miércoles, 29 de mayo de 2024

Publicación nueva actividad (A2) Pruebas Acceso Universidad extraordinaria julio 2023 UD1, Interacción gravitatoria, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad en formatos PDF y MP4 de la unidad 1, Interacción gravitatoria, de la materia de Física de 2º de bachillerato.

Esta actividad corresponde a un ejercicio (A2) propuesto en el examen de la convocatoria extraordinaria de las Pruebas de Acceso a la Universidad del distrito único andaluz llevadas a cabo en julio de 2023, Examen Física PPAU extraordinaria julio 2023.


En la actividad se tratan conceptos relacionados con la energía potencial gravitatoria entre dos masas puntuales (a), así como con la intensidad de campo y el potencial gravitatorios debido a dos masas puntuales, y el trabajo que realizan las fuerzas del campo cuando se traslada otra tercera masa puntual dentro del campo generado por las otras dos (b).

El campo gravitatorio es la región del espacio cuyas propiedades están perturbadas por la presencia de partículas con masa y cuyos puntos presentan un único valor de la fuerza gravitatoria en cada punto (y en cada instante).
Intensidad de campo gravitatorio. En un punto es la fuerza que se ejercería sobre la unidad de masa (testigo) supuesta situada en dicho punto.
Intensidad de campo gravitatorio debido a un conjunto de masas puntuales.
 Principio de superposición. El campo gravitatorio en un punto P debido a n masas puntuales, m1, m2, m3, ..., mn, será la suma de los campos debidos a cada una de esas masas por separados como si no estuviesen las demás.
Concepto de fuerzas conservativas: un campo de fuerzas es conservativo si el trabajo que realizan dichas fuerzas entre dos puntos A y B no depende de la trayectoria seguida, sino sólo de los puntos A y B (inicial y final).
La energía potencial gravitatoria en el punto P es el trabajo que realizan las fuerzas del campo cuando una masa se desplaza desde el punto hasta el infinito.
Potencial gravitatorio. En un punto P es la energía potencial gravitatoria de la unidad de masa supuesta situada en dicho punto.
El potencial gravitatorio en un punto se puede definir también como el trabajo que realizan las fuerzas gravitatorias cuando la unidad de masa se desplaza desde dicho punto hasta el infinito.
Potencial gravitatorio de una distribución de masas puntuales. El potencial gravitatorio en un punto P debido a varias masas puntuales (n en general) se calcula mediante el principio de superposición (suma de los potenciales debidos a cada masa por sí sola sin considerar la presencia de las demás).

Publicación nueva actividad (70) Dinámica II, UD9, Dinámica del movimiento circular, Física y Química 1º de bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (70) de la unidad 8, "Dinámica", parte II, "Dinámica del movimiento circular", de la materia de Física y Química de 1º de bachillerato, formatos PDF y MP4. Esta actividad junto a otras se puede ver en el manual correspondiente.

Esta actividad trata de la dinámica del movimiento circular y de la fuerza centrípeta, así como de la fuerza tensión.


 

* En el estudio del movimiento circular uniforme, hemos visto que la velocidad del móvil no cambia de módulo pero cambia constantemente de dirección. El móvil tiene una aceleración que está dirigida hacia el centro de la trayectoria, denominada aceleración normal y cuyo módulo es a_n = v^2/R.
* La segunda ley de Newton afirma, que la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo que describe un movimiento circular uniforme es igual al producto de la masa por la aceleración normal:
∑F = m · a_n → R = m · a_n = m · v^2/R
Desde el punto de vista de un observador inercial, el móvil describe un movimiento circular uniforme. El móvil cambia constantemente la dirección de la velocidad, aunque su módulo permanece constante. La fuerza necesaria para producir la aceleración normal es (fuerza centrípeta):
F = m · a_n = m · v^2/R = m · ω^2 · R
Desde el punto de vista del observador no inercial situado en el móvil, éste está en equilibrio bajo la acción de dos fuerzas. La fuerza de interacción correspondiente y una fuerza de inercia que se denomina fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga es el producto de la masa por la aceleración centrífuga
F_centrífuga = F_c = - m · a_c → F_c = - m · a_c = - m · ω^2 · R
La fuerza centrífuga, no describe ninguna interacción entre cuerpos, como la tensión de una cuerda, el peso, la fuerza de rozamiento, etc. La fuerza centrífuga surge al analizar el movimiento de un cuerpo desde un sistema de referencia no inercial (acelerado) que describe un movimiento circular uniforme.

viernes, 24 de mayo de 2024

Publicación dos nuevas actividades (D2 selectividad ord junio 2022 y D2 selectividad extra julio 2022) UD5, Física del siglo XX, parte II, Interacción nuclear, Física 2º bachillerato

Se han publicado en la página correspondiente dos nuevas actividades (D2 selectividad ord junio 2022 y D2 selectividad extra julio 2022) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Estas actividades se puede ver en los siguientes archivos

Selectividad ordinaria junio 2022

Selectividad extraordinaria julio 2022

Los ejercicios están relacionados con la estabilidad nuclear, las reacciones nucleares, la energía de reacción, la fusión nuclear y la fisión nuclear.



Defecto de masa: diferencia entre la suma de las masas de todos los nucleones y la masa del núcleo. También es la diferencia entre las masas de todos los constituyentes del átomo (protones, neutrones y electrones) y la masa del átomo.
Energía de enlace nuclear: es la energía que se libera en la formación del núcleo a partir de los nucleones (también se puede definir como la energía necesaria para descomponer el núcleo en los nucleones).
Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Concepto de fisión nuclear. Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se escinde (divide) en dos núcleos más ligeros y de masa parecidas (además de varios neutrones).
Se explica mediante la gráfica energía de enlace por nucleón frente al número másico, En-A: los núcleos ligeros tienen mayor energía de enlace por nucleón que el núcleo pesado.
Rasgos fundamentales.
Reacción muy energética (exoenergética, Q mayor que 0): Q aprox 200 MeV/reacción.
Importante fuente de energía (el consumo mundial de energía de 1995 se habría cubierto con 4000 toneladas de uranio).
Efecto multiplicador por la emisión de neutrones que pueden producir nuevas fisiones: reacción en cadena.
Los neutrones lentos (térmicos, Ec entre 1 y 40 eV) tiene mayor probabilidad de producir fisiones.
La reacción en cadena (autosostenida) se producirá si los neutrones no escapan sin producir fisiones: masa crítica: es la mínima masa necesaria para que se produzca la reacción en cadena. Si la masa es menor que la masa crítica no habrá reacción en cadena.
La reacción en cadena se puede controlar: reactores nucleares de fisión.
Los núclidos fisionables más importantes son: U-235 y Pu-239 (también lo son U-233(artificial) y el Pu-241). Este último, Pu-239, se pude obtener a partir del U-238.
Concepto de fusión nuclear. Reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para dar un núcleo más pesado (además de partículas y/o radiación gamma).
 Se explica con la gráfica de estabilidad nuclear (En-A): el núcleo más pesado tiene mayor En que los dos núcleos ligeros.

miércoles, 22 de mayo de 2024

Publicación dos nuevas actividades (2 examen y 26) UD5, Física del siglo XX, parte II, Interacción nuclear, Física 2º bachillerato

Se han publicado en la página correspondiente dos nuevas actividades (2 examen y 26) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Tanto esta como otras actividades se puede ver en el manual correspondiente.

El ejercicio está relacionado con las reacciones nucleares, la energía de reacción y la fisión nuclear.



Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Concepto de fisión nuclear. Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se escinde (divide) en dos núcleos más ligeros y de masa parecidas (además de varios neutrones).
Se explica mediante la gráfica energía de enlace por nucleón frente al número másico, En-A: los núcleos ligeros tienen mayor energía de enlace por nucleón que el núcleo pesado.
Rasgos fundamentales.
Reacción muy energética (exoenergética, Q mayor que 0): Q aprox 200 MeV/reacción.
Importante fuente de energía (el consumo mundial de energía de 1995 se habría cubierto con 4000 toneladas de uranio).
Efecto multiplicador por la emisión de neutrones que pueden producir nuevas fisiones: reacción en cadena.
Los neutrones lentos (térmicos, Ec entre 1 y 40 eV) tiene mayor probabilidad de producir fisiones.
La reacción en cadena (autosostenida) se producirá si los neutrones no escapan sin producir fisiones: masa crítica: es la mínima masa necesaria para que se produzca la reacción en cadena. Si la masa es menor que la masa crítica no habrá reacción en cadena.
La reacción en cadena se puede controlar: reactores nucleares de fisión.
Los núclidos fisionables más importantes son: U-235 y Pu-239 (también lo son U-233(artificial) y el Pu-241). Este último, Pu-239, se pude obtener a partir del U-238
Reactores nucleares de fisión. Dispositivo en el que se producen reacciones de fisión de forma controlada (reacciones en cadena de forma autosostenida).
Constituyentes principales:
 Combustible. Es el material fisionable: U-235 y Pu-239 (a partir del U-238).
 El U-235 suele ser enriquecido al 1,5 , 2, 3 o 4% (en la naturaleza es del 0,7%): en forma UF6, UO2.
 Moderador. Frena los neutrones “rápidos” procedentes de las fisiones. Suele ser un material ligero no absorbente de neutrones: hidrógeno (agua), deuterio (agua “pesada”), carbono (grafito).
 Sistema de control. Se encarga de regular el número de reacciones y la producción de energía. Suelen ser barras de material absorbente de neutrones: cadmio, boro, gadolinio.
 Refrigerante. Se encarga de extraer el calor del reactor. Suelen ser sustancias de alto calor específico: agua, dióxido de carbono, vapor de sodio.
 El calor extraído convierte en vapor al agua que se encuentra en otro circuito: este vapor mueve una turbina conectada a un alternador en el que se produce la energía eléctrica.
 Sistemas de protección, seguridad y blindaje. Se encargan de hacer que las reacciones de fisión de produzcan con la mayor seguridad posible para su entorno.

viernes, 17 de mayo de 2024

Publicación nueva actividad (25) UD5, Física del siglo XX, parte II, Interacción nuclear, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (25) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Tanto esta como otras actividades se puede ver en el manual correspondiente.

El ejercicio está relacionado con las reacciones nucleares, el defecto de masa de una reacción y la energía de reacción.

 


Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
En 1919 Rutherford realiza la primera transformación nuclear (reacción nuclear) artificial: bombardea N-14 (blanco) con partículas alfa (proyectil) obteniendo O-17 y emitiéndose un protón.
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Tipos de reacciones:
Exoenergéticas: son aquellas en las que la energía de reacción es positiva (también lo es, por tanto, el defecto de masa), es decir, la energía de los productos es inferior a la energía de los reactivos.
Endoenergéticas: son aquellas en las que la energía de reacción es negativa (Δm también), es decir, la energía de los productos es superior a la energía de los reactivos.
Esto quiere decir que requieren de una energía mínima (|Q|) para que se produzca.
Esta energía deberá proceder de la energía cinética del proyectil.

Publicación nueva actividad (41) Dinámica II, UD9, Dinámica del movimiento circular, Física y Química 1º de bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (41) de la unidad 8, "Dinámica", parte II, "Dinámica del movimiento circular", de la materia de Física y Química de 1º de bachillerato, formatos PDF y MP4. Esta actividad junto a otras se puede ver en el manual correspondiente.

Esta actividad trata de la dinámica del movimiento circular y de la fuerza centrípeta. 



* En el estudio del movimiento circular uniforme, hemos visto que la velocidad del móvil no cambia de módulo pero cambia constantemente de dirección. El móvil tiene una aceleración que está dirigida hacia el centro de la trayectoria, denominada aceleración normal y cuyo módulo es a_n = v^2/R.
* La segunda ley de Newton afirma, que la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo que describe un movimiento circular uniforme es igual al producto de la masa por la aceleración normal:
∑F = m · a_n → R = m · a_n = m · v^2/R
Desde el punto de vista de un observador inercial, el móvil describe un movimiento circular uniforme. El móvil cambia constantemente la dirección de la velocidad, aunque su módulo permanece constante. La fuerza necesaria para producir la aceleración normal es (fuerza centrípeta):
F = m · a_n = m · v^2/R = m · ω^2 · R
Desde el punto de vista del observador no inercial situado en el móvil, éste está en equilibrio bajo la acción de dos fuerzas. La fuerza de interacción correspondiente y una fuerza de inercia que se denomina fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga es el producto de la masa por la aceleración centrífuga
F_centrífuga = F_c = - m · a_c → F_c = - m · a_c = - m · ω^2 · R
La fuerza centrífuga, no describe ninguna interacción entre cuerpos, como la tensión de una cuerda, el peso, la fuerza de rozamiento, etc. La fuerza centrífuga surge al analizar el movimiento de un cuerpo desde un sistema de referencia no inercial (acelerado) que describe un movimiento circular uniforme.

lunes, 13 de mayo de 2024

Publicación nueva actividad (1 examen) UD5, Física del siglo XX, parte II, Interacción nuclear, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (1 examen) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Tanto esta como otras actividades se puede ver en el manual correspondiente.

El ejercicio está relacionado con la radiactividad, la ley de la desintegración radiactiva, el periodo de semidesintegración y la actividad radiactiva, así como con las aplicaciones médicas de los radioisótopos.


En el apartado a) se define qué es la radiactividad y qué tipos hay, así como se pide alguna de sus utilidades en medicina.
En el apartado b) se solicita el tiempo que debe transcurrir para que se reduzca a la quinta parte la cantidad de una muestra de radio 226, la expresión de la ecuación de la desintegración alfa, así como la actividad de una masa de 200 mg del citado núclido, radioisótopo, del radio.
En el minuto 3:41 se explican más detenidamente las aplicaciones médicas de la radiactividad.
En el minuto 13:35 se puede ver una simulación de Walter Fendt, https://www.walter-fendt.de/html5/phes/lawdecay_es.htm, en la que se observa la desintegración de 1000 núcleos de una sustancia radiactiva. Se puede comprobar la aleatoriedad del proceso de desintegración y la reducción exponencial del número de núcleos presentes Incluyendo una representación de dicho número frente al tiempo): cada periodo de semidesintegración se reduce el número a al mitad.
Concepto de radiactividad: propiedad que presentan ciertos núcleos de transformarse (modificar su constitución) en otros por emisión de radiación.
 Natural: espontánea (se encuentra en la naturaleza).
 Artificial: forzada por el ser humano (no se encuentra en la naturaleza).
Rutherford distingue tres tipos o componentes de la radiación:
Radiación alfa (α): tiene carga + y masa elevada; son núcleos de helio-4 que se emiten a 16000 km·s-1.
Radiación beta (β): tiene carga – y masa muy pequeña; son electrones (radiación β-) que se emiten a 260000 km·s-1 (también existe la radiación β+ constituida por positrones, antipartícula del electrón).
Radiación gamma (γ): es una radiación electromagnética.
Salvo pocas excepciones, en cada desintegración o sólo se emite radiación alfa, o sólo se emite radiación beta acompañada en ocasiones por radiación gamma.
Desintegración o decaimiento radiactivo. Es un proceso aleatorio o al azar (espontáneo y sin influencia externa). Por tanto, las leyes que lo describen y explican son leyes estadísticas, no causales.
Ley de la desintegración radiactiva: el número de núcleos presentes en una muestra radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo.
Período de semidesintegración (semivida): es el tiempo necesario para que el número de núcleos presentes se reduzca a la mitad (T o también T½).
Vida media. Es el tiempo medio necesario para que se produzca una desintegración. También se puede definir como el tiempo necesario para que el número de núcleos presentes se reduzca “e” veces, No/e (e = 2,718...). Otra forma de definirlo es el tiempo de “vida” promedio de los núcleos presentes.
Actividad radiactiva. Es el número de desintegraciones (núcleos que se desintegran) en la unidad de tiempo (A).
Unidades. En el S.I.: becquerel, Bq; 1 Bq = 1 desintegración·s-1 = 1 s-1.
 Curio (curie), Ci. Un curio es la actividad de un gramo de radio-226; 1 Ci = 3,67 · 10^10 Bq.
 Rutherford, Rd; 1 Rd = 1 MBq = 10^6 Bq.
Leyes del desplazamiento radiactivo. Establecidas en 1913 por el físico y químico británico Frederick Soddy (también las elabora entre otros el físico-químico polaco, nacionalizado estadounidense, Kasimir Fajans, 1887-1975):
En la emisión alfa un núcleo pasa de A y Z a A – 4 y Z – . Esto quiere decir que se desplaza dos lugares hacia la izquierda en la tabla periódica.
En la emisión beta un núcleo pasa de A y Z a A y Z+1. Esto quiere decir que se desplaza un lugar hacia la derecha en la tabla periódica.
En la emisión gamma los núcleos no alteran ni A ni Z. Esto quiere decir que no se desplazan en la tabla periódica (sigue siendo el mismo elemento).
La radiactividad posee diferentes aplicaciones, en general, médicas, en particular. Por ejemplo:
Diagnóstico. Uso de trazadores para monitorizar el funcionamiento del organismo:
yodo 131 (el volumen sanguíneo, el débito cardiaco, el volumen del plasma, la actividad hepática, el metabolismo de las grasas, la metástasis de tiroides, los tumores cerebrales y la forma y actividad de la glándula tiroides);
Cromo 51 (volumen total de eritrocitos );
fósforo 33 (autorradiografías);
Arsénico 34 (localización de tumores cerebrales); Cobalto 60 (anemia perniciosa); hierro 59 (formación, vida y volumen de glóbulos rojos); sodio 24 (flujo sanguíneo); Tecnecio 99 (diagnóstico de tumores); tritio (hidrógeno 3) (cantidad total de agua en el organismo).
Radioterapia. Destrucción de células cancerosas utilizando las emisiones radiactivas o las partículas aceleradas: isótopos; aceleradores (partículas cargadas: protones, electrones, iones pesados).
Concepto de radiactividad: propiedad que presentan ciertos núcleos de transformarse (modificar su constitución) en otros por emisión de radiación.
 Natural: espontánea (se encuentra en la naturaleza).
 Artificial: forzada por el ser humano (no se encuentra en la naturaleza).
Rutherford distingue tres tipos o componentes de la radiación:
Radiación alfa (α): tiene carga + y masa elevada; son núcleos de helio-4 que se emiten a 16000 km·s-1.
Radiación beta (β): tiene carga – y masa muy pequeña; son electrones (radiación β-) que se emiten a 260000 km·s-1 (también existe la radiación β+ constituida por positrones, antipartícula del electrón).
Radiación gamma (γ): es una radiación electromagnética.
Salvo pocas excepciones, en cada desintegración o sólo se emite radiación alfa, o sólo se emite radiación beta acompañada en ocasiones por radiación gamma.
Desintegración o decaimiento radiactivo. Es un proceso aleatorio o al azar (espontáneo y sin influencia externa). Por tanto, las leyes que lo describen y explican son leyes estadísticas, no causales.
Ley de la desintegración radiactiva: el número de núcleos presentes en una muestra radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo.
Período de semidesintegración (semivida): es el tiempo necesario para que el número de núcleos presentes se reduzca a la mitad (T o también T½).
Vida media. Es el tiempo medio necesario para que se produzca una desintegración. También se puede definir como el tiempo necesario para que el número de núcleos presentes se reduzca “e” veces, No/e (e = 2,718...). Otra forma de definirlo es el tiempo de “vida” promedio de los núcleos presentes.
Actividad radiactiva. Es el número de desintegraciones (núcleos que se desintegran) en la unidad de tiempo (A).
Unidades. En el S.I.: becquerel, Bq; 1 Bq = 1 desintegración·s-1 = 1 s-1.
 Curio (curie), Ci. Un curio es la actividad de un gramo de radio-226; 1 Ci = 3,67 · 10^10 Bq.
 Rutherford, Rd; 1 Rd = 1 MBq = 10^6 Bq.
Leyes del desplazamiento radiactivo. Establecidas en 1913 por el físico y químico británico Frederick Soddy (también las elabora entre otros el físico-químico polaco, nacionalizado estadounidense, Kasimir Fajans, 1887-1975):
En la emisión alfa un núcleo pasa de A y Z a A – 4 y Z – . Esto quiere decir que se desplaza dos lugares hacia la izquierda en la tabla periódica.
En la emisión beta un núcleo pasa de A y Z a A y Z+1. Esto quiere decir que se desplaza un lugar hacia la derecha en la tabla periódica.
En la emisión gamma los núcleos no alteran ni A ni Z. Esto quiere decir que no se desplazan en la tabla periódica (sigue siendo el mismo elemento).
La radiactividad posee diferentes aplicaciones, en general, médicas, en particular. Por ejemplo:
Diagnóstico. Uso de trazadores para monitorizar el funcionamiento del organismo:
yodo 131 (el volumen sanguíneo, el débito cardiaco, el volumen del plasma, la actividad hepática, el metabolismo de las grasas, la metástasis de tiroides, los tumores cerebrales y la forma y actividad de la glándula tiroides);
Cromo 51 (volumen total de eritrocitos );
fósforo 33 (autorradiografías);
Arsénico 34 (localización de tumores cerebrales); Cobalto 60 (anemia perniciosa); hierro 59 (formación, vida y volumen de glóbulos rojos); sodio 24 (flujo sanguíneo); Tecnecio 99 (diagnóstico de tumores); tritio (hidrógeno 3) (cantidad total de agua en el organismo).
Radioterapia. Destrucción de células cancerosas utilizando las emisiones radiactivas o las partículas aceleradas: isótopos; aceleradores (partículas cargadas: protones, electrones, iones pesados).

Publicación nueva actividad (34) Dinámica I, UD8, Principios de la dinámica, Física y Química 1º de bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (34) de la unidad 8, "Dinámica", parte I, "Principios de la dinámica", de la materia de Física y Química de 1º de bachillerato, formatos PDF y MP4. Esta actividad junto a otras se puede ver en el manual correspondiente.

Esta actividad trata de los sistemas de referencia inerciales y no inerciales, así como de la tensión de un hilo que tira de un cuerpo acelerado.


* Concepto de sistemas no inerciales: sistemas en los que no son válidos los principios de la dinámica clásica.
Son sistemas que están acelerados respecto a otros (no se encuentran ni en reposo ni se mueven con MRU respecto a otros).
Fuerzas de inercia: pseudofuerzas (no existen en realidad porque no son ejercidas por ningún cuerpo) que se deben introducir en los sistemas no inerciales para que se puedan seguir aplicando los principios de la dinámica clásica.
Matemáticamente:
F_i = - m · a
a es la aceleración con la que se mueve el sistema no inercial.
En movimientos circulares se suele denominar fuerza centrífuga:
F_i = F_centrífuga = - m · a_c
* Validez de la dinámica clásica:
• Para sistemas inerciales (reposo o MRU).
• Para velocidades “pequeñas” comparadas con la velocidad de la luz en el vacío (c = 3,0 · 10^8 m·s-1): v menor que c/10.


jueves, 9 de mayo de 2024

Publicación nueva actividad (30) UD5, Física del siglo XX, parte II, Interacción nuclear, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (30) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato.

La actividad está relacionada con la radiactividad, la ley de la desintegración radiactiva, el periodo de semidesintegración y la actividad radiactiva.


Nuevo vídeo correspondiente a la Interacción nuclear, unidad 5, Física del siglo XX, segunda parte, de la materia de Física de 2º de bachillerato.
Continuamos la unidad con el segundo de los tres tópicos fundamentales que se tratan en ella, la radiactividad. En este vídeo, en el que se resuelve la actividad 30 del manual correspondiente, https://drive.google.com/file/d/1cefm5Itz3g3DZ5oLlXvMbvdsl5jDWu6T/view?usp=sharing, se determina la antigüedad de una madera prehistórica haciendo uso de la propiedad que posee el isótopo carbono - 14 de desintegrarse emitiendo radiación (la radiactividad), aplicando la ley de la desintegración radiactiva y utilizando los conceptos de periodo de semidesintegración y de actividad radiactiva.
Concepto de radiactividad: propiedad que presentan ciertos núcleos de transformarse (modificar su constitución) en otros por emisión de radiación.
 Natural: espontánea (se encuentra en la naturaleza).
 Artificial: forzada por el ser humano (no se encuentra en la naturaleza).
Rutherford distingue tres tipos o componentes de la radiación:
Radiación alfa (α): tiene carga + y masa elevada; son núcleos de helio-4 que se emiten a 16000 km·s-1.
Radiación beta (β): tiene carga – y masa muy pequeña; son electrones (radiación β-) que se emiten a 260000 km·s-1 (también existe la radiación β+ constituida por positrones, antipartícula del electrón).
Radiación gamma (γ): es una radiación electromagnética.
Salvo pocas excepciones, en cada desintegración o sólo se emite radiación alfa, o sólo se emite radiación beta acompañada en ocasiones por radiación gamma.
Desintegración o decaimiento radiactivo. Es un proceso aleatorio o al azar (espontáneo y sin influencia externa). Por tanto, las leyes que lo describen y explican son leyes estadísticas, no causales.
Ley de la desintegración radiactiva: el número de núcleos presentes en una muestra radiactiva disminuye exponencialmente con el tiempo.
Período de semidesintegración (semivida): es el tiempo necesario para que el número de núcleos presentes se reduzca a la mitad (T o también T½).
Vida media. Es el tiempo medio necesario para que se produzca una desintegración. También se puede definir como el tiempo necesario para que el número de núcleos presentes se reduzca “e” veces, No/e (e = 2,718...). Otra forma de definirlo es el tiempo de “vida” promedio de los núcleos presentes.
Actividad radiactiva. Es el número de desintegraciones (núcleos que se desintegran) en la unidad de tiempo (A).
Unidades. En el S.I.: becquerel, Bq; 1 Bq = 1 desintegración·s-1 = 1 s-1.
 Curio (curie), Ci. Un curio es la actividad de un gramo de radio-226; 1 Ci = 3,67 · 10^10 Bq.
 Rutherford, Rd; 1 Rd = 1 MBq = 10^6 Bq.

Publicación nueva actividad (15) Dinámica I, UD8, Principios de la dinámica, Física y Química 1º de bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (15) de la unidad 8, "Dinámica", parte I, "Principios de la dinámica", de la materia de Física y Química de 1º de bachillerato, formatos PDF y MP4.  

Esta actividad trata de la dinámica de los muelles y resortes (cuerpos elásticos) que cumplen la ley de Hooke.


Nuevo vídeo relacionado con el tópico de la dinámica en el que se resuelve un problema clásico, típico, básico sobre la deformación en un muelle o resorte y que corresponde a la materia de Física y Química de 1º de bachillerato.
En concreto, la actividad resuelta, que es la número 15 del manual correspondiente, https://drive.google.com/file/d/1c5Ubm4zHtkA3zJhHBhGluA7RDOUxCg8k/view?usp=sharing, y se enmarca en la unidad 8, "Los principios de la dinámica. Dinámica I", de la citada materia.
En el ejercicio se plantea la utilización de la ley de Hooke que relaciona la deformación que sufre un muelle con la fuerza que la produce, calculando la longitud inicial de un resorte y su constante elástica a partir de los valores de la longitud que adquiere dicho muelle tras la aplicación de dos fuerzas diferentes.
* La ley de Hooke: cuando se aplica una fuerza a un muelle, resorte o cuerpo elástico, dentro de su límite de elasticidad, le provoca una deformación directamente proporcional al valor de esa fuerza.
Aplicable a cuerpos elásticos.
Matemáticamente:
F_res = - k · ∆l
F_apl = k · ∆l
F_res es la fuerza restauradora o recuperadora que realiza el muelle o cuerpo elástico.
F_apl es la fuerza externa que se aplica al muelle o cuerpo elástico.
k es la constante de proporcionalidad y se llama constante elástica del muelle o cuerpo elástico: es la fuerza que hay que realizar sobre el resorte (o la fuerza recuperadora que ejerce el muelle) para que se alargue (cuando se alarga) una unidad de longitud.
Unidad en el SI: N/m o N·m-1.
∆l es el alargamiento, elongación o deformación del muelle o cuerpo elástico.
El signo negativo indica que la fuerza recuperadora o restauradora tiene sentido contrario a la deformación, alargamiento o elongación del muelle o cuerpo elástico.
* Dinamómetro: instrumento que sirve para medir fuerzas.

martes, 7 de mayo de 2024

Publicación segunda actividad (3 examen) UD5, Física del siglo XX, parte II, Interacción nuclear, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente la segunda actividad (3 examen) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato.

La actividad está relacionada con la estabilidad nuclear, el defecto de masa, la energía de ligadura y la energía de enlace por nucleón, así como con las interacciones fundamentales de la naturaleza.


Continuamos la unidad con el primero de los tres tópicos fundamentales que se tratan en ella, la estabilidad nuclear. En este vídeo, en el que se resuelve la actividad 3 de un examen propuesto por el autor, se establece, en el apartado a), una comparación de los aspectos básicos de dos de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza: la interacción fuerte (o nuclear fuerte) y la interacción electromagnética.
En el apartado b) del ejercicio se utilizan los conceptos de defecto de masa, energía de enlace de un núcleo y la energía de enlace por nucleón para determinar cuál de dos nucleidos o núclidos dados (bario - 141 y estroncio -100) es más estable. Para ello se procede a cada una de esas tres magnitudes para cada uno de los dos núcleos citados.
Defecto de masa: diferencia entre la suma de las masas de todos los nucleones y la masa del núcleo. También es la diferencia entre las masas de todos los constituyentes del átomo (protones, neutrones y electrones) y la masa del átomo.
Matemáticamente:
∆m=∑(m_nucleones) - m_núcleo = Z · m_protón + (A-Z) · m_neutrón - m_núcleo
La masa de los núcleos es menor que la suma de las masas de todos los nucleones que los componen (la masa de los átomos es menor que la suma de las masas de sus constituyentes). Esto se conoce con cierta precisión desde la utilización del espectrógrafo de masas.
El defecto de masa justifica la energía de enlace nuclear y la estabilidad del núcle: principio de equivalencia masa-energía (Albert Einstein, 1905):
E = m·c^2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío (3·10^8 m/s). La masa se puede transformar en energía y viceversa.
Los núcleos son estables cuando la energía del sistema núcleo es inferior a la energía del conjunto de nucleones por separado.
Energía de enlace nuclear (∆E o E_enlace): es la energía que se libera en la formación del núcleo a partir de los nucleones (también se puede definir como la energía necesaria para descomponer el núcleo en los nucleones)
E_enlace= ∆E = ∆m·c^2
(1 u = 1,66 · 10-27 kg = 931,5 MeV).
Energía de enlace por nucleón : es la energía de enlace promedio que le corresponde a cada nucleón (también es la energía media necesaria para extraer un nucleón).
Matemáticamente:
E_n=E_enlace/A
Los núcleos más estables son los de energía de enlace por nucleón, En, mayor. Corresponde a los núcleos intermedios (A aproximadamente 60). La máxima En es de unos 8,8 MeV/nucleón.

lunes, 6 de mayo de 2024

Publicación nueva actividad (13) Dinámica I, UD8, Principios de la dinámica, Física y Química 1º de bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (13) de la unidad 8, "Dinámica", parte I, "Principios de la dinámica", de la materia de Física y Química de 1º de bachillerato, formatos PDF y MP4.  

Esta actividad trata de la dinámica del movimiento de un cuerpo que se impulsa en el espacio teniendo en cuenta el principio de conservación de la cantidad de movimiento y el tercer principio de la dinámica de Newton.


Tercer principio de la dinámica, tercera ley de Newton o principio de acción y reacción:
Enunciado: cuando un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza (acción), este, al mismo tiempo, ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido contrario (reacción).
Matemáticamente:
F_12 = - F_21
Las fuerzas aparecen por parejas, no están aisladas (interacción).
Aspectos a tener en cuenta:
las fuerzas se ejercen sobre cuerpos distintos y no se pueden anular.
las fuerzas se ejercen al mismo tiempo, son simultáneas.
Conservación del momento lineal de un sistema de partículas. Considérese dos partículas que pueden interactuar entre sí pero que están aisladas de los alrededores. Las partículas se mueven bajo su interacción mutua pero no hay fuerzas exteriores al sistema:
∑(F_ext ) = 0 ⇒ d(p_sis )/dt = d(p_1 + p_2 )/dt = 0 ⇒
p_sis = constante ⇒ p_1 + p_2 = p_1' + p_2'
El principio de conservación del momento lineal afirma que el momento lineal total del sistema de partículas permanece constante, si el sistema es aislado, es decir, si no actúan fuerzas exteriores sobre las partículas del sistema. El principio de conservación del momento lineal es independiente de la naturaleza de las fuerzas de interacción entre las partículas del sistema aislado.
* Concepto de impulso lineal: magnitud vectorial que mide o cuantifica la acción de una fuerza sobre un cuerpo o partícula teniendo en cuenta el tiempo que se está ejerciendo.
Matemáticamente (considerando que la fuerza se mantiene constante durante el intervalo Δt):
I = F ·Δt
Unidad en SI: N·s.
* Teorema del impulso lineal o mecánico: el impulso lineal o mecánico ejercido sobre un cuerpo o partícula es igual a la variación de su cantidad de movimiento.
Matemáticamente:
I = Δp ⇒ I = F ·Δt = Δp/Δt·Δt=Δp

miércoles, 1 de mayo de 2024

Publicación primera actividad (3) UD5, Física del siglo XX, parte II, Interacción nuclear, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente la primera actividad (3) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato.

La actividad está relacionada con la estabilidad nuclear, el defecto de masa, la energía de ligadura y la energía de enlace por nucleón.


Comienza la unidad con el primero de los tres tópicos fundamentales que se tratan en ella, la estabilidad nuclear. En este vídeo, en el que se resuelve la actividad 3 de la citada unidad, se establecen los conceptos de defecto de masa, energía de enlace de un núcleo y la energía de enlace por nucleón.
Además se procede a calcular cada una de esas magnitudes para el núcleo del carbono - 12, isótopo más abundante y sumamente importante para la vida en nuestro planeta del elemento carbono.
Defecto de masa: diferencia entre la suma de las masas de todos los nucleones y la masa del núcleo. También es la diferencia entre las masas de todos los constituyentes del átomo (protones, neutrones y electrones) y la masa del átomo.
Matemáticamente:
∆m=∑(m_nucleones) - m_núcleo = Z · m_protón + (A-Z) · m_neutrón - m_núcleo
La masa de los núcleos es menor que la suma de las masas de todos los nucleones que los componen (la masa de los átomos es menor que la suma de las masas de sus constituyentes). Esto se conoce con cierta precisión desde la utilización del espectrógrafo de masas.
El defecto de masa justifica la energía de enlace nuclear y la estabilidad del núcle: principio de equivalencia masa-energía (Albert Einstein, 1905):
E = m·c^2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío (3·10^8 m/s). La masa se puede transformar en energía y viceversa.
Los núcleos son estables cuando la energía del sistema núcleo es inferior a la energía del conjunto de nucleones por separado.
Energía de enlace nuclear (∆E o E_enlace): es la energía que se libera en la formación del núcleo a partir de los nucleones (también se puede definir como la energía necesaria para descomponer el núcleo en los nucleones)
E_enlace= ∆E = ∆m·c^2
(1 u = 1,66 · 10-27 kg = 931,5 MeV).
Energía de enlace por nucleón : es la energía de enlace promedio que le corresponde a cada nucleón (también es la energía media necesaria para extraer un nucleón).
Matemáticamente:
E_n=E_enlace/A

Publicación nueva actividad (D1 Selectividad ordinaria junio 2022) UD5, Física del siglo XX, parte I, Introducción a la Física Cuántica, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (D1 Selectividad convocatoria ordinaria junio 2022) de la primera parte, Introducción a la Física Cuántica, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato.

La actividad está relacionada con el efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein que lo explica.


En este ejercicio (el D1 propuesto en el examen de la convocatoria ordinaria de la Prueba de evaluación de bachillerato para el acceso a la Universidad y pruebas de admisión de junio de 2022) se aborda el fenómeno denominado efecto fotoeléctrico y la explicación del mismo que propuso en 1905 Albert Einstein. La idea de la actividad es entender que este fenómeno solamente se produce cuando la luz o radiación incidente tiene una longitud de onda inferior a un valor máximo característico del material, así como comprender y aplicar la ecuación de Einstein que explica el citado fenómeno.
A partir del minuto 0:41 se resuelve el apartado a) del ejercicio, mientras que a partir del minuto 8:36 se hace lo propio con el apartado b). Como ya sabemos la actividad, tanto en formato PDF como MP4, se puede ver también en el blog https://elblogdetrabajodejuanparadafyq.blogspot.com/. Efecto fotoeléctrico. Fenómeno que consiste en la emisión de electrones por una superficie (de un metal) cuando se la ilumina con luz u ondas electromagnéticas (OEM). Descubierto por Hertz en 1887 (1888) en experiencias de producción de OEM. Siempre me resultó curioso y llamativo que se descubriera este fenómeno tratando de corroborar empíricamente la teoría electromagnética de la luz de Maxwell y que el mismo fenómeno no pudiese ser explicado por ella. Las descargas productoras de OEM son más intensas si se iluminan los electrodos (esferas) con luz ultravioleta, UV. Hipótesis: emisión de electrones por iluminación (luz). Más tarde se observó con luz visible en el cinc y los alcalinos. Conclusiones  La energía de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz (I).  El número de fotoelectrones aumenta (proporcionalmente) al aumentar la I (aumento de la I de corriente).  No hay retraso entre la llegada de la luz y la emisión de los fotoelectrones.  Para cualquier intensidad luminosa, si su f es menor que fo (frecuencia umbral) no hay emisión (I = 0). fo es la frecuencia mínima para se produzca emisión.  La energía máxima de los fotoelectrones (Emáx) es una función lineal de la frecuencia de la luz. Interpretación con la teoría electromagnética, EM, clásica: no puede  La energía está repartida por el frente de onda: Etotal = I · S (superficie electrodo).  Para muchos electrones: poca energía para cada electrón y no puede ser arrancado.  Debe haber cierto retraso entre llegada de la luz y emisión fotoelectrones debido a la poca cantidad de energía que recibe cada electrón.  Serias dificultades para la teoría EM de la luz. En 1905 el físico alemán Albert Einstein (1879-1955), a partir de la hipótesis de Planck, explica el efecto fotoeléctrico. Sugiere: propagación de la luz también es discontinua (cuantos): naturaleza corpuscular en la propagación de la luz, así como en su interacción con la materia. Explicación del efecto fotoeléctrico Proceso instantáneo: electrón arrancado si el cuanto supera cierta energía mínima (trabajo de extracción, W, característico de cada sustancia). Si h · f es menor que W no hay emisión de electrones: frecuencia umbral, fo, tal que h · fo = W luego fo = W/h. E_incidente = E_umbral + Ec_máx Si f es la frecuencia de la radiación incidente (f es mayor que fo), o la longitud de onda es inferior a cierto valor (inferior a cierta longitud de onda máxima) se puede aplicar la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico: E_inc= W + Ec_máx h · f = h · f_o + Ec_máx Gráfica Ec_máx frente a f: recta comienza en fo cuya pendiente es h. Mayor intensidad luminosa mayor número de cuantos de energía  mayor número de fotoelectrones arrancados sin variar su energía. Conclusión: la luz se emite, se absorbe y se propaga en forma de cuantos, gránulos o paquetes (forma discontinua o discreta)  cuantización de la luz y la energía. Nueva teoría corpuscular: fuerte impulso para investigar la naturaleza de la luz (otra vez).
Como ya sabemos la actividad, tanto en formato PDF como MP4, se puede ver también en el blog https://elblogdetrabajodejuanparadafyq.blogspot.com/.
Efecto fotoeléctrico. Fenómeno que consiste en la emisión de electrones por una superficie (de un metal) cuando se la ilumina con luz u ondas electromagnéticas (OEM).
Descubierto por Hertz en 1887 (1888) en experiencias de producción de OEM.
Siempre me resultó curioso y llamativo que se descubriera este fenómeno tratando de corroborar empíricamente la teoría electromagnética de la luz de Maxwell y que el mismo fenómeno no pudiese ser explicado por ella.
Las descargas productoras de OEM son más intensas si se iluminan los electrodos (esferas) con luz ultravioleta, UV.
Hipótesis: emisión de electrones por iluminación (luz).
Más tarde se observó con luz visible en el cinc y los alcalinos.
Conclusiones
 La energía de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz (I).
 El número de fotoelectrones aumenta (proporcionalmente) al aumentar la I (aumento de la I de corriente).
 No hay retraso entre la llegada de la luz y la emisión de los fotoelectrones.
 Para cualquier intensidad luminosa, si su f es menor que fo (frecuencia umbral) no hay emisión (I = 0). fo es la frecuencia mínima para se produzca emisión.
 La energía máxima de los fotoelectrones (Emáx) es una función lineal de la frecuencia de la luz.
Interpretación con la teoría electromagnética, EM, clásica: no puede
 La energía está repartida por el frente de onda: Etotal = I · S (superficie electrodo).
 Para muchos electrones: poca energía para cada electrón y no puede ser arrancado.
 Debe haber cierto retraso entre llegada de la luz y emisión fotoelectrones debido a la poca cantidad de energía que recibe cada electrón.
 Serias dificultades para la teoría EM de la luz.
En 1905 el físico alemán Albert Einstein (1879-1955), a partir de la hipótesis de Planck, explica el efecto fotoeléctrico.
Sugiere: propagación de la luz también es discontinua (cuantos): naturaleza corpuscular en la propagación de la luz, así como en su interacción con la materia.
Explicación del efecto fotoeléctrico
Proceso instantáneo: electrón arrancado si el cuanto supera cierta energía mínima (trabajo de extracción, W, característico de cada sustancia).
Si h · f es menor que W no hay emisión de electrones: frecuencia umbral, fo, tal que h · fo = W luego fo = W/h.
E_incidente = E_umbral + Ec_máx
Si f es la frecuencia de la radiación incidente (f es mayor que fo), o la longitud de onda es inferior a cierto valor (inferior a cierta longitud de onda máxima) se puede aplicar la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico:
E_inc= W + Ec_máx
h · f = h · f_o + Ec_máx
Gráfica Ec_máx frente a f: recta comienza en fo cuya pendiente es h.
Mayor intensidad luminosa mayor número de cuantos de energía  mayor número de fotoelectrones arrancados sin variar su energía.
Conclusión: la luz se emite, se absorbe y se propaga en forma de cuantos, gránulos o paquetes (forma discontinua o discreta)  cuantización de la luz y la energía.
Nueva teoría corpuscular: fuerte impulso para investigar la naturaleza de la luz (otra vez).