GUIA 2 FÍSICA 10 TATIANA 3P

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ÁREA DE CIENCIAS NAURALES – FÍSICA GUÍA DE APRENDIZAJE Institución Educativa Distrital Lestonnac

DOCENTE: TATIANA DE ALBA GUTIÉRREZ

GRADO: DECIMO

Estándar: Modela matemática- mente el movimiento de objetos cotidianos a partir de las fuerzas que actúan sobre ellos.

DESEMPEÑOS Cognitivo: Identifica en las transformaciones de energía que se producen en concordancia con la conservación de la energía. Procedimental: Plantea procedimientos apropiados para interpretar la información que le permita analizar resultados y comunicarlos de manera apropiada Actitudinal: Valora la importancia del estudio del trabajo, potencia y energía, en su realidad.

Observa la imagen y escribe en una frase, que te dice. Comparte con tu familia.

El ser humano, desde sus primeros pasos en la Tierra y a través de la historia, siempre ha buscado formas de utilizar la energía para obtener una mejor calidad de vida. Para ello ha hecho uso de diversas formas de energía: fuego (energía química), velas y molinos (energía del viento o eólica), ruedas hidráulicas (energía del agua o hidráulica), carbón (energía química), petróleo (energía química), nuclear (energía nuclear), etc. El ser humano siempre ha buscado formas de obtener energía. Históricamente: - 350.000 a. C.: El ser humano descubre el fuego. Esto le permitió poder calentarse, cocinar los alimentos y alejar a las bestias. - 9.000 a. C.: El ser humano domestica animales para poder comer y para utilizarlos como ayuda en el trabajo. - 3.500 a. C.: El ser humano inventa la rueda. Otra forma de emplear la energía en beneficio propio. - 2.000 a. C.: El ser humano inventa la vela, una forma de aprovechar la energía eólica para navegar. - 50 a. C.: El ser humano inventa la rueda hidráulica y el molino de viento, lo que supone una forma de aprovechar la energía hidráulica del agua y la eólica del viento. - 1.712: Se inventa la máquina de vapor. Esto supone un enorme avance en la Industria y en el transporte. - 1.900-1.973: Entre 1900 y 1917 el consumo de energía aumenta enormemente, siendo el carbón la principal fuente de energía. Entre 1917 y 1973 disminuye el consumo de carbón y aumenta notablemente el de petróleo. El petróleo, además, era fuente de muchas otras sustancias. - 1.973-1.985: Fuerte crisis energética: el petróleo comienza a agotarse y se comienzan a usar otras energías: nuclear, hidroeléctrica, eólica, solar, etc.

http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/EDAD_4eso_trabajo_energia/impresos/quincena6.pdf Ahora responde las siguientes preguntas, a partir de tus conocimientos previos, pregunta a tu familia y anota también sus respuestas - ¿El término trabajo a qué se refiere? ¿Qué situaciones se relacionan con el concepto de trabajo? - Cuando hablamos de potencia de un automóvil, ¿A qué nos estamos refiriendo? - Nombra las fuentes de energía que conozcas.

1. A partir de la lectura de la contextualización, elabora una línea de tiempo que recoja toda la información, se muy creativa. 2. Elabora un esquema sencillo en el que muestres las tres condiciones para que se realice trabajo físicamente hablando y complementa con un dibujo. 3. Escribe tres ejemplos en los que falle alguna de las condiciones anteriores y el trabajo realizado sea cero. 4. ¿Qué significa el término POTENCIA, donde encontramos esta magnitud física y cuál es su aplicación?

5. Consulta acerca de los diferentes tipos de energía que podemos encontrar en la naturaleza, defínelas y construye un esquema con ellas. 6. Elabora un mapa mental que recoja el concepto de energía mecánica, su clasificación, sus ecuaciones, ejemplos.

Conservación de la energía mecánica 7. Lee atentamente y realiza el ejercicio que se propone a continuación, completando la tabla:

Un cuerpo de 1Kg se encuentra inicialmente a una altura de 100m y se deja caer libremente. La energía potencial inicial del cuerpo es 𝑬𝒑 = 𝒎 ∗ 𝒈 ∗ 𝒉 = 1𝐾𝑔 ∗ 9,8𝑚/𝑠2 ∗ 100𝑚 = 980𝐽. Mientras que su energía cinética inicial es cero ya que el cuerpo todavía no ha ganado velocidad. Calcula la energía potencial cuando el cuerpo ha descendido 10m, es decir, se encuentra una altura de 90m y calcula la velocidad y energía cinética que ha ganado en esos 10m de recorrido. Recuerda que 𝒗𝟐 = 𝒗𝟎 𝟐 + 𝟐𝒈𝒚, donde 𝑣 es la velocidad ganada y de recorrido. Repite los cálculos para cada 10m de recorrido y completa la tabla en tu cuaderno. Altura 100m

Energía potencial Ep 980J

Energía cinética Ec 0J

0J

980J

Ep+Ec 980J

90m . . . 10m 0m

980J

a. ¿Qué observaste en el ejercicio anterior? b. ¿Qué sucede con la energía potencial a medida que el cuerpo desciende? c. ¿Con la energía cinética? d. ¿Qué conclusiones puedes sacar del ejercicio, sabiendo que la energía mecánica de un sistema es la suma de la energía cinética y la potencial? En un sistema conservativo la energía mecánica permanece constante y es igual a la suma de la energía cinética y la potencial. 𝐸𝑚𝑖 = 𝐸𝑚𝑓 Un principio general de la naturaleza se conoce como el principio de conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye. En todos los sistemas la energía se transforma o se transfiere con la condición de que la energía total del sistema permanezca constante.

En una presentación de porras dos deportistas, uno de 1,8 m y otro de 1,6 m, deben levantar cada uno a su compañera hasta la altura de su cabeza. Si las dos porristas tienen la misma masa, ¿cuál de los dos deportistas realiza mayor trabajo? Explica tu respuesta.

1. En una construcción se deja caer un ladrillo y un bloque pequeño, que tiene la mitad de la masa del ladrillo. Si el ladrillo cae desde el piso 4 y el bloque desde el piso 8, ¿cuál de los dos puede causar más daño al caer? Explica tu respuesta. 2. Dos automóviles iguales deben recorrer la misma distancia, pero uno viaja por una carretera plana y el otro por un camino que tiene una inclinación de 20° con respecto a la horizontal. ¿En cuál de los dos casos se realiza mayor trabajo? 3. En una casa que se está pintando dos obreros suben cada uno una caneca de pintura, desde el primer piso hasta el segundo. Si uno la sube por las escaleras y el otro por el frente de la casa mediante una polea, ¿realizan los dos el mismo trabajo? ¿Por qué? 4. Una persona se para en uno de los escalones de una escalera eléctrica y permanece allí, mientras la escalera asciende. ¿Realiza trabajo la persona? ¿Por qué? 5. Dos estudiantes en la clase de física tienen una discusión, uno afirma que se realiza más trabajo cuando se elonga un resorte una distancia x y el otro que cuando se comprime esa misma distancia. ¿Cuál de los dos tiene la razón? ¿Por qué? 6. Un panadero lleva horizontalmente una lata con pan de 6 kg de masa y recorre una distancia de 2,5 m. Luego, la ubica en el horno en la parte superior a una altura de 50 cm. ¿Qué trabajo realizó el panadero? 7. Un obrero en una construcción levanta un bulto de cemento de 25 kg desde el suelo hasta una altura de 1,8 m. ¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza de gravedad? 8. Un niño lanza su pelota de 500 g de masa verticalmente hacia arriba. Si alcanza una altura de2,6 m, con respecto al punto donde fue lanzada, ¿cuánto trabajo realiza la fuerza de gravedad sobre la pelota? Un montacargas en un viaje sube 10 cajas de 40 kg cada una, desde el suelo hasta una altura de 3 m. Si emplea 1,5 h en subir 800 cajas, ¿cuál es la potencia desarrollada por el montacargas para subir las 800 cajas? 9. En el desfile de independencia, un padre sube a su hijo de 4 años sobre sus hombros. Si el niño tiene una masa de 18 kg y su padre tarda 3 s en subirlo una altura de 1,6 m, ¿cuánto trabajo realiza el padre sobre el niño? ¿Qué potencia desarrolla el padre? 10. En la estación, un bombero de 68 kg de masa al escuchar la sirena de emergencia, baja por el tubo que tiene 4 m de longitud hasta el piso donde se encuentra el carro de bomberos, empleando 5 segundos. ¿Qué trabajo realiza? ¿Qué potencia desarrolla hasta llegar al suelo? 11. Un profesor de educación física lleva para su clase 15 balones de voleibol de 270 g cada uno, en una bolsa. Si baja del salón de profesores hasta el patio 6 m en 40 s, ¿cuál es el peso de la bolsa con los balones? ¿Qué trabajo realiza el profesor sobre la bolsa? ¿Qué potencia emplea el profesor?

Escribe tu reflexión personal sobre lo aprendido en esta guía temática y su utilidad en tu vida cotidiana.

La autoevaluación es un proceso importante durante nuestra formación, ella nos permite tomar conciencia de cómo ha sido nuestro desempeño durante el aprendizaje en un lapso de tiempo, en este caso durante el desarrollo de esta guía y reconocer las potencialidades y dificultades que hemos tenido en los diferentes aprendizajes. Para ello es importante ser muy honesta, pues estás evaluando por ti misma tu trabajo, tus conocimientos, tu actitud y tu forma de llevarlo a la práctica tanto desde la cotidianidad como a los ejercicios de ejercitación de los diferentes temas estudiados. A continuación, se te presentan algunos aspectos que serán autoevaluados, marca el criterio más apropiado de acuerdo a tu desempeño

CONCEPTO

BAJO (1.0 – 2.9)

BÁSICO (3.0 – 3.9)

ALTO (4.0 – 4.5)

SUPERIOR (4.6 – 5.0)

Puntualidad y participación en las actividades

Autonomía

Valoración de lo aprendido

No me reporté durante el desarrollo de las actividades Las actividades propuestas no fueron desarrolladas en su totalidad y por lo tanto se postergaron más de lo previsto Las temáticas desarrolladas me fueron indiferentes y desarrolle lo que me correspondía

Me reporté después de iniciada la clase y participé ocasionalmente durante el desarrollo de las actividades

Me reporté a tiempo o presenté excusa al reportarme y participé en algunas ocasiones durante el desarrollo de las actividades

Me reporté a tiempo y participé activamente durante el desarrollo de las actividades

Desarrollé las actividades solo en los tiempos dispuestos para las clases y tomé más del tiempo estipulado para su entrega.

Desarrollé mis actividades de manera autónoma y responsable, culminando en el tiempo estipulado

Desarrollé mis actividades de manera autónoma y responsable, culminando en el tiempo estipulado

Las temáticas desarrolladas me sirvieron para aprender nuevos conceptos.

Las temáticas desarrolladas me fueron importantes y valoro de ellas la aplicación en el entorno

Las temáticas desarrolladas me fueron de gran importancia y valoro de ellas la amplia aplicación en el entorno

Investiguemos 10. Editorial voluntad. Hipertexto 10. Física. Editorial Santillana http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/EDAD_4eso_trabajo_energia/impresos/quincena6.pdf https://concepto.de/energia-mecanica/#ixzz5xI0f7VEh https://www.fisicalab.com/ http://ciencianet.com/index.html

ANEXO El término trabajo es muy usual en la vida cotidiana, por ejemplo, cuando nos referimos a los trabajos que realizamos para nuestro desempeño académico. Sin embargo, el término trabajo tiene una connotación distinta cuando se utiliza con el significado técnico que se le atribuye en Física.

Definición de trabajo El trabajo 𝑊 realizado por una fuerza 𝐹, aplicada sobre un cuerpo es igual al producto de la componente de dicha fuerza en la dirección del desplazamiento, por la magnitud del desplazamiento ∆𝑥. Trabajo = componente de la fuerza * Desplazamiento. W = Fcosθ ∗ ∆x Cuando el cuerpo se desplaza en la misma dirección de la fuerza entonces 𝑊 = 𝐹 ∗ ∆𝑥 Para que se realice trabajo, son necesarias tres cosas: 1. Debe haber una fuerza aplicada 2. La fuerza debe actuar a lo largo de cierta distancia, llamada desplazamiento. 3. La fuerza debe tener una componente a lo largo del desplazamiento Las unidades de trabajo son Julio (Sistema Internacional) 1Julio = 1Newton*metro 1J = 1N*m En el sistema cegesimal ergio: 1 ergio = 1 dina * centímetro 1e = 1d*cm Además 1J = 107 erg Cuando la fuerza y el desplazamiento perpendiculares, físicamente no se realiza trabajo.

son

es 0,1. Determinar el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento.

Sobre el objeto actúan el peso del objeto, la fuerza normal y la fuerza de rozamiento. La fuerza normal es igual a 200 N, puesto que en este caso esta es igual al peso del cuerpo. Datos: 𝜇 = 0,1

𝑁 = 200𝑁.

∆𝑥 = 1,5𝑚

La fuerza de rozamiento se calcula mediante la expresión: 𝑓 = 𝜇𝑁 por lo tanto: 𝑓 = (0,1)(200𝑁) = 20𝑁 A partir de la definición de trabajo, tenemos: 𝑊 = 𝐹𝑐𝑜𝑠𝜃 ∗ ∆𝑥 𝑊 = 20𝑁𝑐𝑜𝑠180º ∗ 1,5𝑚 𝑊 = 20𝑁(−1) ∗ 1,5𝑚 𝑊 = −30J El signo menos significa que la fuerza de rozamiento de ejerce en sentido contrario al desplazamiento. Cuando sobre un cuerpo se ejerce más de una fuerza, es posible determinar el trabajo realizado por cada una de ellas y también el trabajo realizado por la fuerza neta. De esta manera, se denomina trabajo neto a la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Para todo objeto, se cumple que el trabajo realizado por la fuerza neta es igual al trabajo neto, es decir, que si sobre un objeto actúan las fuerzas F1, F2 y F3 y la fuerza neta es 𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 , el trabajo realizado por la fuerza neta es: 𝑊𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝑊𝐹1 + 𝑊𝐹2 + 𝑊𝐹3

Ejemplo: Un objeto cuyo peso es 200 N, se desplaza 1,5 m sobre una superficie horizontal hasta detenerse. El coeficiente de rozamiento entre la superficie y el bloque

Definición de potencia La potencia se define como la rapidez con la que se efectúa un trabajo.

Una cantidad dada de trabajo efectuado en un intervalo largo de tiempo le corresponde una potencia muy baja, mientras que, si la misma cantidad de trabajo se efectúa en un corto tiempo, la potencia desarrollada es considerable. La potencia se define operacionalmente como la razón entre el trabajo realizado y el tiempo empleado en realizarlo: 𝑊 𝑃= 𝑡 En el sistema internacional (SI) la potencia se mide en Vatios, en honor a James Watt, quien desarrollo la máquina de vapor antecesora de las grandes máquinas de la actualidad. 1 𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜 =

1 𝐽𝑢𝑙𝑖𝑜 1 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜

1𝑤 =

El valor de la potencia que desarrollan algunas máquinas es del orden de los cientos de miles de vatios, por esta razón, es usual expresar la potencia en otras unidades como: El caballo de potencia (HP): 1 HP = 746 W El kilovatio (kW): 1 kW = 1.000 W Ejemplo: La grúa utilizada en una construcción eleva con velocidad constante una carga de 200 kg, desde el suelo hasta una altura de 10 m, en 30 segundos. Determinar: a. El trabajo realizado sobre la carga. b. La potencia desarrollada por la grúa. Solución: a. Puesto que la grúa sube la carga con velocidad constante, la fuerza aplicada sobre ella debe ser igual a: 𝑚 ∗ 𝑔 = 200 𝑘𝑔 ∗ 9,8 𝑚/𝑠 = 1.960 𝑁. Por lo cual, el trabajo realizado sobre la carga es: 𝑊 = 𝐹 ∆𝑥 ∗ 𝑐𝑜𝑠 0° = 1.960 𝑁 ∗ 10 𝑚 = 19.600 𝐽

1𝐽 1𝑠

Un vatio es entonces la potencia que desarrolla una máquina que realiza un trabajo de un julio en un segundo.

b. La potencia desarrollada por la grúa es: 𝑃 = 𝑊/𝑡 𝑃 = (19.600 𝐽)/30𝑠 𝑃 = 653𝑊

Definición de Energía Mecánica La Energía mecánica es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial (gravitatoria y elástica) La energía mecánica se mide en las mismas unidades de Trabajo (Jules y Ergios), ya que entre estas dos magnitudes existe una relación: 𝑊 = 𝐸𝑓 − 𝐸0

Energía Cinética

Energía Potencial Gravitatoria

Energía Potencial Elástica

- Energía cinética. Aquella que se deriva del movimiento de los objetos o sistemas, y que tiene que ver con su velocidad y su desplazamiento. Por ejemplo, una bola en movimiento. La ecuación para calcular la energía cinética es: 𝑚𝑣 2 𝐸𝑐 = 2 - Energía potencial. Aquella que tiene que ver con la posición o la forma de los objetos o sistemas, de los que depende una capacidad de trabajo, y que puede a su vez ser de dos tipos:  Energía potencial gravitatoria. Aquella que se debe a la acción de la gravedad sobre los cuerpos, como es el caso de un objeto que cae de una altura. 𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ  Energía potencial elástica. Tiene que ver con la constitución y forma del material del objeto, que tiende a recuperar su forma original luego de haber sido sometido a fuerzas que lo deformen, como es el caso de un resorte de metal. 𝑘𝑥 2 𝐸𝑝 = 2 Fuente: https://concepto.de/energia-mecanica/#ixzz5xI0f7VEh