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.
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.
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.
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.
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.
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
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
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).
