.- ¿Quién modificó la primera máquina de vapor? 16.- ¿Qué es una máquina de vapor? 17.- ¿Cómo funciona? 18.- ¿Qué produce el magnetismo? 19.- ¿Quién realizó el primer vuelo con motor? 20.- ¿En qué año?

REACCIONES QUÍMICAS

María Bravo Almudena García Liz Melo Laura Pueyo

1. CONCEPTOS BĂ SICOS REACCIONES QUIMICAS En un proceso quĂmico (o reacciĂłn quĂmica) se produce una profunda alteraciĂłn de la materia. Se parte de unas sustancias (reactivos) y lo que se obtiene despuĂŠs del proceso (productos) son unas sustancias completamente diferentes a las de partida.

TIPOS DE REACCIONES QUĂ?MICAS Las reacciones quĂmicas pueden clasificarse de manera sencilla. a) Reacciones de SĂntesis o ComposiciĂłn En estas reacciones, dos o mĂĄs elementos o compuestos se combinan, resultando en un solo producto. Aluminio

4đ??´đ?&#x2018;&#x2122;2 + 3đ?&#x2018;&#x201A;2

2đ??´đ?&#x2018;&#x2122;2 đ?&#x2018;&#x201A;3

Ă&#x201C;xido de aluminio

OxĂgeno

b) Reacciones de DescomposiciĂłn o AnĂĄlisis Estas reacciones son inversas a la sĂntesis y son aquellas en la cuales se forman dos o mĂĄs productos a partir de un solo reactante, usualmente con la ayuda del calor o la electricidad. Ponemos el ejemplo de un clorato Cuando se calientan los cloratos, se descomponen dando cloruros mĂĄs oxĂgeno.

2đ??žđ??śđ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x201A;3

Calor

2đ??žđ??śđ?&#x2018;&#x2122; + 3đ?&#x2018;&#x201A;2

Clorato de potasio

c) Reacciones de Doble Desplazamiento o Intercambio En una reacciĂłn de doble desplazamiento, dos compuestos intercambian parejas entre sĂ, para producir compuestos distintos. El nitrato de plata en soluciĂłn acuosa reacciona con cloruro de sodio tambiĂŠn en soluciĂłn acuosa para formar el precipitado de cloruro de plata, quedando en soluciĂłn el nitrato de sodio segĂşn la siguiente ecuaciĂłn: đ??´đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x201A;3 + đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17D;đ??śđ?&#x2018;&#x2122;

đ??´đ?&#x2018;&#x201D;đ??śđ?&#x2018;&#x2122; + đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x201A;3

d) Reacciones de Neutralización o Ácido Base Estas reacciones son de doble desplazamiento o intercambio. Su particularidad es que ocurren entre un ácido y una base y los productos de la reacción generalmente son agua y una sal. Este ejemplo muestra la reacción entre ácido clorhídrico (HCl) e hidróxido de sodio (NaOH) 𝐻𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2 𝑂

El resultado es cloruro de sodio que es una sal (NaCl),y agua (H2O).

e) Reacciones de Combustión Estas reacciones ocurren cuando un hidrocarburo orgánico (un compuesto que contiene carbono e hidrógeno) se combina con el oxígeno, formando agua y dióxido de carbono como productos de la reacción y liberando grandes cantidades de energía. Las reacciones de combustión son esenciales para la vida, ya que la respiración celular es una de ellas. 𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 𝑂2

𝐻2 𝑂 + 𝐶𝑂2

f) Reacciones de Oxidación-Reducción Las reacciones de oxidación-reducción (redox) implican la transferencia de electrones entre especies químicas. Se llaman también reacciones de transferencia de electrones ya que la partícula que se intercambia es el electrón. En una reacción de oxidación-reducción tienen lugar dos procesos simultáneos, la oxidación y la reducción. La oxidación es el proceso en el cual una especie química pierde electrones y su número de oxidación aumenta. La reducción es el proceso en el cual una especie química gana electrones y su número de oxidación disminuye.

4đ??´đ?&#x2018;&#x2122; + 3đ?&#x2018;&#x201A;2 2đ??´đ?&#x2018;&#x2122;2 đ?&#x2018;&#x201A;3 AquĂ vemos que el aluminio reaccione con el oxĂgeno para formar oxido de aluminio.

2. CRONOLOGĂ?A HISTĂ&#x201C;RICA Y PERSONAJES Desde el principio de los tiempos, el ser humano ha utilizado multitud de procesos quĂmicos, casi siempre ligados al uso del fuego. PodrĂan citarse muchos ejemplos: el cocinado de los alimentos, la elaboraciĂłn de la cerĂĄmica, la obtenciĂłn de minerales, la fermentaciĂłn de bebidas alcohĂłlicas (Proceso de aislamiento del oxĂgeno de una sustancia) La Alquimia, conjunto de antiguas doctrinas y experimentos relativos a las transmutaciones de la materia precedente de la quĂmica moderna, durante la edad media, se extendiĂł hasta Europa gracias a la influencia ĂĄrabe desde Al andaluz. Los alquimistas perseguĂan un objetivo: la conversiĂłn de los metales en oro. En el camino hacia esa meta inalcanzable descubrieron numerosos compuestos y elementos y perfeccionaron las tĂŠcnicas y el instrumental de laboratorio. La alquimia alcanzĂł una gran expansiĂłn, pese a que los alquimistas fueron muchas veces acusados de brujerĂa. En el siglo XVI llego a enseĂąarse a las universidades bajo el nombre de "iatroquĂmica". Lavoisier, quĂmico francĂŠs, es considerado el padre y creador de la quĂmica moderna por sus estudios sobre la oxidaciĂłn de los cuerpos, el fenĂłmeno de la respiraciĂłn animal, el anĂĄlisis del aire, la ley de conservaciĂłn de la masa o ley LomonĂłsov-Lavoisier, la teorĂa calĂłrica y la combustiĂłn, y sus estudios sobre la fotosĂntesis. El tĂŠrmino "estequiometria" fue introducido por primera vez en 1792 por Richter (quĂmico alemĂĄn), proviene del griego y significa "medida de lo que no se puede dividir". En el Ăşltimo cuarto del siglo XX se ha caracterizado por la mejora espectacular de las tĂŠcnicas instrumentales de laboratorio gracias a los ordenadores y tambiĂŠn al trabajo en equipo de los cientĂficos. Ya en el siglo XXI, la quĂmica es una ciencia muy consolidada y a la vez en pleno desarrollo, integrada por mĂşltiples disciplinas, Los retos que afronta

son números y tienen que ver sobre todo con el medio ambiente, a través del uso de reacciones y procesos industriales no contaminantes.

3. ALGUNOS INVENTOS RELACCIONADOS. Las reacciones químicas se caracterizan por tener múltiples aplicaciones, entre ellas destacamos:  Conseguir electricidad a través de medios químicos. Algunos dispositivos que generan energía eléctrica como las pilas y las baterías, son el resultado de reacciones químicas. Este tipo de reacciones se caracterizan por la transferencia de electrones entre las sustancias que participan en la reacción, obteniendo así energía eléctrica.  La elaboración de polímeros. La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes, este tipo de moléculas se denominan polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas iguales y más pequeñas denominadas monómeros, que constituyen enormes cadenas de las formas más diversas, algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, etc. Un tipo de polímero es el natural, son aquellos que provienen directamente del reino animal o vegetal, como el algodón, seda, lana, etc. Por otro lado también existen los polímeros manipulados por el hombre:  Polímeros Semisintéticos: son aquellos que se producen de la transformación de polímeros naturales, por ejemplo son la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado.  Polímeros Sintéticos: son los creados por el hombre, a este grupo pertenecen todos los tipos de plásticos, como el nylon, el polietileno, el polietileno, etc. Las grandes propiedades de estos compuestos permiten aplicarlos a diferentes campos, como la construcción, la agricultura o la medicina.

Los polímeros se encuentran en vasos, botellas, telas, juguetes… los principales tipos de polímeros son:  Polietileno: el monómero por el que están compuestos es el etileno, y se usa en materiales como bolsas plásticas o juguetes. Formula:CH2-CH2 n  Polipropileno: el monómero que lo compone es el propínelo, y sobre todo se usa en materiales de laboratorio como jeringas. Formula: C3H6 n  PVC: formado por cloruro de vinilo, se utiliza para hacer tuberías o cuero artificial. Formula: C2H3CL n Lo que diferencia a los materiales compuestos de polímeros, de los materiales con moléculas de tamaño normal, son entre otros, la gran resistencia mecánica debido a la atracción que existe entre las cadenas de polímeros. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero, que pueden ser de diferentes clases.

 Para conseguir energía: se utiliza para conseguir combustibles, se trata de sustancias que desprenden una gran cantidad de energía en formar de calor cuando reaccionan con oxígeno. Se suelen utilizar gases como el gas metano, el propano y el butano, además de usar la gasolina o el gasoil, en la automoción.  La elaboración de jabones: los jabones se obtiene básicamente de una reacción química entre las grasas o aceites vegetales con hidrogeno de sodio (NaOH). El proceso de obtención del jabón se denomina saponificación.

4. APLICACIONES RELACCIONADOS

MATEMATICAS

CALCULOS

Para representar abreviadamente las reacciones químicas se utilizan las ecuaciones químicas. En una ecuación química se escriben las fórmulas de los reactivos a la izquierda y la de los productos a la derecha, separados por una flecha.

El proceso conocido como ajustar o igualar la ecuación consiste en colocar números conocidos como coeficientes, delante de las fórmulas para garantizar que exista el mismo número de átomos en los reactivos, que en los productos, ya que en una reacción química no pueden crearse o desaparecer átomos. Es por eso que para que una ecuación está bien ajustada debe cumplir la ley de Lavoisier o la ley de la conservación de la masa, que dice que en una reacción química la masa ni se crea ni se destruye, o enunciado de otra manera, que los átomos no desaparecen, simplemente se unen de diferente forma. Para poder estudiar las ecuaciones químicas, primero debemos saber que es el concepto básico de mol, ¿Y qué es el mol? El mol es la cantidad de sustancia que contienen 6,02. 10 23 partículas (Número de Avogadro) en una unidad elemental. El mol, es una de las unidades fundamentales del Sistema Internacional de Unidades (S.I.) y es, probablemente, la unidad más característica de la Química. Es tan útil porque permite “contar” átomos o moléculas determinando la masa de sustancia. Esto es básico porque las sustancias reaccionan en unas proporciones dadas. La estequiometria es la parte de la química que estudia las relaciones cuantitativa entre las sustancias que intervienen en una reacción química (reactivos y productos) Las relaciones pueden ser entre reactivos y productos, solo entre reactivos, y solo entre productos. Un ejemplo seria: N2 (g)+3H2 (g)

2NH3 (g)

1 molécula de N2 reacciona con 3 moléculas de H2 para dar 2 moléculas de NH3. 6.02 ∙ 1023 Moléculas de N2 reacciona con 3 ∙ 6,02 ∙ 1023 moléculas de H2 para dar 2 ∙ 6,02 ∙ 1023 moléculas de NH3, es decir 1 mol de N2 reacciona con 3 moles de H2 para dar 2 moles de NH3. Reactivos gases. Si los reactivos y los productos son gases debemos utilizar las leyes de los gases. Las leyes de los gases son aquellas en las que se relaciona la

temperatura, el volumen y la presión. Dependiendo que característica se relacione puede haber tres tipos de leyes: o Ley de Boyle: esta ley relaciona la presión y el volumen, cuando la temperatura es constante. El volumen es inversamente proporcional al volumen. P.V=cte. o Ley de Charles: esta ley relaciona la temperatura y el volumen, cuando la presión es constante. La temperatura del gas es directamente proporcional al volumen. V/T= cte. o Ley de Gay-Lussac: esta ley relaciona presión y temperatura, cuando el volumen es constante. La presión del gas es directamente proporcional a la de la temperatura. P/T=cte. El resultado de estas leyes es la Ley General de los Gases, que dice la presión por la velocidad entre el tiempo es constante P= atm. (R=0,082), para un mol de gas, es decir (n) número de moles. V= l 𝑃.𝑉 = 𝑛. 𝑅 𝑃. 𝑉 = 𝑛. 𝑇. 𝑅 𝑇 n= moles Donde: T= kelvin Reactivos disoluciones R= 0.0082 Por otro lado si en nuestra reacción utilizamos disoluciones debemos tener esto en cuenta. Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias que tiene las siguientes partes: o Disolvente: usualmente es la sustancia que se encuentra en mayor concentración en la mezcla. o Solutos: son el o los componentes minoritarios de la mezcla, y decimos que se han disuelto en el disolvente.

Por ejemplo: cuando disolvemos una pequeña cantidad de sal en una mayor cantidad de agua, se dice que el agua es el disolvente y la sal es el soluto. Todas aquellas disoluciones en las que el agua es el disolvente se llaman disoluciones acuosas. La concentración de una disolución se refiera a la cantidad relativa de los componentes de una disolución, se puede expresar en cualquier unidad de cantidad de materia. 𝑛(𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) La forma más común es La de Molaridad: 𝑀 = Donde

𝑛=

𝑔

𝑣 (𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑙𝑜𝑐𝑖ó𝑛

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟

Ej. Disuelvo 20g de NaOH en 100 ml de disolución: 20 20 𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = = = 0,5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 23 + 16 + 1 40 0,5 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛: = 5 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟 0,1 𝑙

5. INFÓRMATE EN LA RED Una página web interesante en el tema de reacciones químicas puede ser esta: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Apuntes/apun4.h tm Es muy útil porque no sólo explica conceptos básicos de una manera fácil y clara, sino que lo hace al nivel adecuado para nuestro curso. Incluye varios temas por lo que sólo hay que ojear los dos últimos archivos como se muestra en la imagen:

El tema más complejo que tratamos es el de la estequiometria, si haces clic en este link encontrarás una explicación muy sencilla: http://www.youtube.com/watch?v=6FCQerFV6TI

Para reforzar el tema y poder practicar de una forma divertida pulsa los siguientes interactivos sobre ajustes de reacciones y lectura de reacciones química: http://www.educaplus.org/play-69-Ajuste-de-reacciones.html

http://www.educaplus.org/play-331-Lectura-de-reaccionesqu%C3%ADmicas.html

7. EXPERIMENTOS EXPERIMENTO 1: REACCION PRECIPITACION Materiales:   

Dos tubos de ensayo Disolución de Nitrato de plomo Disolución de Ioduro de potasio

Objetivo: En el experimento vamos a conseguir Yoduro de plomo que saldrá de color amarillo uniendo yoduro de potasio con nitrato de plomo. Procedimiento: Ponemos las dos disoluciones en sendos tubos de ensayo y comprobamos que las disoluciones son incoloras. Mezclamos las dos disoluciones y se forma un precipitado amarillo debido a que el nitrato de plomo y el ioduro de potasio han reaccionado. Explicación científica: A esta reacción se le denomina: Reacción de precipitación. Pb (NO3)2 + 2KI –> 2KNO3 + PbI2 La Reacción de precipitación es un tipo común de reacción en disolución acuosa que se caracteriza por la formación de un producto insoluble o *precipitado. En las reacciones de precipitación por lo general participan compuestos iónicos, como en este caso, donde la reacción en disolución acuosa del Nitrato de plomo y el Yoduro de potasio formó un precipitado, que en este caso fue el Yoduro de plomo. *Un precipitado es un sólido insoluble que se separa de la disolución. En esta reacción también podemos ver que se trata de una reacción de metátesis o de doble desplazamiento, en la cual se implica un intercambio de partes entre dos compuestos. En este caso, los cationes

en los dos compuestos intercambian aniones, de manera que Pb2+ termina con el I- como PbI2 y K+ termina con NO3- como KNO3.

EXPERIMENTO 2: JARDÍN QUÍMICO Materiales       

Un recipiente transparente de vidrio una probeta Un mortero Vidrios de reloj Tubos de ensayo Silicato sódico (“vidrio líquido”)Es el más importante Agua

Sales minerales, como por ejemplo: sulfato ferroso, sulfato cúprico, cloruro de cobalto, sulfato de níquel, nitrato cálcico, sulfato de manganeso, cloruro férrico Objetivo: Construir un auténtico “bosque” formado por figuras verticales formadas por la precipitación de sales minerales Procedimiento: 1.- Se mezcla en un vaso 100 ml de una disolución comercial de silicato de sodio y 200 ml de agua. 2.- Se cogen pequeñas cantidades de las sales indicadas. 3.-Preparamos el “hábitat” de nuestro bosque: se echa arena al recipiente -que hará el papel de suelo-, agua y vidrio líquido. Se deja reposar el tiempo suficiente para que la arena sedimente bien y aparezca sin turbidez la mezcla formada por el silicato sódico y el agua. 4.- En ese momento ya se podrá esparcir -con cuidado y casi de uno en uno- los cristalitos de las sales minerales. 5.- Al cabo de poco tiempo se forman silicatos metálicos con formas curiosas: “agujas” blancas (Mn (II) y Ca (II)), violetas (Co (II)), arbustos

verdes de (Ni (II)) y ocres (Fe (II)). Dado los distintos coloridos de esos silicatos, la apariencia es de un pequeño bosque de múltiples colores.

Explicación científica: Los silicatos metálicos reaccionan con el sulfato de cobre para formar una membrana delgada de silicato insoluble. El agua atraviesa la membrana por ósmosis haciendo que está se expanda primero para acabar rompiéndose. Ello provoca la formación de una nueva membrana y la repetición del proceso. El resultado final es la aparición de una serie de columnas de silicatos metálicos coloreados. La ecuación correspondiente de la reacción es: Na2 Si O3 + Cu SO4  Cu Si O3 + Na2 S O4 (Soluble) (Soluble) (Insoluble) (Soluble) La ósmosis es un proceso en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable (permite el paso de disolvente, pero no de solutos), desde una disolución más diluida a otra más concentrada.

EJERCICIOS: 1. Definición de mol: Aquella /cantidad/ contiene /cualquier /sustancia es/ de/ de Avogadro/ el número /partículas /que /Un mol de 2. ¿Qué se produce en las reacciones químicas? 3. Definición de reacciones de síntesis o composición 4. Definición de la oxidación: 5. Definición de la reducción: 6. Responde a estas cuestiones: a) Calcula cuántos gramos de H2 se obtienen con 25 g de Al. b) Calcula cuantos l de H2 a 2atm y 25ºC se obtienen c) Cuántos l de HCl 2M se necesitan para reaccionar con 50 g de Al.

SOLUCIONES: 1. RESPUESTA: â&#x20AC;&#x153;Un mol de cualquier sustancia es aquella cantidad que contiene el nĂşmero de Avogadro de partĂculas â&#x20AC;&#x153;

2. RESPUESTA: En un proceso quĂmico (o reacciĂłn quĂmica) se produce una profunda alteraciĂłn de la materia. Se parte de unas sustancias (reactivos) y lo que se obtiene despuĂŠs del proceso (productos) son unas sustancias completamente diferentes a las de partida.

3. RESPUESTA: Reacciones en las que se unen dos o varios elementos produciendo uno solo. 4. RESPUESTA: La oxidaciĂłn es el proceso en el cual una especie quĂmica pierde electrones y su nĂşmero de oxidaciĂłn aumenta.

5. RESPUESTA: La reducciĂłn es el proceso en el cual una especie quĂmica gana electrones y su nĂşmero de oxidaciĂłn disminuye. 6. RESPUESTA: 3 3đ??ťđ??śđ?&#x2018;&#x2122; + đ??´đ?&#x2018;&#x2122; â&#x2020;&#x2019; đ??´đ?&#x2018;&#x2122;đ??śđ?&#x2018;&#x2122;3 + đ??ť2 (đ?&#x2018;&#x201D;) 2 a) Con un mol de Al obtengo 1,5 moles de H2 27đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2020;&#x2019; 1,5 Ă&#x2014; 2 = 3đ?&#x2018;&#x201D; đ??ť2 25đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2020;&#x2019; đ?&#x2018;Ľ đ?&#x2018;&#x201D; đ??ť2 đ?&#x2018;Ľ=

25 Ă&#x2014; 3 = 2,77 đ?&#x2018;&#x201D; 27

27𝑔 𝐴𝑙 → 1,5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻 25𝑔 𝐴𝑙 → 𝑛 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻 1,38 ∗ 0,082 ∗ 298 𝑛=

1,5 ×25 27

𝑃∗𝑉 =𝑛∗𝑅∗𝑇 2∗𝑉 =

= 1,38 𝑚𝑜𝑙

2 ∗ 𝑉 = 33,7 𝑉=

33,7 2

= 16,86 𝑙 𝑇 = 25 + 273 = 298 𝐾

3 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 → 27 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑙

𝑀=

𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 → 50 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑙

𝑥= 2,775 𝑙

50×3 27

= 5,55 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙

𝑉=

𝑛 𝐻𝐶𝑙

𝑉 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 5,55 𝑉 5,55 2

Con A de Ácido o con B de Base

LUCÍA DÍAZ ADRÍAN GARCÍA-GIL IGNACIO MARINA RUBÉN MUÑIZ

1 - CONCEPTOS BÁSICOS 1.1 - pH El pH es una manera de indicar el grado de acidez de una sustancia, es decir, la concentración de iones de H+ en una disolución, el pH también se expresa a menudo en términos de concentración de iones hidrógeno (atendiendo a la definición de Arrhenius). El agua y todas las soluciones acuosas contienen H+ e iones OH-. En el agua pura se cumple que la concentración de iones H+ es igual a la concentración de iones OH-, por eso se dice que el agua es neutra. Como las concentraciones de iones H3O+ y de OH- son muy pequeñas, en 1909, el químico danés Sörensen definió el pH como el logaritmo decimal negativo de la molaridad de los iones hidrógeno. Desde entonces, el término pH ha sido universalmente utilizado por la facilidad de su uso, evitando así el manejo de cifras largas y complejas.

1.2 - INDICADORES De una manera aproximada, puede conocerse el pH de una disolución utilizando indicadores. Los indicadores son disoluciones de ciertos colorantes cuyo color varía con el pH del medio. Los indicadores son ácidos o bases débiles que se caracterizan por tener un color diferente a su base conjugada, que es cuando el ácido cede

un protón H+ a la base y el ácido pasa a ser una base. Al contrario, la base, al aceptar H+, pasa a ser el ácido conjugado. Esto puede suceder en los dos sentidos.

- El intervalo de los números te dice de que número a que número tiene un color u otro y si se considera como ácido o como base, dependiendo del tipo de indicador tiene unos intervalos distintos y distintos colores. Como el azul de bromotimol, pues si el pH es menor que 6 es color amarillo; si es mayor que 7,6, es color azul. 1.3 - ÁCIDOS FUERTES Y DÉBILES La distinción entre ácidos fuertes y débiles depende tanto del disolvente como de las propiedades de los propios ácidos. Un ácido cederá fácilmente protones en un disolvente que tenga fuerte tendencia a captarlos, comportándose como ácido fuerte en este caso. Si el disolvente tiene poca tendencia a captarlos, este ácido actuará como débil frente a este disolvente. Se puede hacer el mismo razonamiento con las bases. Por tanto, si queremos establecer una lista para comparar la fuerza de los diferentes ácidos, la tendremos que hacer usando el mismo disolvente. Se escogió para tal fin el agua.

Un ácido en disolución acuosa se disocia según el siguiente equilibrio: HA

+ H2O

Ácido1

Base2

H 3 O+

+ A-

Ácido2

Base1

1.4 - BASES FUERTES Y DÉBILES La distinción entre bases fuertes y débiles depende tanto del disolvente como de las propiedades de las propias bases. Una base captará fácilmente protones en un disolvente que tenga fuerte tendencia a cederlos, comportándose como una base fuerte en este caso. Si el disolvente tiene poca tendencia a cederlos, esta base actuará como débil frente a este disolvente. Por tanto, si queremos establecer una lista para comparar la fuerza relativa de las diferentes bases, la tendremos que hacer usando el mismo disolvente. Se escogió para tal fin el agua. Una base en disolución acuosa se disocia según el siguiente equilibrio: B

+ H2O

Base1

Ácido2

OHBase2

+ HB Ácido1

1.5 - REACCIONES ENTRE ÁCIDOS Y BASES: NEUTRALIZACIÓN La reacción entre un ácido y una base se llama neutralización. Cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte se obtiene una sal y agua. Si una de las especies es de naturaleza débil y la neutralización se produce en disolución acuosa también se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Se puede decir que la neutralización es la combinación de iones hidronio y de aniones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal. Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor. Podemos resumir el proceso así: ácido + base → sal + agua

Neutralización

Sal disuelta

Ácido fuerte

Base fuerte

→ Agua + Sal Anión inerte + Catión inerte

Ácido fuerte

Base débil

→ Agua + Sal

Ácido /Base Anión inerte

Ácido débil

Base fuerte

→ Agua + Sal

Ácido/Base conjugados Catión inerte

Ácido débil

Base débil

→ Agua + Sal

Ácido/Base conjugados Ácido/Base conjugados

conjugados

2 - CRONOLOGÍA HISTÓRICA Y PERSONAJES En el siglo XVII, el químico Robert Boyle realizó la primera descripción de las propiedades de los ácidos: - Disuelven muchas sustancias - Enrojecen el color azul de algunos pigmentos vegetales - Pierden sus propiedades al ponerlos en contacto con las bases Lavoisier (1743-1794), en su Tratado elemental de Química, sistematizó todas las propiedades dichas por Boyle y desarrolló una primera teoría sobre estas sustancias, considerando que sus propiedades eran debidas a la existencia de oxígeno en su composición. Posteriormente Humphry Davy (1778-1829) demostró que el cloruro de hidrógeno no poseía oxígeno en su composición y presentaba claras propiedades ácidas, así como otras sustancias. Estos hechos llevaron a considerar que era la presencia de hidrógeno, en lugar del oxígeno, en la composición de las sustancias la responsable de que presentara propiedades ácidas. Justus von Liebig (1803-1873) llegó a la conclusión de que, en las reacciones de los ácidos con los metales, estos desplazan al hidrógeno de los ácidos formando las sales. Michael Faraday descubrió en 1834 la conductividad eléctrica de las disoluciones acuosas de ácidos y bases eran conductores de electricidad.

2.1 - TEORÍA DE ARRHENIUS Svante August Arrhenius (1859-1927) fue el primero que estableció la hipótesis de la disociación iónica. Según su teoría, en medio acuoso los ácidos se disocian en iones positivos (H+, protones) y iones negativos (aniones). La teoría de Arrhenius de los ácidos y bases sólo se puede aplicar en disoluciones acuosas; sin embargo, hay casos en los que se observan propiedades ácido-base en medios no acuosos en las cuales no se podría aplicar esta teoría. Por lo tanto, ácidos son las sustancias que en disolución acuosa se disocian produciendo iones H+. Y bases son las sustancias que en disolución acuosa se disocian produciendo iones OH-.

2. 2 - TEORÍA DE BRÖNSTED-LOWRY Esta engloba todos los aspectos de la teoría de Arrhenius, elimina la necesidad de una solución acuosa y amplía las sustancias que pueden considerarse ácidas y básicas. Según Brönsted y Lowry: Ácidos son las sustancias (moleculares o iónicas) que pueden ceder iones H+ y las bases son las sustancias (moleculares o iónicas) que pueden tomar iones H+. Los iones H+ no existen libres, si no que siempre lleva una molécula de H2O. H+ + H2O -----> H3O+

Podemos concluir que: Todos los ácidos al ceder un protón producen las bases conjugadas de dichos ácidos, y todas las bases que toman un protón producen ácidos conjugados de las bases.

3 - INVENTOS RELACCIONADOS El pH del champús y tintes Los champús son básicamente jabones y detergentes sintéticos que sirven para remover la suciedad y la grasa del pelo. La mayoría de champús tienen un pH entre 3,5 y 8,5 esto es, levemente ácido, pero también hay básicos. Los champús alcalinos esponjan el pelo y son muy efectivos porque en estos el pH la cutícula (revestimiento exterior del cabello) se abre, permitiendo a los agentes activos actuar en toda la estructura del cabello. Sin embargo, no se recomienda usarlos con regularidad porque destruyen la cutícula. Después de usar un champú alcalino es necesario usar un acondicionador, los cuales tiene un pH ácido. De esta forma cierran la cutícula y hacen el cabello menos esponjoso y más suave. Los tintes y las soluciones para permanentes son sustancias muy alcalinas. Esto cosméticos disuelven la parte de la cutícula, y por ello dañan el cabello. Un cabello dañado es áspero, opaco y seco.

Los champús ligeramente ácidos son los más adecuados y también los más vendidos. Estos fortalecen la cutícula del cabello y la aplanan. En estas condiciones el pelo se ve brillante y se siente suave al tacto. El pH de los productos para la piel (Cosméticos) La capa externa de la piel tiene una estructura de queratina como la del cabello. Los productos que dan brillo a la piel y la aclaran tiene un pH más alto: son alcalinos. Su propósito es remover la capa externa de queratina, que puede tener células muertas.

Crema para la cara: 5.5-7 Crema para el cuerpo: 5-7.5 Cuidado del cabello: 4.5-5 Champú: 4.5-7 Gel de ducha: 5-7.5 Higiene íntima: 4.5-5.5 para mujeres en edad fértil y 6.5-7 para niñas y mujeres en la menopausia (la piel de los niños y los ancianos es más delicada) Para la piel del rostro se recomienda un tipo de pH características:

según sus

Piel grasa: tiene un pH superior a 6.5, alcalino. Piel normal: con un pH de 6.5, un pH casi neutro. Piel seca: un pH inferior a 6.5, ácido Hay que recordar también que los conservantes que ponemos en nuestras cremas sólo son efectivos si nuestra crema está dentro de un determinado pH. Hay que averiguar en la ficha técnica del conservante

o preguntarle al fabricante que pH ha de tener mi crema o jabón para elegir correctamente el conservante.



Si nuestra crema es demasiada básica: podemos cambiarla. Usando ácido láctico o ácido cítrico



Si nuestra crema es demasiada ácida: solución de sosa al 20%: 20 gramos de hidróxido de sodio y 80 de agua (en caso de jabones) y podemos utilizar bicarbonato de sodio.

4 - APLICACIONES MATEMÁTICAS ¿Cómo puede hallarse el pH de una solución? Existen distintos métodos: -Mediante cálculos matemáticos. -Por medio de un peachímetro, una tira de pH por la cual, viendo el color del que se tiñe, averiguamos su pH. pH = -log [H+] -------------> -log [H3O+] [ ]= Concentración molar. El pH del agua pura (neutra) = -log 10-7 = - (-7) = 7 Si [H3O+] > 10-7 = pH < 7 (1 a 7) Ácido. Si [H3O+] < 10-7 = pH > 7 (7 a 14) Básico. Si aumenta [H3O+] disminuye [OH-]. Si disminuye [H3O+] aumenta [OH-]. En una disolución acuosa (ejemplo de operación): [H3O+] . [OH-] = 10-14 log [H3O+] + log [OH-] = log 10 -14 log [H3O+] + log [OH-] = -14 -log [H3O+] + (-log [OH-]) = - (-14) = 14

5 – INFÓRMATE EN LA RED Pagina web interesante sobre ácidos y bases y de la historia de sus diferentes explicaciones -

Video sobre el tema que trata sobre cómo se comportan los distintos ácidos y bases y algunos de sus efectos.

Interactivos sobre el tema

En este interactivo se ve como depende de donde pongas la flecha tiene más o menos concentración de iones de hidrógeno.

Prueba el pH de las cosas, como café, saliva, y jabón para determinar si cada uno es ácido, básico o neutro.

6 - EXPERIMENTOS RELACIONADOS 1 - INDICADOR DE pH DE PÉTALOS DE ROSAS (Mismo procedimiento con lombarda) POR QUÉ HEMOS ELEGIDO ESTE EXPERIMENTO Hemos elegido este experimento porque era uno de los más interesantes entre los que había de ácidos y bases. Todos los experimentos que hemos encontrados se basaban en cambiar de color distintas sustancias para indicar su grado de acidez mediante un indicador de pH por lo que nosotros decidimos crear el indicador de pH mediante petalos de rosa y alcohol. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO El experimento se basa en crear un indicador de pH a partir de pétalos de rosas. Primero se cortan pétalos de rosas y se introducen en un recipiente para a continuación mezclarlo con alcohol. Cuando se calienta los pétalos pierden el color, esta mezcla se filtra y así obtenemos el indicador. A continuación con distintos ácidos y bases en tubos de ensayo vamos echando unas gotas del indicador para medir su grado de acidez. Este experimento también lo hacemos con papel de indicador de pH que tiene una distinta escala. ¿CÓMO HACER ESTE EXPERIMENTO?     

Preparar todos los materiales necesarios y encendemos el mechero de alcohol para que se empiece a calentar Echar en un recipiente de cristal los pétalos de rosas añadiéndole el alcohol y poniéndolo a calentar Calentarlo hasta que empiece a hervir (no hay un tiempo estimado) y remover hasta que los pétalos pierdan su color Entonces, preparar los distintos ácidos en los tubos de cristal e ir echando el indicador de los pétalos de rosas Observar como cambia y sacar conclusiones

LISTA DE MATERIALES NECESARIOS Y DE DÓNDE LOS HEMOS OBTENIDO - Una rosa, en cualquier floristería. - Mechero de alcohol - Recipientes de cristal para poder echar todas las sustancias - Alcohol, en la farmacia (96 grados)

-Ácidos, bases e indicadores como: Fenolftaleína, Anaranjado de metilo, ácido clorhídrico e hidróxido de sodio, vinagre, amoníaco, hidróxido de sodio... El color de cada uno de los ácidos y bases irá cambiando cuando se eche el propio indicador de pétalos de rosas. 2 - pH EN LOS COSMÉTICOS ¿POR QUÉ HEMOS ELEGIDO ESTE EXPERIMENTO? Hemos elegido este experimento porque es algo que vivimos día a día y que seguramente desconocíamos. Vamos a comprobar si los jabones y cremas que utilizamos a diario en casa si tienen el pH adecuado (ya que podría haber tenido problemas por el camino y haberse puesto en mal estado o con distinta acidez) y cómo neutralizarlo si no tuviese un nivel de acidez adecuado. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO Cojemos chapús, cremas y jabones que utilizamos a diario en casa y para distintos usos como crema para la cara manos y cuerpo. Con la ayuda de una tabla del pH adecuado de cada cosmético o champú comprobaremos si está en los niveles adecuados. Podemos averiguar cierto pH con cualquier indicador casero o una tira de indicador del pH. Crema para la cara: 5.5-7 Crema para el cuerpo: 5-7.5 Cuidado del cabello: 4.5-5 Champú: 4.5-7 Gel de ducha: 5-7.5 Higiene íntima: 4.5-5.5 para mujeres en edad fértil y 6.5-7 para niñas y mujeres en la menopausia (la piel de los niños y los ancianos es más delicada) Para la piel del rostro se recomienda un tipo de pH según sus características: Piel grasa: tiene un pH superior a 6.5, alcalino. Piel normal: con un pH de 6.5, un pH casi neutro. Piel seca: un pH inferior a 6.5, ácido Con la tira de pH iremos comprobando uno a uno si cumple el nivel de acidez indicado. LISTA DE MATERIALES

-Para este exprimento nos vale cualquier tipo de cosmético que tengamos a mano en casa -Una tira de indicador de pH. ¿CÓMO SE REALIZA? - Cogemos cualquier crema, champú cosmético que nos esté dando problemas. - Mediante un indicador o un peachímetro averiguamos su pH. - Si es correcto, no pasa nada. Pero si es incorrecto, tendremos que regular su pH echándole cierta base o cierto ácido, como el limón exprimido. IMPORTANCIA DEL EXPERIMENTO Una cosa tan simple como echarnos crema en las mano nos puede producir reacciones, por eso es mejor comprobar antes si el pH es el indicado. Si en el experimento, algún producto no da el grado de pH indicado se puede regular con ayuda de sales de ácido cítrico. Se realiza mezclando la crema con limón exprimido y poco a poco mezclarlo y más tarde comprobar poco a poco si su pH ya es el indicado es decir si ya se ha regulado.

7. EJERCICIOS PARA PRACTICAR Ejercicio 1 ¿Qué es el pH? Ejercicio 2 ¿Qué son los indicadores? Ejercicio 3 Escribe dos ejemplos de indicadores Ejercicio 4 ¿De que dependen los ácidos fuertes y los ácidos débiles? Ejercicio 5

¿Qué es la neutralización? Ejercicio 6 ¿Qué pasa cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte? Ejercicio 7 ¿De que son generalmente y que desprenden las reacciones de Neutralización? Ejercicio 8 ¿Quién realizó la primera descripción de las propiedades de los ácidos? Ejercicio 9 ¿Quién escribió el Tratado elemental de la Química y sobre quién habla? Ejercicio 10 ¿Qué demostró Humphry Davy? Ejercicio 11 ¿Quién llegó a la conclusión de que en las reacciones de los ácidos con los metales, estos desplazan al hidrógeno de los ácidos formando las sales? Ejercicio 12 ¿Qué descubrió Faraday en 1834? Ejercicio 13 ¿En que consiste la teoría de Arrhenius? Ejercicio 14 ¿En que consiste la teoría de Brönsted-Lowry? Ejercicio 15 Indica un cosmético que tenga pH

Ejercicio 16 ¿Por qué son buenos los champús ligeramente ácidos? Ejercicio 17 ¿A que es igual pH? Ejercicio 18 Completa la siguiente frase: Si aumenta [H3O+], Ejercicio 19 Completa la siguiente frase: Disminuye [OH-], Ejercicio 20 Resuelve: pH de una disolución de HCl 0,0025 molar en agua.