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Historia F+Q

Enseñando física y química a través de su historia. Un blog colaborativo de los alumnos del Master de Secundaria

Categoría

4º_Bloque 4. El movimiento y las fuerzas

Agnes Pockels, la química física del agua de fregar

Agnes Pockels en su juventud

Agnes Pockels nació en Venecia el 14 de febrero de 1862 y durante toda su vida no tuvo otro empleo que el de ama de casa. Sin embargo, llegó a ser pionera de la física con el descubrimiento del comportamiento general de la tensión superficial.

En un primer momento sus estudios solo eran conocidos por su hermano, ya que gracias a sus libros, Agnes estudiaba en su casa e investigaba mediante la observación del agua con el que fregaba.

El 10 de enero de 1891 Agnes escribió al mejor físico-químico experimental de la época, John William Strut: “Milord: Habiendo tenido conocimiento de las fructíferas investigaciones llevadas a cabo por usted el año pasado sobre las poco conocidas propiedades de las superficies acuosas, he pensado que podría interesarle conocer mis propias observaciones sobre el asunto. Por varias razones no estoy en posición de publicarlas en los periódicos científicos, y por lo tanto he elegido este medio para comunicarle las más importantes de ellas…”

thumbnail image: 150th Birthday of Agnes Pockels
Fenómeno de tensión superficial

La carta de Agnes aparecería publicada en Nature ese mismo año con el título de “Surface Tension” [Nature, vol. 43, pp. 437-439 (1891)]. Con ella, Agnes Pockels había establecido las bases de la investigación cuantitativa de las películas superficiales, un nuevo campo científico que alcanzaría su reconocimiento con la concesión del premio Nobel de química a Irving Langmuir en 1932.

Actividades

Tras la explicación en clase del apartado correspondiente a la tensión superficial, lee el texto anterior y responde a estas actividades:

  1. Observa este vídeo y razona:
    • ¿Cómo se explicaría el fenómeno de tensión superficial?
    • ¿Qué ejemplos podrías dar?
    • ¿Cómo puede variar la tensión superficial?
  2. El extracto anterior es un resumen de un artículo publicado por César Tomé López en 2011 en el blog online Experientia docet, acude al texto completo y haz una lectura activa. Investiga y realiza una síntesis acerca de cómo afecta el detergente a la tensión superficial del agua relacionándolo con las observaciones de Pockels. Expón algún ejemplo que refleje el mecanismo de acción de los detergentes en la vida cotidiana.
  3. Reflexiona acerca del papel de la mujer científica en la sociedad descrita en el artículo. En la próxima clase realizaremos un debate de cómo ha evolucionado (o no) dicho papel.

Objetivos

  1. Comprender el concepto de tensión superficial y su aplicación a las cuestiones propuestas.
  2. Conocer la relación entre la tensión superficial del agua y los detergentes y su aplicación en la vida cotidiana.
  3. Reflexionar acerca de la evolución del papel de las mujeres en la sociedad científica desde el siglo XIX hasta nuestros días.

Criterios de evaluación

  1. Demostrar conocimientos de la teoría perteneciente al apartado de tensión superficial mediante la reflexión y realización de las actividades propuestas.
  2. Dominar el concepto de tensión superficial y su relación con la vida cotidiana y el experimento de Agnes Pockels.
  3. Participar de manera activa en el debate con un lenguaje adecuado y con argumentos claros, concisos y trabajados previamente.

Bibliografía

Laura Suárez Ceballos

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Las leyes del movimiento de ISAAC NEWTON

Lo que sabemos es una gota, lo que no sabemos es un océano. (I.Newton)

Isaac Newton fue un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Fue fundamental en la Revolución científica del siglo XVII.

Las leyes de movimiento delos cuerpos y la ley de gravitación universal fueron dos de sus grandes logros científicos.

Su transcendental libro sobre física, Principia (Newton, I. 1687), contiene información sobre casi todos los conceptos esenciales de la física. Seguir leyendo “Las leyes del movimiento de ISAAC NEWTON”

ARQUÍMIDES Y LA CORONA TRIUNFAL

La historia conocida por Arquímedes, matemático griego, cuenta cómo inventó un método para determinar el volumen de un objeto con una forma irregular. De acuerdo a Vitruvio, arquitecto de la Antigua Roma, una nueva corona con forma de corona triunfal había sido fabricada para Hieron II, tirano gobernador de Siracusa, el cual le pidió a Arquímedes determinar si la corona estaba hecha de oro sólido o si un orfebre deshonesto le había agregado plata. Arquímedes tenía que resolver el problema sin dañar la corona, así que no podía fundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su densidad.

Mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en la tina cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría usarse para determinar el volumen de la corona. Debido a que la compresión del agua sería despreciable, la corona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor si otros metales más baratos y menos densos le hubieran sido añadidos. Entonces, Arquímedes salió corriendo desnudo por las calles, tan emocionado estaba por su descubrimiento para recordar vestirse, gritando “eureka”.

Práctica a realizar: aplicación del Principio de Arquímedes en líquidos

Objetivo

En la siguiente actividad, intentaremos replicar el método creado por este científico para poder determinar de manera experimental el volumen de ciertos cuerpos. Para ello utilizaremos el siguiente material:

  • Una jarra medidora o probeta.
  • Agua.
  • Tres objetos de tamaño similar
  • Una calculadora.

Procedimiento

  1. Vierte un poco de agua en la jarra, asegurándote de que sea suficiente para cubrir el objeto por completo.
  2. Observa el volumen.
  3. Sumerge uno de los objetos en el agua. Ten en cuenta que si el objeto flota tendrás que empujarlo suavemente hacia abajo con el dedo.
  4. Mide el nuevo volumen.
  5. Repite el proceso con los otros dos objetos.
  6. Ahora puedes calcular la densidad de cada objeto: Densidad=Masa/Volumen.

En circunstancias normales, el agua tiene una densidad de 1g/ml, por lo que cualquier objeto con una densidad menor a ésta flotará. Cualquier objeto con una densidad mayor a ésta se hundirá.

Puedes llevar este experimento más allá con otros líquidos, tales como agua salada o aceite vegetal. Esto complicará un poco las cosas, pero también te dará mucho en que pensar.

Criterios de evaluación

Comprensión  del principio establecido por Arquímedes, además de su utilidad en la medición volumétrica de objetos.

Destrezas a la hora de manejar material básico de laboratorio, así como su utilización de forma adecuada.

 

 

 

 

Lucía González Varela

 

Galileo vs Torricelli

Alrededor de 1630, un jardinero construyó una bomba aspirante para los jardines del Gran Duque Ferdinando II de Toscana (1610–1670), en Florencia, Italia, esa bomba pretendía elevar el agua más allá de los 10 metros. Sin embargo, por más que el jardinero se esforzaba en lograr la altura deseada sólo llegaba a 18 brazas, esto es, unos 10,33 metros; el agua dejaba de seguir al émbolo formando vacío, algo inaceptable para los aristotélicos. Cuando el Gran Duque se dirigió al físico, matemático y astrónomo italiano Galileo Galilei (1564–1642) para resolver el problema, éste respondió que “La naturaleza tiene horror al vacío, pero solo hasta cierto límite”. Seguir leyendo “Galileo vs Torricelli”

Los Hemisferios De Magdeburgo

Los hemisferios de Magdeburgo fueron los protagonistas de un espectáculo en 1654, realizado por Otto Von Guericke, frente a la ciudad alemana de Magdeburgo. Este experimento consistió en unir dos hemisferios de cobre formando una esfera; por la que se hizo pasar una soga, através de unas argollas, uniendo a dos grupos de caballos situados a cada lado de la esfera.

Resultado de imagen de los hemisferios de magdeburgo

El espectáculo comenzó cuando ambos grupos de caballos tiraron en sentidos opuestos para separar los dos hemisferios de la esfera. Inicialmente, no consiguen separar la esfera pero tras mucho esfuerzo lo consiguen produciéndose un gran estruendo.

La clave se encuentra en el interior de la esfera, en el que el aire ha sido parcialmente extraído mediante una bomba de vacío, recién creada por Von Guericke. Este efecto se explica mediante el concepto de presión; fuerza que ejerce en cada unidad de área sobre la superficie de un objeto Debido a que prácticamente todo el aire del interior de la esfera había sido evacuado, la presión ejercida por el aire del exterior superaba la presión interior (Pinochet, 2012).

Descripción de las actividades:

Actividad 1.- Se muestra en clase el siguiente video (intervalo 45”-1’15”): https://www.youtube.com/watch?v=N-8UItPqXjI y se propone como debate en clase deducir la razón por la cual los caballos no pueden separar las dos mitades de la esfera. A continuación, se reparte el texto citado en el que se explica el experimento de los hemisferios de Magdeburgo para su lectura.

Actividad 2.- Búsqueda individual de información sobre Otto Van Guericke, la bomba de vacío y la ley que desarrollo Boyle a partir de este experimento. Realizar un trabajo con la biografía resumida de ambos y sus principales descubrimientos científicos.

Actividad 3.- Calcular la fuerza necesaria en unidades del S.I. por parte de los caballos para separar ambas esferas de 0.5 m de diámetro y teniendo en cuenta que, si el aire fue parcialmente evacuado, en el interior hay un 10% de la presión atmosférica.

Actividad 4.- Se representa el experimento con dos hemisferios de Magdeburgo de 10 cm de diámetro con una válvula. Por grupos reducidos, los alumnos van acercándose al profesor a ver la esfera para retirar el vacío mediante una bomba de vacío manual, comprobar que no se pueden separar y medir la presión en el interior mediante un manómetro y la presión atmosférica mediante un barómetro.

Objetivos

  • Conocer la relación entre la bomba de vacío y la ley de los gases ideales.
  • Saber aplicar la fórmula para el cálculo de la fuerza, F=P·S.
  • Visualizar el concepto de vacío mediante el experimento

Criterios de evaluación

  • Describir la relación entre los experimentos de O. Van Guericke y R. Boyle.
  • Calcular la fuerza necesaria en base a la presión y el diámetro; teniendo que calcular el área de la esfera con el radio y usando adecuadamente el cambio de unidades al sistema internacional.
  • Explicar el experimento de los hemisferios de Magdeburgo.

Referencias

JoseAmRod. 2013, noviembre 26. Experimento de los “Hemisferios de Magdeburgo” https://www.youtube.com/watch?v=N-8UItPqXjI

Pinochet, J. (2012). Profísica “Física bien condimentada: Los hemisferios de Magdeburgo”. http://www.profisica.cl/fisica-en-lo-cotidiano/fisica-bien-condimentada/120-los-hemisferios-de-magdeburgo.html

Título de la experiencia: HEMISFERIOS DE MAGDEBURGO https://www.ugr.es/~aulaff1/cont/cosas/catedra/hemisferios.pdf

 

M.A.C.

“Si he visto más lejos ha sido porque me he aupado a hombros de gigantes”

Contexto Histórico

En el s. XVII la física tomaba gran importancia en las universidades e instituciones como la Royal Society de Londres fundada en 1660 y la Academie de Sciences de Paris en 1666. La caída de los cuerpos formaba parte de los análisis de la época, se celebraban debates para aclarar las causas de la pesantez. Hasta la publicación del Principia, en 1687, de Isaac Newton que cambiaría completamente la visión del universo, constituyó una verdadera revolución científica. En aquella época la concepción del universo tal y como se conocía estaba basada en las obras de científicos anteriores, Copérnico con el sistema heliocéntrico, Kepler con el movimiento elíptico de los planetas, Galileo con nueva física y Descartes formuló con claridad el principio de inercia.  Newton reconoce que su gran obra es gracias a los conocimientos previos, en una carta a Robert Hooke (1676) “Si he visto más lejos ha sido porque me he aupado a hombros de gigantes”. Sin exagerar se puede afirmar que la obra de Newton divide la historia de la física en dos periodos.

La obra magna de Newton consta de tres libros fue el tercer libro el que causo mayor impresión, con la ley de gravitación universal y la nueva disciplina: la dinámica.

Actividad practica: ¿Podríamos determinar el valor de la gravedad de forma sencilla?

Sí, solo es necesario un péndulo simple. Basándonos en la segunda ley de Newton donde Fuerza=masa * aceleración. El movimiento del péndulo está dominado por dos fuerzas: la fuerza centrípeta y la fuerza gravitatoria. Ambas fuerzas se igualan en el punto máximo de la oscilación.

 

Nuestro péndulo estará formado por un hilo fino y de gran longitud que sujetará una bola pequeña. Con el dispositivo montado procederemos a la realización del experimento. Consiste en separar la bola metálica de su posición inicial de equilibrio y que se deje oscilar libremente, evitando todo movimiento lateral. Cuando la oscilación sea de amplitud pequeña, se cronometra la duración de 40 oscilaciones completas (una oscilación: ida y vuelta al origen). Y Se repite cuatro veces esta medida sin cambiar la longitud del hilo.

El valor de la gravedad vendrá dado con la siguiente fórmula: T=2*pi*Raiz(l/g)

Donde l es la longitud del hilo y T es el periodo definido como el tiempo cronometrado entre el número de oscilaciones.

Por lo tanto g es: g=4*pi^2*(l/T^2)

Criterios de evaluación

  • Reconocer el papel de las fuerzas como causa de los cambios en la velocidad de los cuerpos y representarlas vectorialmente.
  • Utilizar el principio fundamental de la Dinámica en la resolución de problemas en los que intervienen varias fuerzas.
  • Aplicar las leyes de Newton para la interpretación de fenómenos cotidianos.
  • Valorar la relevancia histórica y científica que la ley de la gravitación universal supuso para la unificación de las mecánicas terrestre y celeste, e interpretar su expresión matemática.

Referencias

ARQUIMEDES Y EL “EUREKA” MÁS FAMOSO DE LA HISTORIA

A este genio de la ciencia, se le pidió averiguar si una corona estaba hecha de oro sólido o se trataba de un engaño. Para mayor complejidad, la corona no podía ser dañada.
Arquímedes se estaba por tomar un baño de tina y, cuando empezó a entrar en ella, se dio cuenta que el líquido se desplazaba y subía. Justamente allí tuvo una epifanía, ya que si sumergía la corona podría saber si estaba hecha de oro sólido, debido que tendría una menor densidad que la falsa y, por ende, desplazaría menos agua.
Ante su descubrimiento, sólo atinó a gritar ¡eureka! y salir corriendo para comunicarlo al mundo. El detalle es que olvidó vestirse antes y corrió desnudo por las calles de Siracusa.

Eureka, es hoy una expresión que se utiliza cuando se tiene un momento en que logramos encontrar la explicación a algo, en griego significa “lo he encontrado” y pasó a ser parte del vocabulario mundial.

Fig. 1: Arquímedes en baño de tina

ACTIVIDAD TEÓRICA

Analiza y responde las siguientes cuestiones:

1. Explica el enunciado del principio de Arquímedes y analiza su fórmula matemática con todas sus variables

2. Pon 3 ejemplos de la vida cotidiana, donde apliquemos el principio de Arquímedes

3. ¿Por qué los barcos no se hunden?

4. Averigua las condiciones que se tienen que dar para que se cumpla este principio

Nota: La parte teórica se realizará individualmente y se podrá utilizar todos los recursos materiales disponibles.

 

ACTIVIDAD PRÁCTICA

Objetivo: Comprobar el principio de Arquímedes mediante grupos de 4

Materiales:
• 3 Vasos de agua
• Huevos
• Sal

Procedimiento:

1. Coger y llenar 3 vasos con agua. Una vez que tenemos los vasos, metemos un huevo en cada vaso.

¿Se hunden o se quedan flotando los huevos? ¿Por qué?

2. Dejar los vasos sin los huevos otra vez, y dejar el primer vaso sin sal, en el segundo vaso echar un poco de sal y el tercer vaso echar mucha sal. Una vez realizado esto, volver a colocar los huevos dentro de los vasos.

¿Qué ocurre? ¿Hay diferencias con respecto al primer experimento? ¿Por qué?

Razonar estas cuestiones aplicando el principio de Arquímedes

 

OBJETIVOS

Los objetivos que se pretenden conseguir son los siguientes:

  • Entender el concepto por medio del método constructivista de el principio de Arquímedes
  • Comprender las leyes matemáticas de dicho principio
  • Trabajar individualmente y en grupo para construir el conocimiento científico

 

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Se evaluarán los siguientes criterios para estas dos actividades:

  • Reconocer el principio de Arquímedes e interpretar su expresión matemática
  • Aplicar el principio de Arquímedes para resolver problemas
  • Relacionar la parte teórica con la parte práctica

 

OBSERVACIONES:

Contextualización: 4 ESO. Bloque IV. El movimiento y las fuerzas
Justificación: Conocer y aplicar las investigaciones físicas en la historia y relacionarlas con el contexto CTS
BIBLIOGRAFIA

• Valenzuela, I. Arquímedes y su famoso Eureka. Recuperado de https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4675/arquimedes-y-su-famoso-eureka

• Salazar Henao, IC. (2016,25 mayo). Experimento sobre el principio de Arquímedes. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=VtqbAJwdLUc

Un lunático lanza dos balas de cañón des de la torre de Pisa

Un científico loco lanzó en la tarde de ayer dos balas de cañón des de lo alto de la torre de Pisa al grito de: “¡Observad cómo bajan las dos al mismo tiempo!”, poniendo en peligro a las personas que abajo se encontraban. Mientras se producía la esperpéntica escena, la gente allí reunida se debatía entre cuál de las dos balas caería antes, llegando incluso a discusiones acaloradas que por poco llegaron a las manos. No obstante, la muchedumbre se dio cuenta de que no existía ningún criterio hasta la fecha que pudiese demostrar científicamente lo que estaba a punto de ocurrir.

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Esta podría ser una noticia publicada en el S. XVII cuando Galileo Galilei (1564-1642) estudiaba el efecto de la gravedad sobre los cuerpos. No obstante, aunque los estudios de este científico sí que son ciertos, parece que el lanzamiento de las balas de cañón des de lo alto de la torre de Pisa se trata más bien de un mito. De hecho, fue otro científico, Giovanni Battista Riccioli (1598-1671), el que realmente realizó dichos experimentos des de la torre de Asinelli, midiendo los tiempos que diferentes cuerpos con diferentes masas tardaban en caer hasta el suelo (Graney, 2012). Así y todo, este tipo de historias sirve para entender de una manera más divertida los contenidos de la física. En concreto, los referentes al movimiento rectilíneo uniformemente acelerado y la gravedad.

ACTIVIDAD

Galileo Galilei quería lanzar dos cuerpos similares exteriormente, pero con masas diferentes para probar que el efecto de la gravedad sobre los cuerpos es independiente de la masa. Haciendo uso de las ecuaciones correspondientes y sabiendo que la altura de la torre es de 55 metros, ayuda a Galileo a calcular la velocidad a la que los cuerpos tocarían el suelo, así como el tiempo que tardarían, suponiendo que solamente dejó caer los cuerpos y no los impulsó. ¿Estaba Galileo en lo cierto?

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Se evaluará la capacidad de los alumnos de plasmar y utilizar las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerando, incluyendo el término de la gravedad. Además, se valorarán los comentarios resultantes en los que se explique por qué la masa no influye en la velocidad y tiempo final una vez los cuerpos han tocado el suelo.

REFERENCIAS

Graney, C. M. (2012). Teaching Galileo? Get to know Riccioli! What a forgotten Italian astronomer can teach students about how science works. The Physics Teacher, 50(1), 18-21.

Los submarinos y el principio de Arquimedes

Un cuerpo sumergido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado.

Este es el principio de Arquímedes, postulado por Arquímedes de Siracusa matemático, astrónomo, filósofo, físico e ingeniero griego del siglo III aC.

Los submarinos son buques capaces de navegar bajo el agua, además de por la superficie del mar. Los submarinos pueden sumergirse porque llenan con agua los espacios interiores, llamados tanques, que tienen destinados para esta función.

Cuando los tanques están llenos de agua, el submarino tiene una densidad mayor que el agua y se hunde cuando se expulsa el agua de los tanques estos se llenan de aire y el submarino flota. Este proceso está basado en el principio de Arquímedes.

ACTIVIDAD

En grupos de 5 alumnos visionarán el siguiente video donde se explica la fabricación de un submarino y seguirán los pasos para construirlo.

 

https://www.youtube.com/watch?v=YxPBI-PhCZA

Posteriormente buscarán más información para explicar el sistema de funcionamiento del submarino y lo expondrán en clase.

 

OBJETIVOS

  1. Entender de forma visual el principio de Arquímedes.
  2. Conocer el concepto de flotación.
  3. Buscar y analizar nueva información.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

  1. Capacidad de trabajo en equipo.
  2. Criterio en la búsqueda de información.
  3. Uso correcto del vocabulario físico-técnico.

REFERENCIAS

SGSG. El Principio de Arquímedes. Recuperado de

http://sgcg.es/articulos/2010/05/20/principio-de-arquimedes/

Blog El Por Qué de las Cosas. Recuperado de

http://porquedelascosas.blogspot.com/2007/11/por-qu-se-sumergen-los-submarinos.html

Neetescuela. El Principio de Arquímedes. De

https://neetescuela.org/el-prinicipio-de-arquimedes/

Researhgate. Figura uploaded by Josep Anton Moreno-Bedmar. De

https://www.researchgate.net/figure/Figura-3-Las-principales-partes-del-submarino-y-un-esquema-donde-se-muestra-como-se_fig1_262337571

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