Experimento sobre la Refracción de la luz

Propósito: Observar el fenómeno de refracción de la luz.

Experimento 1.
Material: 1 vaso, un lápiz, una regla
Sustancias: agua

Desarrollo:
1. Colocar agua en el vaso e introducir los objetos uno a uno.
2. Observar la apariencia de los objetos dentro y fuera del agua.

Resultados:
La refracción es un fenómeno en el cual la velocidad de la luz cambia al pasar de un medio en este caso el aire, a otro medio (agua), distorsionando la apariencia de los objetos como puede observarse en las siguientes fotografías:

En la refracción, el ángulo de incidencia ( i ) de la luz es diferente al ángulo del rayo refractado ( r ), por ello observamos que los objetos cambian aparentemente su forma.

Experimento 2.

Material: 1 vaso, un lápiz, una regla

Sustancias: agua, aceite

Desarrollo:

1. Colocar agua en el vaso, después aceite e introducir un lápiz moviéndolo lentamente de un lado a otro.

2. Observar la apariencia del objeto en cada medio: aire, aceite y agua.

Resultado: La luz pasa por tres medio, el aire, el aceite y el agua, en cada uno de ellos, viaja con diferente velocidad por lo que los objetos parecieran estar quebrados en varios pedazos.

Experimento 3.
Material: 1 vaso, una moneda
Sustancias: agua

Desarrollo:
1. Colocar una moneda bajo el vaso de vidrio.
2. Agregar agua dentro del vaso y observar lo que sucede.

Resultados:
La refracción es un fenómeno en el cual la luz que se propaga en forma de onda, cambia su velocidad al pasar de un medio a otro, distorsionando la apariencia de los objetos, en este caso, la moneda desaparece ante nuestra vista porque las ondas de la luz que atraviesan el vidrio, después que se le agrega el agua cambian su dirección impidiendo que podamos verla.

Experimento 4

Propósito: observar el fenómeno de "invisibilidad" cuando el índice de refracción de dos sustancias es similar.

Material: perlas de hidrogel sin color, agua, 1 recipiente de cristal.

Desarrollo:
1. Hidratar las perlas de hidrogel dejándolas unos minutos dentro de un recipiente con agua.
2. Dejar caer las perlas dentro de un recipiente transparente con agua y observar el resultado.

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

1. ¿Qué es la aceleración?
2. ¿Cómo se calcula la aceleración de un movimiento?

1. ¿Qué es la aceleración?
La aceleración es el cambio de rapidez de un cuerpo respecto al tiempo, se trata de una magnitud de tipo vectorial. Las unidades de aceleración son metros sobre segundo al cuadrado:

Se llama movimiento rectilíneo uniformemente acelerado porque el movimiento sigue una línea recta y lleva una aceleración constante.

La aceleración puede ser positiva si un cuerpo aumenta su rapidez.
La aceleración puede ser negativa si disminuye la rapidez del cuerpo en movimiento.

2. ¿Cómo se calcula la aceleración de un movimiento?

Para calcular la aceleración debemos conocer cuál es el cambio de rapidez o velocidad que tuvo el cuerpo y que se representa de la siguiente forma:

También es necesario conocer cuál fue el cambio que se produjo en el tiempo y que se representa así:

De tal forma que nuestra ecuación queda de la siguiente manera:

 (Ecuación 1)

 donde:
Velocidad final (Vf) es la velocidad del cuerpo cuando termina de acelerarse
Velocidad inicial (Vi) es la velocidad del cuerpo al iniciar la aceleración
Tiempo final (tf) se refiere al momento en el que terminó la aceleración y
Tiempo inicial (ti) es el momento en que inicia la aceleración
       
Si la Velocidad inicial y el tiempo inicial es igual a cero porque parten del reposo, la ecuación queda de la siguiente forma:

A partir de la ecuación 1, podemos despejar otras ecuaciones para calcular las otras variables involucradas:

Ecuaciones para el movimiento uniforme acelerado

http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_uniformemente_acelerado

http://www.aulafacil.com/fisica-matematicas/curso/Lecc-24.htm

Galileo - Aristóteles y el movimiento

El movimiento ha sido motivo de estudio desde la antigüedad y está íntimamente relacionado con la noción de la estructura de los cuerpos, Empédocles (cerca del 450 a. C) consideraba que toda la materia estaba formada por cuatro raíces: aire, agua, tierra y fuego, que después fueron llamadas elementos por Aristóteles importante filósofo griego que influyó el pensamiento de la ciencia y cuya autoridad en el tema tuvo una gran influencia por casi 2000 años hasta que otro gran pensador revolucionó la forma de hacer ciencia: Galileo Galilei.

En el cuadro siguiente se muestra un comparativo de sus principales ideas acerca del movimiento: 

Referencias:

• http://es.wikipedia.org/wiki/Emp%C3%A9docles
• Palma Aramburu, N. y Altamirano Allende C. (2010) Ciencias 2 Física. Ed. Terracota, México, D. F., pp. 54-56
• Gutiérrez, I; Pérez, G; Osorio, G.; Piñón, E; Herrera, I. (2008) Ciencias 2 Física. Ed. Castillo, México, D.F., pp. 50-53
• Torres Hernández, J.L., Padilla Longoria, P., Ramos Amézquita, A., Contró Prado, P. (2009)  Ciencias 2, México, D.F., pp. 48-51

Experimento de movimiento ondulatorio

PRACTICAS DE MOVIMIENTO ONDULATORIO

Práctica 1. Creando ondas.

Práctica 2. Frecuencia y Periodo de onda.

Práctica 3. Máquina de ondas.

Práctica 4. El "teléfono"
Práctica 5. El diapasón

Práctica 1. Creando ondas:

Propósito: Identificar algunas características de las ondas.

Material: 1 Resorte

Desarrollo:

1. Ondas transversales: Sujetar el resorte por sus dos extremos y agitarlo por uno de ellos de un lado a otro.

2. Ondas longitudinales: Sujetar el resorte por sus dos extremos y retraer una porción de él hacia un extremo para después soltarlo.

Resultados:

¿Cuál es la estructura de las ondas longitudinales?

¿Cuál es la estructura de las ondas transversales?

Esta práctica la puedes observar en el siguiente vídeo:

Práctica 2. Frecuencia y periodo de onda.

Propósito: Calcular la frecuencia y el periodo de onda de un movimiento ondulatorio transversal.

Material: Un resorte o una cuerda larga, un marcador.

Desarrollo:

1. Marcar un punto en el resorte o la cuerda y generar ondas de tipo transversal.

2. Contar el número de oscilaciones completas que se producen en un lapso de 10 s.

Una oscilación completa comprende una cresta y un valle, por lo tanto, podemos contar el número de veces que la zona pintada del resorte o la cuerda sube en forma de cresta o baja en forma de valle, una de las dos opciones, no ambas.

3. Ya que se tiene el número de oscilaciones completas, aplicar la ecuación de frecuencia de onda:

4. Para calcular el periodo de onda, aplicar la siguiente ecuación:

Resultados: La frecuencia de onda se refiere al número de ondas que se producen en un tiempo determinado, mientras que el periodo de onda representa el tiempo en que se realiza una oscilación completa.

Práctica 3. Máquina de ondas.

Propósito: construir un aparato para producir ondas.

Material: palillos, cinta elástica, pegamento o silicón.

Desarrollo:

1. Pegar los palitos cada 4 cm a lo largo del elástico.

2. Tensar el elástico y golpear los extremos para producir ondas.

Resultado: Observar los siguientes vídeos:

Práctica 4. El "teléfono"

Propósito: construir un "teléfono" que funciona mediante la propagación de las ondas sonoras.

Material: vasos desechables o latas pequeñas, hilo resistente o estambre, palillos de dientes, un clavo.

Desarrollo:

1. Perforar con el clavo un orificio pequeño en la base de dos vasos desechables o latas.

2. Cortar un trozo de hilo resistente o estambre de la medida querida e Introducir cada punta en el orificio de un vaso, atarlo a un pedazo de palillo de dientes en el interior del recipiente, el palillo es para evitar que el hilo se salga del orificio.

3. Tensar el hilo y hablar a través del "teléfono", ¿Qué sucede? tocar suavemente el hilo mientras se habla ¿Qué sucede?, apretar fuertemente el hilo mientras se habla ¿qué sucede? ¿porqué crees que pasa todo esto?

4. Cruzar las líneas de varios teléfonos y observar qué es lo que sucede.

Práctica 5. El diapasón

Propósito: Identificar que el sonido tiene una fuente vibratoria.

Material: 1 diapasón, 1 globo.

Desarrollo:

1. Golpear el diapasón y tocarlo con un globo inflado, ¿Qué sientes?.

2. Golpear el diapasón y tocarlo con la mano, ¿qué sientes?

Resultado: el sonido se transmite por ondas de tipo longitudinal, todo sonido tiene una fuente vibratoria que se puede percibir en esta práctica mediante el tacto, con el globo incluso podemos percibir cómo la vibración produce un sonido diferente al que genera el diapasón.

Sonido

SONIDO

En este tema revisaremos:

1. ¿Qué es el sonido?

2. ¿Qué es un medio elástico?

3. ¿Cómo se propaga el sonido?

4. ¿Cuál es la velocidad del sonido?

5. ¿Cuáles son las cualidades del sonido?

6. ¿Qué es la altura o tono?

7. ¿Qué es la intensidad del sonido?

8. ¿Qué es el timbre?

9. ¿Cómo oímos?

1. ¿Qué es el sonido?

El sonido es la propagación de una onda que se transmite en un medio elástico y se general por una fuente vibratoria. 

2. ¿Qué es un medio elástico?

Un medio elástico es aquel que permite el paso de una onda comprimiéndose y dilatándose y después recuperando su estructura original.

Este movimiento permite la formación de zonas de con mayor o menor presión en las moléculas del medio que se llamarán: compresión y de dilatación respectivamente y que al llegar al odio producen lo que conocemos como sonido.

3. ¿Cómo se propaga el sonido?

En el caso del sonido, a medida que avanza la onda sonora en el aire, las moléculas del aire deforman su espacio y se distribuyen de tal forma que se forman zonas de dilatación o rarefacción (con baja cantidad de partículas) y zonas de compresión (con alta cantidad de moléculas) como puede observarse en la siguiente imagen, las zonas de rarefacción equivalen a los valles, mientras que las zonas de compresión a las crestas de la onda:

4. ¿Cuál es la velocidad del sonido?

El sonido viaja a diferentes velocidades de acuerdo al medio en el que se propaga:

¿Por  qué la velocidad del sonido es más rápida en los sólidos que en los gases?  La respuesta tiene que ver con la estructura de la materia, en los sólidos las moléculas son más y están más cerca que en los líquidos o en los gases y las ondas del sonido requieren de un medio material (moléculas) para transmitirse.

5. ¿Cuáles son las cualidades del sonido?

Las cuatro cualidades básicas del sonido son la altura, la duración, la intensidad y el timbre o color.

Cualidad	Característica	Rango
Altura o tono	Frecuencia de onda	Agudo, medio, grave
Intensidad	Amplitud de onda	Fuerte, débil o suave
Timbre	Armónicos de onda o forma de la onda. Análogo a la textura	Depende de las características de la fuente emisora del sonido (por analogía: áspero, aterciopelado, metálico, etc)
Duración	Tiempo de vibración	Largo o corto

6. ¿Qué es la Altura o Tono?

Se refiere al número de oscilaciones por segundo que posee la onda, el sonido puede ser agudo, medio o grave dependiendo de su frecuencia:

    Frecuencia alta: sonido agudo

    Frecuencia media: sonido medio

    Frecuencia baja: sonido bajo

7. ¿Qué es la Intensidad del sonido?

Se refiere a la mayor o menor amplitud de una vibración, así el sonido puede ser intenso o débil dependiendo de dicha amplitud de onda:

    

    La intensidad del sonido se miden en decibeles (dB) y tiene diferentes efectos sobre la audición       del hombre:

8. ¿Qué es el timbre? 

Es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos de la misma intensidad y tono emitidos por diferentes fuentes o instrumentos.

Para complementar el tema puedes observar los siguientes vídeos:

9. ¿Cómo oímos?

Cuando una onda de sonido pasa por el aire, éste vibra pero no lo podemos ver, sólo nuestros oídos lo detectan cuando el sonido hace vibrar al tímpano que es una pequeña membrana que se encuentra en el interior del odio, ésta vibración viaja por diferentes órganos del oído medio e interno hasta el nervio auditivo que convierte las vibraciones en impulsos nerviosos que se transmiten al cerebro y éste los interpreta como sonidos.

Movimiento ondulatorio

MOVIMIENTO ONDULATORIO

En este tema contestarás las siguientes preguntas:

1. ¿Qué es el movimiento ondulatorio?
2. ¿Qué es una onda?
3. ¿Cuántos tipos de ondas existen?
4. ¿Cuál es la estructura de una onda?
5.¿Qué es la frecuencia de onda?
6. ¿Qué es el periodo de onda?

1. ¿Qué es el movimiento ondulatorio?

El movimiento ondulatorio es la propagación de una onda ya sea en el vacío o en un medio material (sólido, líquido o gaseoso). 

2. ¿Qué es una onda?

Es la propagación o movimiento de una perturbación en un medio, las ondas no trasladan materia pero si diferentes cantidades y tipos de energía. Si estuviese un cuerpo en el medio en que se transporta una onda, este cuerpo se movería muy poco y no cambiaría su posición con el paso de las ondas como puede observarse en el siguiente video:

http://www.meted.ucar.edu/tsunami/strike_carib_es/media/flash/wlwcswo1.swf

3. ¿Cuántos tipos de ondas existen?

a) En función del medio en el que se propagan pueden ser:

• Ondas Mecánicas son aquellas que se propagan en un medio material (sólido, líquido o gaseoso), por ejemplo: las ondas sonoras que tienen diferente rapidez según sea el medio en el que se mueva:

¿Por  qué la velocidad del sonido es más rápida en los sólidos que en los gases?  La respuesta tiene que ver con la estructura de la materia, en los sólidos las moléculas son más y están más cerca que en los líquidos o en los gases y las ondas del sonido requieren de un medio material (moléculas) para transmitirse.

• Ondas No mecánicas son aquellas que no necesitan un medio material para transmitirse, es decir, se propagan en el vacío, por ejemplo, las ondas electromagnéticas como la luz.
• Ondas gravitacionales: son aquellas que viajan en el vacío a la velocidad de la luz y perturban la geometría espacio - temporal.

b) En función de la dirección en que vibran:

Ondas Longitudinales: El movimiento local del medio alcanzado por la perturbación se efectúa en la dirección de avance de la onda, por ejemplo: un resorte, el sonido.

• Ondas Transversales: La perturbación del medio se lleva a cabo en dirección perpendicular a la de propagación, por ejemplo, las ondas del agua, una cuerda, un sismo, etc.

c) En función de su periodicidad:

• Ondas periódicas: Las ondas se producen en ciclos repetitivos, como en un péndulo.
• Ondas no periódicas: Las ondas no se repiten constantemente, sino de forma aislada, también se les conoce como pulsos.

Puedes conocer más sobre el tema en el siguiente sitio:

http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/OndasTransyLong.html

También puedes observar el siguiente vídeo:

Onda desplazándose sobre una cuerda

4. ¿Cuál es la estructura de una onda?

Cresta: es la parte más alta de la onda.

Valle: es la parte más baja de la onda.

Longitud de onda: es la distancia que existe entre cresta y cresta o entre valle y valle.

Amplitud de onda: es la distancia que existe desde la posición de equilibrio hasta la parte más baja o más alta de la onda.

5. ¿Qué es la Frecuencia de onda?

Es el número de crestas o valles que pasan por un punto en la unidad de tiempo.

Puede calcularse con la siguiente ecuación:

La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz) donde: 

6. ¿Qué es el Periodo de onda?

Oscilación completa: se produce cuando se genera una cresta y un valle sucesivos.

Periodo de onda: es el tiempo que transcurre para llevarse a cabo una oscilación completa.