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domingo, 27 de septiembre de 2020

Movimiento Circular Uniforme

- Su trayectoria es una circunferencia.

- Su velocidad es constante

¿Cómo estudiarías el movimiento de una noria?

a) midiendo el ángulo girado.
b)el arco de circunferencia recorrido en un intervalo de tiempo.




 

        
















   Es más sencillo medir el ángulo girado en un intervalo de tiempo que el arco recorrido (espacio). Se  define la velocidad angular (ω) como la rapidez con que se describe el ángulo (φ) o el ángulo descrito por unidad de tiempo.



Como habrás observado el MCU se describe con magnitudes angulares, no lineales;

1. Ángulo descrito o girado
2. Velocidad angular
3. Aceleración (normal o centrípeta)

En una circunferencia se describe un radián como aquel ángulo cuyo arco es igual al radio.







 *El período se mide en Hz o s-1

   Al ser un movimiento uniforme la velocidad (lineal o tangencial, v) siempre es la misma, pero el vector va cambiando de dirección. Para distinguirla de la aceleración que siempre has estudiado (la aceleración tangencial at) a esta aceleración se le denomina aceleración normal o centrípeta (an o ac).









 FUERZA CENTRÍPETA: La fuerza centrípeta (dirigida hacia el centro) es la causante aceleración centrípeta que sufre un cuerpo en movimiento circular. La resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el móvil es la Fuerza centrípeta, Fc. 




F=m.a (Segunda ley de Newton)   = m. ac
F=Fc

FC = fuerza centrípeta
m
 = masa de la partícula
V = velocidad lineal
R = radio de la circunferencia
T = periodo
f = frecuencia
ω = velocidad angular


Es la misma fuerza que posibilita que un vehículo tome las curvas sin salirse de la carretera:

EJERCICIOS: 

1) Un disco gira a 300 rpm, sobre él hay dos cuerpos, uno que gira a 1 cm del centro del disco y otro a 2 cm, responde:
 a) ¿Cuál gira con más velocidad angular y cual con más velocidad lineal? 
 b) Calcula el período y la frecuencia de este movimiento.

2) Un ejemplo PEvAU:







viernes, 18 de septiembre de 2020

Instrumentos de medida e Incertidumbre en la medida

TEORÍA DE LOS ERRORES

Las medidas de las magnitudes físicas se realizan con instrumentos de medida. Los instrumentos de medida tienen varias cualidades:

a) INTERVALO DE MEDIDA: es el conjunto de valores que un instrumento puede medir. Va desde el valor mínimo al valor máximo.

b) SENSIBILIDAD de un aparato de medida es la respuesta del instrumento de medida a las variaciones de la magnitud que mide. Es decir, es la mínima medida que el aparato puede apreciar en su escala (umbral mínimo). 

Ej: Si tenemos un termómetro que va de 0,5ªC en 0,5ºC y queremos medir la temperatura de un clase, no podemos decir que la temperatura de la clase sea 27,3ºC. Diríamos que es 27,0 ºC  o 27,5ºC. ¿Cómo expresaríamos el resultado de la medida?

27,5 +- 0,5 ºC ,lo cual indica que existe una gran probabilidad de que la medida está entre 27 y 28 grados Celsius.

¿Cuál es el intervalo de medida (la cota inferior y la superior) y la sensibilidad del siguiente termómetro?



Intervalo: desde 35 a 42 ºC.  Sensibilidad: 0,1 ºC

Medir lleva implícito cometer errores, por lo que existe incertidumbre en la medida. Se habla de dos tipos de errores:

a) Errores sistemáticos. Se cometen debido al mal calibrado del aparato de medida o a la persona que efectúa la medida.

b) Errores aleatorios o accidentales. Son debidos al azar, fortuitos e imprevisibles. Por ejemplo, un cambio en otra variable (temperatura). Se minimizan realizando muchas mediciones.


                               EXACTITUD Y PRECISIÓN


  • Precisión: se refiere a como concuerdan entre sí medidas de una misma magnitud.
  • Exactitud: indica lo próximas que están las medidas individuales tomadas al valor real.

Cálculo de error absoluto y error relativo.

  • El error absoluto (Ea) es la diferencia entre el valor medido y el valor real o verdadero, que como no conocemos representamos con la media.
  • El error relativo (Er) es el error cometido entre unidad de lo medido (divido error absoluto y valor estimado -media-). Es adimensional. Por cien nos informa del porcentaje de error.
Expresión correcta de una medida:

Ejemplo: Las masas de sulfato de cobre CuSO4 medidas en el laboratorio con una balanza son:
3,51 g    3,48 g    3,49g   3,52 g    3,48 g

Calcula el error absoluto medio y el relativo medio. 

1º . Debemos elegir un valor que nos represente a esos datos: la media aritmética (valor estimado o esperado) VE = 3, 496 g
redondeo 3,50 g
2º. Completemos la siguiente tabla.

Medida (g)
Error absoluto (g)
|Valor – VE|
Er = Ea/VE

3,51
|3,51- 3,50|= 0,01
Error relativo medio = 0,02/3,5
= 0,0057 (no tiene unidades)

%error = 0,0057*100= 0,57% de error 
3,48
|3,48 – 3,50|=|- 0,02|
3,49
|3,49 – 3,50|= |- 0,01|
3,52
|3,52 – 3,50|= 0,02
3,48
|3,48 – 3,50|=|-0,02|

Media = 0,016 =0,02, gramos

La correcta expresión de la medida sería 3,50 +- 0,02 g

ACTIVIDADES: 



1) Con un cronómetro analógico con sensibilidad de 1 s mides 0,45 minutos. ¿Cuántos segundos son? Expresa la medida con su incertidumbre y calcula su error relativo.



2) Explica la diferencia entre precisión y exactitud.



3) Medimos la masa de dos cuerpos, si un cuerpo tiene de masa 5 kg ± 0,02 kg y otro de 0,09 kg ± 0,0021 kg, determinar en cuál de los dos se produce mayor error.





4) En una carrera de atletismo se obtienen los siguientes resultados en la prueba de 50 metros: 7,85 ; 7,84 ; 7,85 ; 7,85  y 7,86  (segundos).  Calcula el error absoluto, el error relativo medio y expresa la medida de forma correcta.


5) En el siguiente cuadro se muestran los resultados de las mediciones de una longitud dada:
Medición
Medida
cm
1
2
3
4
5
6
7
2,83
2,85
2,87
2,84
2,86
2,84
2,86



Calcula el valor estimado, el error absoluto y el relativo (medios). Expresa la medida resultante de forma correcta.








THEORY OF ERRORS


Measurements of the physical quantities are made with measuring instruments. The measuring instruments have properties:

a) MEASUREMENT INTERVAL from minimum to maximum value. The RANGE is the difference between the minimum value and the maximum value that a device can measure.



b) SENSITIVITY of a measuring device depends on the smallest division of the scale (minimun threshold). So, it is the response of the measuring instrument to the variations of the magnitude which is measuring. 


Example: If we have a thermometer with minimun threshold of 0,5ªC and we want to measure the temperature of a class, we cannot say that the temperature of the class is 27,3ºC. We would say: 27.0ºC or 27.5ºC. How to express the result of the measure?

27.5 +- 0.5 ºC, which indicates that we are sure that the measurement is between 27 and 28 Celsius degrees.




What are the minimum and maximum value, the measurement interval, the range and the sensitivity of the following thermometer?




Interval: from 35 to 42 ºC. Sensitivity: 0,1 ºC

Page 7: 1,2 y 3 (IN FOCUS)

Measurements are accompanied by errors. We can distinguish between two types of errors:




a) Systematic errors which can be due to the equipment and how it is used. For example, they are committed due to poor calibration of the measuring device or to the person who is measuring. They are avoidable.


b) Random or accidental errors which are due to unpredictable causes, so they are unavoidable. For example, a change in one variable (temperature). However, they could be minimized by making many measurements.


ACCURACY AND PRECISION.

In sciences, it is important to distinguish between precision and accuracy. 
ACCURACY: Accuracy indicates how close the individual measurements are to the real value.
PRECISION: Precision refers to how measurements of the same magnitude agree with each other.

See the difference between accurate and precise measurements in the bull’s eye figure below. Scientists want measurements that are both accurate and precise… 





ABSOLUTE AND RELATIVE ERROR CALCULATION.

Absolute error and relative error are two types of experimental error. Before calculating, it is good to understand the difference between them. 





a) Absolute error is a measure of how far 'off' a measurement is from a true value. It is an indication of the uncertainty in a measurement. For example, if you measure the width of a book using a ruler with millimeter marks, the best you can do is measure the width of the book to the nearest millimeter. You measure the book and find it to be 75 mm. You report the absolute error in the measurement as 75 mm +/- 1 mm. The absolute error is 1 mm. Note that absolute error is reported in the same units as the measurement.
Alternatively, you may have a known or calculated value and you want to use absolute error to express how close your measurement is to the ideal value. Here absolute error is expressed as the difference between the expected and actual values.
Absolute Error = /Measured Value - Real Value*/
* Real value is unknown so we calculate the arithmetic average.
For example, if you know a procedure is supposed to yield 1.0 liters of solution and you obtain 0.9 liters of solution, your absolute error is /0.9 - 1.0/ = 0.1 liters.

b) Relative error. Relative error expresses how large the absolute error is compared with the total size of the object you are measuring. Relative error is expressed as a fraction or is multiplied by 100 and expressed as a percent.
Relative Error = Absolute Error / Known Value*
* Known value is the arithmetic average
For example, a driver's speedometer says his car is going 60 kilometre per hour (km/h) when it's actually going 62 km/h. The absolute error of his speedometer is /62  - 60/ = 2 km/h. The relative error of the measurement is 2 km/h / 60 km/h = 0.033 or 3.3%


Example: The CuSO4 copper sulfate masses measured in the laboratory with a balance are: 3.51 g , 3.48 g,  3.49 g,  3.52 g , 3.48 g and 5.25 g. Calculate the absolute error and the relative error which have been comitted in measuring.

(Average absolute and relative errors).
ACTIVITIES:


1) Using an analog chronometer whose sensitivity is 1 s, you  have measured 0.45 minutes. How many seconds are? Express the measurement with its uncertainty and calculate its relative error.
(Average absolute and relative errors).

2) Explain the difference between precision and accuracy.


3) We measure the mass of two bodies:
body 1: 5 kg ± 0.02 kg 
body 2: 0.09 kg ± 0.0021 kg
Determine in which of them a greater error have been committed.

4) The following results have been obtained in an athletics race. Spent time in 50-meter test: 7.85; 7.84; 7.85; 7.85 and 7.86 (seconds). Calculate the average absolute error, the average relative error and express the average representative measurement correctly.

5) The following table shows the results of measuring length (in centimetre):
Trial
Length
Number  
cm
1
2
3
4
5
6
7
2,83
2,85
2,87
2,84
2,86
2,84
2,86
Calculate the absolute error, the relative error and express the average representative measurement properly.

miércoles, 16 de septiembre de 2020

EL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. LA MEDIDA


EL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO.


1. El método científico.
2. El Sistema Internacional. Múltiplos y Submúltiplos.
3. Factores de conversión.







1. EL MÉTODO CIENTÍFICO.


El OBJETO DE LA CIENCIA es el conocimiento del mundo natural: Su composición, estructura, origen y comportamiento. Lo lleva a cabo por un proceso que rige la investigación científica: EL MÉTODO CIENTÍFICO.


Actualmente, conviene añadir una etapa más: la COMUNICACIÓN DE RESULTADOS. Publicaciones (libros, artículos), Mass Media y el poder de las nuevas tecnologías que pongan al alcance de todos y, en especial, de la comunidad científica los nuevos hallazgos.

Para que un conocimiento sea considerado científico:
- Debe ser comprobable
- Estar basado en evidencias surgidas tras la investigación
- Debe ser reproducible.

Cuando una hipótesis ha sido verificada obtenemos una ley empírica y utilizamos el lenguaje matemático para expresarla. Una teoría es un conjunto de leyes.






Seguidamente, tendremos que distinguir entre las ciencias experimentales o empíricas (Física, Química, Biología, Geología, Estadística, Geografía) y las ciencias teóricas (Matemáticas). Luego, entre Física y Química, aunque ambas estudian los cambios en el mundo que no rodean:

FÍSICA (Del latín, physica, "naturaleza"): Se encarga del estudio de la materia y la energía (el movimiento, las radiaciones, ...). Podemos definirla como ciencia que estudia las propiedades de los cuerpos y los factores que modifican su estado sin modificar su naturaleza (cambios físicos). Se puede dividir en diferentes campos:
  • Astronomía (Copérnico, 1547; Galileo)
  • Óptica, Electricidad, Magnetismo (Electromagnetismo - James C. Maxwell)
  • Mecánica: clásica (Isaac Newton, SXVII) y cuántica (Max Planck, SXX). Relatividad (Albert Einstein, SXX).
  • Física atómica. Física nuclear. Física de la partícula (Hedeki Yukawa).


QUÍMICA (Khemeia, del griego, "arte de extraer jugos/zumos"): Se dedica al estudio de las sustancias, su composición, su estructura y las reacciones que hacen que unas sustancias se transformen en otra. (Cambios químicos).
- Origen en la Alquimia (arte de transformar los metales en oro y origen de una primera medicina). 
- Lavoisier se puede considerar el padre de la química moderna. 
- Hoy se divide, a grandes rasgos, en: Química Inorgánica (Química Analítica, Química-Física, ...) y Química Orgánica. Importancia en otras ciencias: Bioquímica, Medicina, Farmacia.

2A. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. 

MAGNITUD: 
Toda propiedad atribuida a un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede ser cuantificada. Por cuantificar o medir entendemos su comparación con otra que se toma de unidad o patrón. Una unidad es una cantidad arbitraria que se define y adopta por convenio para comparar con ella cantidades de la misma especie. El valor de una magnitud física viene dada por el producto de un número por una unidad. Un buen patrón o unidad debe ser constante, universal y fácil de reproducir.

Idea clara: una magnitud es toda propiedad que se puede medir.

TIPOS DE MAGNITUDES:

A) Magnitudes escalares. Toda aquella que queda perfectamente especificada mediante un número y una unidad adecuada. Ej.: el tiempo, la Temperatura, la densidad, la energía, ...
B) Magnitudes vectoriales. En su descripción necesita de un número (módulo) y de una dirección. Utilizan los vectores. Ej.: Vector posición, velocidad, aceleración, fuerza, ...


¿Recuerdas qué era una magnitud fundamental o básica?
¿Y una magnitud derivada?

La XIV Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en 1971 seleccionó como magnitudes fundamentales las que siguen:



Las magnitudes fundamentales son aquellas con las que quedan perfectamente definido el mundo físico y se definen por sí mismas.
A las magnitudes que se obtienen a partir de las fundamentales, se les denominan derivadas (tienen fórmulas que las relacionan)


Idea clara: Medir es comparar con un patrón o unidad. Ej: 5 m, 3 kg, 20 ºC, etc.


2.B. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS.



Título: "El Arroz y Sus Medidas".  Video sobre la importancia del uso de múltiplos y submúltiplos



Sabías que...

Símbolo ångström en Unicode

... El radio atómico se puede expresar en Angstrom, una unidad de longitud que se utiliza para distancias moleculares, distancias atómicas, longitudes de onda, etc.
 1 Â = 10-10 m

... El radio atómico también se puede expresar en picómetros (pm).



... El radio del núcleo atómico es del orden de 10-15 m


... La longitud de onda de la luz se expresa en nanómetros.  Así, decimos que la luz roja tiene una longitud de onda ( λ) de 700 nm



... La nanotecnología es una ciencia multidisciplinar aplicada que trabaja a una escala menor que el micrómetro. Se encarga de controlar y manipular la materia en el rango de nanómetros. En el sector textil, p.ej, se emplea en la creación de tejidos con nanosensores incorporados que ayuden a un control médico de quien lleva la prenda; existen aplicaciones en electrónica y computación como la creación de nanodispositivos para el almacenamiento de información, etc.

3. FACTORES DE CONVERSIÓN.



Ejercicios.  Realiza los siguientes CAMBIOS DE UNIDADES utilizando factores de conversión:

  1. 8,9 kg a dg
    = 8,9. 104 dg
  2. 10 cm2 a m2
    = 10-3 m2
  3. 100 cm3 a dm3
    = 0,1 dm3
  4. 100 km/h a m/s
    = 27,77 m/s
  5. 38 g/cm3 a kg/L
    = 38 kg/L
  6. 0,45 g/cm3 a kg/L
    = 0,45  kg/L
  7. 75 km2 a m2
    = 7,5. 107 m2
  8. 5.10-3 m3 a mL
    = 5.103 mL
  9. 5 kg/L a g/cm3
    = 5 g/cm3
  10. 45 rpm a rad/s
    = 4,71 rad/s

REFUERZA LO APRENDIDO:

Lo que sigue es un material complementario para que el alumnado que tenga dudas, las aclare:

Un buen vídeo para aclarar dudas:

PARTE 1



PARTE 2:




Un truco para saber si lo habéis hecho bien, sería volver hacia atrás (del resultado volver a obtener el número con la unidad de partida).

Ejercicios Resueltos: Para practicar "online": Ejercicios a realizar utilizando factores de conversión y aquí