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Velocidad de caída en un líquido

Introducción

Cuando se coloca un sólido en un líquido éste se mueve hacia arriba o hacia abajo debido a la diferencia entre la presión ascendente del líquido y la fuerza descendente del poso del objeto y la presión descendente del líquido. Para un cuerpo de un tamaño o forma determinada habrá una diferencia neta entre la presión descendente y la presión ascendente del líquido ejercida sobre él. Ya que la presión del líquido es proporcional a la densidad del líquido, parecería ser que la diferencia neta entre la presión ascendente y descendente de un líquido sobre un objeto será mayor en líquidos más densos. Si esto es cierto, entonces la densidad del líquido afectará la fuerza neta sobre un objeto que se encuentra en movimiento a través de ese líquido. La aceleración de un objeto en caída a través de un líquido esta relacionada a la densidad del líquido.

Experimento

Instrumento: El instrumento consistió de un tubo de 100 cm. de longitud abierto en un extremo y limpio. También una piedra de forma irregular (volumen 1,9 cc., densidad 2,3 gr./cc.).

Procedimiento: Se vertió agua en el tubo hasta alcanzar una altura de 100 cm. Se soltó la piedra en la parte superior de 12 columna de agua, y se midió y registró el tiempo que le tomó llegar hasta el fondo. Se repitió este procedimiento para líquidos con las siguientes gravedades especificas: 0,78, 1,15, 1,5, 1,9, 2,0.

Resultados

Los resultados se presentan a continuación:

Preguntas

1. Trace un gráfico de densidad versas aceleración. ¿Existe una relación evidente? ¿Existe una tendencia?

2. La presión en cualquier líquido determinado es mayor a mayor profundidad. ¿Afectará esto de alguna manera la aceleración de la piedra en caída?

Presión en los líquidos

Introducción

En los líquidos la presión varia con la profundidad. Líquidos de diferentes densidades cuya presión se mide a la misma profundidad pueden mostrar diferencias, de presión. ¿Ejercerán 109 líquidos más densos mayor presión?

Experimento

Se midió la presión del querosén a profundidades de 1", 2", 3", 5" y 10" bajo la superficie con la ayuda de un manómetro de tubo en U. Se repitió este procedimiento con querosén. También se llevó a cabo dos veces con agua, trementina, gasolina, aceite comestible y leche a cada nivel.

Preguntas

1. ¿Por qué deberá realizarse esta prueba varias veces?

2. ¿Ejercen los líquidos más densos mayor presión?

3. ¿Aumentan las presiones ejercidas por un líquido directamente a medida que aumenta la profundidad? ¿Son las proporciones de los incrementos o disminuciones las mismas para todos los líquidos?

4. ¿Varia la diferencia de la presión ejercida por dos líquidos diferentes de igual manera a medida que aumenta la profundidad?

5. ¿Qué posibles errores ocurrieron? ¿Cómo pueden corregirse?

Fuerza de los electroimanes

Introducción

Sabemos, que la fuerza del campo magnético de una bobina en un galvanómetro de tangente varia directamente con la longitud y numero de las vueltas de alambre en la bobina e inversamente al cuadrado del radio de la bobina. Sin embargo, la fuerza del campo magnético parece variar con el calibre del alambre usado en 12 bobina. ¿Cual es la relación entre los calibres del alambre y la fuerza del campo magnético creado en una bobina de dimensiones especificas y con un voltaje constante?

Sabemos que el calibre de un alambre está relacionado al diámetro de un alambre y, por lo tanto, al área de su corte transversal. También sabemos que esta área de corte transversal determina la resistencia de un conductor. Ya que (1) el área del corte transversal aumenta a medida que el calibre disminuye, y (2) la resistencia disminuye a medida que el área del corte transversal aumenta, entonces la resistencia del conductor deberá disminuir a medida que el calibre disminuye.

Con la disminución de la resistencia deberá haber un aumento en la fuerza de la corriente, en el caso de un voltage constante. Un aumento de la corriente deberá causar un aumento de la fuerza del electroimán. Por lo tanto, una disminución del calibre del alambre conductor deberá causar un aumento de la fuerza del electroimán. Si se asume que la cantidad máxima de masa sostenida en la parte inferior de un electroimán es una medida de su fuerza magnética, nuestra hipótesis es que si se disminuye el calibre del alambre de la bobina habrá entonces un aumento de la cantidad máxima de masa que el electroimán puede sostener.

Experimento

Instrumento: El instrumento consistió en una varilla de hierro dulce, sostenida verticalmente, de 1 cm. de diámetro y 5" de longitud, alrededor de la cual se enrollaron alternativamente 25 vueltas, 50 vueltas, 75 vueltas, y 100 vueltas de cada uno de los siguientes calibres de alambres de cobre (esmaltado): calibres número 18, 22, 26, y 30. Cada calibre de alambre se cortó en pedazos de 80 cm. (25 vueltas), 160 cm. (50 vueltas), 240 cm. (70 vueltas) y 320 cm. (100 vueltas). El instrumento también incluyó una bola de acero de 1 cm. de diámetro y 3,95 gr. de masa que ostenía, por medio de un hilo, un platillo no magnético (plástico) para posado de 1,1 gr. La fuente de corriente eléctrica directa consistió de dos pilas nuevas de luz de antorcha emitiendo aproximadamente 3 voltios de fuerza electromotriz.

Aparato para medir la fuerza electromagnética - Figura No. 1

Procedimiento: Se enrolló el trozo de 80 cm. de alambre de calibre 30 alrededor de la varilla en exactamente 25 vueltas. Se conectó la bobina 2 las pilas y se colocó la bola de acero con el platillo para pesado contra la parte inferior de la varilla de hierro, permitiéndose que sea sostenido por la fuerza magnética. Se añadieron pequeñas cantidades de masa (no magnéticas) al platillo de posado, gradual y cuidadosamente, hasta que cayó. Se midió y registró la masa total de este montaje. Esto se llevó 2 cabo tres veces. Luego se llevó a cabo este procedimiento con cada bobina con alambre enrollado el número de voces sugerido, dando como resultado un total de 48 lecturas separadas.

Preguntas

1. ¿Por qué los pesos y el platillo para pesado no deben ser magnetices? ¿Qué tipo de resultados hubiera Ud. obtenido si hubiera usado posos magnéticos?

2. ¿Produjo el mismo calibre de alambre el mejor electroimán para cada una de las longitudes?

3. ¿Fueron los porcentajes en los que aumentó la corriente magnética debido a los diferentes calibres de alambre iguales entre si? ¿Fueron similares?

4. ¿Existe un aumento de la corriente (o fuerza magnética) con una disminución de la resistencia?

5. ¿A partir de su información, podría Ud. predecir qué calibre de alambre sería el más eficaz?

6. ¿Cómo cambia la fuerza de un electroimán a medida que cambia la temperatura del núcleo?

Sugerencias para investigaciones en el campo de la física

1. Un fotómetro, un instrumento utilizado para medir la intensidad de 1a luz, puede ser improvisado colocando un pedazo de papel, con una pequeña mancha de grasa, entre dos fuentes de luz. Si se mueven ambas fuentes perpendicularmente a la pantalla hasta que la mancha desaparece, se puede determinar la intensidad de una fuente si se conoce la intensidad de la otra fuente aplicando la siguiente formula: (I₁/d₁²)/(I₂/d₂²)

Utilizando el fotómetro y dos velas blancas (cuya intensidad es generalmente 2 bujías), y lentes convexos dobles, ¿puede Ud. encontrar alguna relación entre la distancia focal de los lentes y 12 intensidad de la luz? ¿A qué distancia de la vela deberán colocarse los lentes para garantizar la máxima intensidad?

¿Cuál es la relación entre distancia e intensidad para los lentes convexos dobles, plano-convexos, cóncavos dobles, plano-cóncavos, cóncavo-convexos?

¿Cuál es la intensidad de la luz de la luna comparada a una vela o una fuente conocida? ¿Cómo afecta el diámetro del lente la cantidad de luz admitida?

2. Si se utiliza un fotómetro de la manera antes descrita, se puede medir la intensidad de la fuente de luz. Si se asume que la intensidad de una fuente de luz eléctrica varia directamente con la cantidad de corriente, también es posible determinar la cantidad de corriente que está pasando a través de la fuente de luz. Entonces, ¿cuál es la relación de la distancia entre los electrodos en un reóstato de sal y la cantidad de corriente que pasa?

3. El calor especifico de una substancia puede determinarse midiendo el cambio de temperatura de una masa conocida de esa substancia y una masa igual de agua, en el caso de una fuente de calor igual para ambas y comparándolas de acuerdo con el cambio de temperatura de la substancia en relación al cambio de temperatura del agua. El calor específico puede expresarse de la siguiente manera: Aumento de la temperatura del H₂O/Aumento de la temperatura de la substancia

El paso especifico de una solución de carbonato de sodio varia con la molaridad de dicha solución. ¿Es ésta una relación directa? ¿Tienen los limites de temperatura en que ocurre el calentamiento algún efecto en el calor especifico? ¿Existe alguna relación entre el calor específico de los metales y su conductividad?

4. Todos los líquidos poseen una tensión superficial. Es decir, las moléculas en la superficie del líquido presentan una mayor fuerza de atracción entre ellas que las moléculas bajo la superficie y, de esa manera, forman una especie de barrera protectora que no permite que nada pase a través de esa superficie. Un buen ejemplo de esta barrera es el hecho que podemos hacer flotar una hoja de afeitar sobre la superficie del agua; pero si la ponemos bajo la superficie se hundirá. Otro ejemplo son las gotas de agua que se forman sobre una mesa cuando se derrama agua.

Puede construirse un instrumento simple para demostrar la tensión superficial y también para medirla. Si consideramos que la tensión superficial del agua es 73,05 dina/cm. a 18°C, entonces, utilizando masas muy pequeñas (tal como pedazos iguales de papel delgado), determine el paso máximo que pueden soportar los instrumentos que se encuentran reposando sobre el agua. ¿Podemos relacionar este peso al máximo de masa que pueden soportar los líquidos de otras densidades? ¿Cuál es la tensión superficial de distintos líquidos? ¿Varia la tensión superficial con la temperatura? Si mezclamos dos líquidos cuyas tensiones superficiales conocemos, ¿existe una relación entre la tensión superficial de la mezcla y las tensiones superficiales de los dos líquidos que forman parte del compuesto?

5. ¿Cómo varia la resistencia a la tracción de un elástico con su temperatura? Puede construirse un instrumento simple para contestar esta pregunta utilizando un tubo de ensayo roto, un tapón de goma con un solo agujero y un pedazo de tubo de vidrio. Se coloca el tapón de goma con un agujero, con el tubo de vidrio en él, en el extremo del tubo de ensayo que no esta roto. Un extremo del elástico se pasa a través del tubo de vidrio y se le asegura un pequeño peso. Se coloca el otro extremo del elástico en el tubo. La temperatura del agua dentro del tubo de ensayo puede variar y puede determinarse la distancia que se extiende el elástico bajo varias temperaturas.

6. ¿Pueden atraer los imanes cosas a través de un papel? ¿A través de hojalata? ¿Qué materiales puede atravesar el magnetismo? ¿Metales? ¿Qué metales pueden atraer los imanes?

7. ¿Qué materiales son fáciles de magnetizar? ¿Por cuánto tiempo permanecerán magnetizados estos materiales?

8. Si se puede utilizar una corriente eléctrica para fabricar un imán, ¿puede utilizarse un imán para causar una corriente eléctrica? Asegure una bobina de alambre a un galvanoscopio. Mueva el imán hacia adentro y hacia afuera de la bobina de alambre. ¿Cómo afecta la fuerza del imán o el número de vueltas de la bobina la cantidad de corriente? ¿Qué tipo de corriente se genera moviendo un imán hacia adelante y hacia atrás a través de una bobina?

9. ¿Qué efecto tiene la velocidad en que se mueve el imán hacia adelanté y hacia atrás a través de la bobina sobre la cantidad de corriente producida?

10. ¿Contiene electricidad el papel? Frote una hoja de papel periódico con una regla a la vez que se sujeta la hoja de papel periódico sobre una superfice lisa. ¿Cómo se sabe que la electricidad afecta el papel? ¿Pueden observarse chispas?

11. ¿Qué causa la electricidad estática? Trate de frotar lana, seda, nylon, algodón y goma. ¿Se cargan estos materiales? Realice otros experimentos con estos materiales, tales como calentamiento, enfriamiento, golpes. etc.

12. ¿Atraen todos los imanes cosas con la misma fuerza? Si se asegura el centro de un imán a un pedazo de pita y se cuelga, puede obtenerse un instrumento simple para medir la fuerza de un imán. La cantidad que el imán gira cuando se le acerca otro imán puede expresarse en grados. Pueden compararse las fuerzas de diferentes imanes o medirse las fuerzas con que el imán atrae diferentes substancias.

13. ¿Atraen objetos ambos extremos de un imán? ¿Se atraen o repelen con la misma fuerza ambos polos norte y ambos polos sur?

14. ¿Aumenta o disminuye la fuerza magnética a medida que se aleja el imán del pedazo de hierro o acero? ¿Cuál es la relación entre la distancia de separación y la fuerza magnética?

15. ¿Qué efecto tiene el calor en un imán? Magnetice un clavo y luego caliéntelo en una lámpara de alcohol. Realice una prueba con el instrumento descrito en el número 12. ¿Qué efecto en la fuerza de un imán tiene el golpearlo?

16. ¿Que materiales pueden ser cargados con electricidad estática? ¿Qué materiales no pueden ser cargados? ¿Los materiales que pueden ser cargados pueden también ser afectados por un imán?

17. ¿Qué efecto tiene la fuerza de una corriente eléctrica en la cantidad de metal depositado por la electrólisis? ¿Qué efecto tiene cl periodo de tiempo que la corriente fluye en la cantidad de metal depositado durante la electrólisis?

18. ¿Qué efecto tiene la temperatura en la conductividad de diferentes metales? Conecte una batería a un galvanómetro y a un pedazo de alambre desnudo. Caliente el alambre. ¿Es el efecto el mismo para alambre de cobre, hierro y nicromo?

19. ¿Cómo afecta el número de vueltas de alambre alrededor del núcleo de hierro en el circuito primario (el alambre a través del cual fluye la corriente) el voltaje de la bobina de alambre exterior en la cual se induce la corriente (circuito secundario)?

20. ¿Puede Ud. fabricar una bombilla de luz que no se queme? Compare su bombilla con las bombillas de luz comerciales corrientes.

21. ¿Cual es la diferencia entre las luces conectadas con alambre en serie y aquellas conectadas con alambre en paralelo? Mida el voltaje y el amperaje en diferentes puntos del circuito.

22. Se puede utilizar el efecto de calentamiento de una corriente eléctrica para medir la electricidad. Envíe una corriente eléctrica a través de un alambre de hierro frío. Note el cambio en el alambre a medida que se calienta. ¿Corresponde directamente al cambio de la corriente? ¿Son las velocidades de diferentes alambres de metal las mismas?

23. ¿Qué efecto tienen la longitud, material, área del corte transversal, y temperatura en la resistencia del alambre? Organice un experimento utilizando diferentes tipos y clases de alambre. Mantenga constante el voltaje; mida los amperios o cantidad de corriente. Se puede determinar la resistencia a partir del voltaje y amperaje.

24. ¿Tendrá un imán efecto sobre una corriente eléctrica pasando a troves de un alambre? Estire un alambre de tamaño Nr. 24 de aproximadamente 6 pies de longitud entre dos soportes aíslados. Conecte el alambre a una fuente de corriente alterna. Utilice un reóstato para variar la corriente. Acerque el extremo de un imán de barra poderoso al alambre mientras la corriente esté fluyendo.

25. ¿Como afectan los diferentes tipos de suelos la cantidad de agua de derrame que resulta de una tormenta o un aguacero? Esto puede realizarse en la clase colocando distintos tipos de muestras de suelos (aproximadamente 15 Kg.) sobre una tabla, inclinando la tabla y vertiendo agua sobre ella. Mida la cantidad de agua de derrame y cantidad de tierra arrastrada.

26. ¿Cuánto se expande o contrae un cabello cuando se le expone a cambios en la humedad? Ate un peso al extremo de un cabello y asegure el otro extremo a la tapa de un frasco seco; luego añada un poco de humedad para aumentar la humedad. Registre la longitud del cabello.

27. ¿Afecta la grasa o suciedad del cabello el porcentaje de contracción del cabello debido a la humedad? ¿Cómo se compara el cabello con el pelo de otros animales en términos de contracción y expansión debido a la humedad?

28. ¿A qué velocidades se expenden y contraen otros materiales en condiciones de cambio de humedad y temperatura?

29. ¿Existe alguna relación entre la gravedad especifica de un líquido y cl tamaño de una gota del mismo?

30. ¿Cuáles son los tamaños de los poros en una membrana plástica? ¿Qué partículas de disolvente se difundirán a través de la membrana?

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