Experimentos de Física fáciles de hacer (Primaria-Universidad)
Los experimentos de Física son importantes para el desarrollo de la curiosidad científica a toda edad. Hay numerosos experimentos que por su importancia, han hecho historia y cambiado el curso de la ciencia, como los de Galileo Galilei.
A continuación se describen algunos experimentos sencillos que demuestran como la física actúa continuamente en las cosas más simples del quehacer diario. No es preciso hacer uso de un costoso instrumental para divertirse averiguando cómo funciona la naturaleza.
Todos estos experimentos son fáciles de realizar y con materiales inocuos que no son costosos, sin embargo en el caso de los niños más pequeños, siempre deben llevarse a cabo bajo la supervisión de adultos.
Índice del artículo
- 1 Experimentos de física para niños
- 2 Experimentos de física para secundaria (10-15 años)
- 3 Experimentos de física para bachillerato (15-18 años)
- 4 Experimentos de física para universidad (más de 18 años)
- 5 Referencias
Para hacer que los niños se vayan familiarizando con la ciencia, nada mejor que los globos de colores. Los siguientes experimentos se refieren a la electricidad estática.
Materiales
- Globos de hule.
- Chaqueta o suéter de lana.
- Una habitación con paredes lisas.
Procedimiento
- Inflar los globos y asegurar con un nudo el extremo.
- Frotar un poco cada globo con la tela de la chaqueta o el suéter. También funciona si se frotan con el cabello.
- Ahora hay que acercar el globo frotado a una pared lisa, sin presionarlo, y soltarlo con suavidad.
¿Qué sucede?
Lo que ocurre es que los globos se quedan pegados a la pared como si tuviesen pegamento. Pueden quedarse pegados allí durante bastante tiempo, pero para que funcione bien el experimento, la pared tiene que ser bastante lisa y debe haber poca humedad en el ambiente.
Explicación
Toda la materia está compuesta por átomos y en el interior de estos hay cargas eléctricas tanto positivas (protones) como negativas (electrones). Normalmente la materia es neutra, es decir que las cargas positivas y negativas se presentan en iguales cantidades.
Sin embargo, el cabello o la lana ceden fácilmente sus electrones, que son aceptados por el material del globo y hacen que este quede electrizado con carga negativa.
Por su parte, la pared también tiene electrones. Cuando los electrones del globo se acercan a los de la pared, estos son repelidos y se alejan de la superficie, la cual queda cargada positivamente.
Entre los objetos cargados eléctricamente se desarrollan fuerzas que son atractivas si las cargas son de diferente signo, y repulsivas si las cargas tienen igual signo. Por eso el globo queda adherido a la superficie de la pared.
Con el tiempo el exceso de electrones escapa a la tierra y los objetos recuperan su neutralidad, entonces la gravedad no tiene quien la contrarreste y el globo se cae.
Materiales
- Globo de hule.
- Chaqueta o suéter de lana.
- Un plato con sal y pimienta negra bien mezcladas.
- Otro plato con trocitos de papel (papelillo o confeti).
Procedimiento
- Inflar el globo y asegurarlo con un nudo el extremo.
- Se frota suavemente el globo con el cabello o con la prenda de lana.
- Ahora pasar la superficie frotada del globo por encima del plato con sal y pimienta.
- Pasar otro globo previamente frotado por encima del plato de confeti.
¿Qué sucede?
Se observa que los granos de pimienta y el confeti se adhieren a la superficie del globo y la sal se queda en el plato.
Explicación
Tal como se explicó en el experimento anterior, los átomos que componen la materia contienen electrones y protones en iguales cantidades, haciendo que la materia sea neutra en circunstancias normales.
Los electrones poseen carga eléctrica negativa y los protones carga eléctrica positiva y lo que se observa en la naturaleza es que las cargas de igual signo se repelen y las de signo diferente se atraen.
No obstante, hay materiales capaces de ceder fácilmente algunos de sus electrones, mientras que otros los aceptan con idéntica facilidad.
El cabello y la lana pertenecen a la categoría de materiales que donan electrones, mientras que el plástico de los globos los acepta. Al frotar ambos materiales, los electrones se desprenden del cabello o de la lana y van a parar al globo, que de esta manera queda electrizado.
Cuando el globo con su exceso de electrones se acerca al plato con sal y pimienta, los electrones de esta procuran alejarse lo más posible del globo y la superficie del grano más cercana a este queda con déficit de electrones, por lo que es atraída.
Esta separación de cargas da lugar a una polarización del material, en este caso la pimienta, aunque igual sigue siendo neutra.
Algo semejante pasa con el papel del confeti, pero con la sal es diferente, no se adhiere. Lo que ocurre es que la sal es más pesada y aunque las cargas sí se separan, igual que pasa con la pimienta y el confeti, la atracción electrostática no es suficiente para vencer el peso.
Materiales
- Una hoja de papel blanco.
- Una hoja de papel negro.
- Agua corriente.
- Dos vasos idénticos.
- Cinta adhesiva.
- Un termómetro de uso general.
- Luz de Sol.
Procedimiento
- Envolver completamente los vasos, uno de ellos con la hoja blanca y el otro con la hoja negra, cuidando de dejar papel sobrante para cubrir la parte superior.
- Llenar ambos vasos con la misma cantidad de agua y medir la temperatura del agua, anotando su valor.
- Cubrir ahora los vasos con el papel que sobró en los bordes y asegurar con cinta adhesiva.
- Ahora colocar ambos vasos bajo el Sol, sobre piso de cemento y esperar 30 minutos.
- Una vez transcurrido el tiempo, destapar los vasos y medir nuevamente la temperatura.
¿Qué sucede?
El agua dentro del vaso cubierto con papel negro está más caliente que la del otro vaso.
Explicación
El vaso cubierto con el papel negro absorbió más calor del Sol y también permitió que lo conservara más, a diferencia del papel blanco, que reflejó parte de la radiación solar al entorno.
Aunque esto no significa que necesariamente sea mejor vestir de blanco durante el verano o en sitios muy calurosos, porque también depende de si sopla o no la brisa. Hay que tomar en cuenta que el cuerpo humano produce calor y al vestir de blanco, parte de ese calor se refleja contra la tela y no logra escapar.
En cambio las telas oscuras lo absorben, por eso muchos habitantes del desierto visten ropas oscuras y holgadas, muy importante para que el aire circule y las corrientes de convección hagan que se sienta más frescor.
Materiales
- Un clavo de hierro largo.
- Una batería cuadrada de 9 voltios.
- Un metro de alambre de cobre barnizado.
- Un plato o caja con alfileres.
- Clips o ganchos metálicos para sujetar papel.
Procedimiento
- Enrollar cuidadosamente una parte del alambre alrededor del clavo, haciendo unas 10 vueltas y en cada extremo libre del alambre colocar un clip.
- Conectar cada clip a los polos de la batería.
- Ahora acercar la punta del clavo al plato con alfileres, observar y luego retirar.
- Hacer otras 10 vueltas de alambre alrededor del clavo y repetir el paso anterior, tomando nota si hay algún cambio en el comportamiento de los alfileres.
¿Qué sucede?
El clavo se convirtió en un imán capaz de atraer a los alfileres y el efecto magnético se potencia con la cantidad de vueltas de alambre enrollado sobre el clavo, así que se atraen más alfileres cuando hay 20 vueltas que cuando hay 10.
Explicación
Asociado a las cargas en movimiento se encuentra el efecto magnético, mediante el cual los alambres que transportan corriente producen un campo magnético. Ciertos materiales como el hierro y el acero tienen una buena respuesta magnética, lo cual significa que son atraídos por los imanes.
La batería hace el trabajo necesario para que los portadores de carga en el cobre del alambre se pongan en marcha, es decir, crea una corriente eléctrica. Y ésta a su vez produce el efecto magnético que atrae a los objetos metálicos. Este efecto es proporcional al número de vueltas del enrollado de alambre, cuántas más vueltas, más intenso el campo magnético y se atraen más alfileres.
Materiales
- Un trozo de cordel suave de 1 metro de largo más o menos.
- Una cuchara metálica pesada.
Procedimiento
- Atar la cuchara mediante el cordel y sujetar los extremos de este entre el índice y el pulgar de cada mano.
- Llevar los extremos del cordel hasta los oídos, cuidando de presionar bien el cordel al oído con ayuda del pulgar, la cuchara debe quedar colgando.
- Ahora se golpea el borde una mesa con la cuchara y se escucha atentamente.
¿Qué sucede?
Se escucha un sonido semejante al de una campanada de iglesia, pero de tono grave.
Explicación
Las ondas sonoras se propagan mejor y a mayor velocidad en los sólidos que en el aire, esto se debe a que los sólidos son más densos y la perturbación tiene más partículas que poner a oscilar. Por eso el sonido viaja a través del cordel y se escucha más intenso que las ondas que se propagan en aire.
El cráneo del oyente también hace de caja de resonancia para que el sonido se escuche con más intensidad. Es lo que sucede cuando se habla poniendo las manos en los oídos, el sonido de la propia voz se oye más fuerte y también más grave.
El experimento se puede repetir probando otros materiales y observando las diferencias.
A estas edades, los niños ya han visto numerosos fenómenos físicos en sus clases de ciencias. Aquí hay dos experimentos fáciles para familiarizarse con las fuerzas y el equilibrio estático, otro para conocer los distintos tipos de ondas y finalmente uno para que conozcan los lentes correctivos.
Materiales
- Un recipiente ancho de vidrio.
- Agua corriente.
- Aguja de acero de las que usan para coser.
- Papel de filtro.
- Palillos de madera.
Procedimiento
- Llenar el recipiente con agua hasta ¾ partes aproximadamente.
- Aparte poner la aguja sobre el papel de filtro y ponerlo sobre la superficie del agua.
- Ir hundiendo cuidadosamente el papel con ayuda de los palillos de madera.
¿Qué sucede?
Si se sigue el procedimiento con cuidado, evitando que la punta se hunda en la superficie del agua, se observa que la aguja de acero queda flotando sobre el agua. Esto no es lo que se espera, ya que un objeto metálico y denso se hunde de inmediato.
Explicación
Un objeto cuya densidad supere la del agua se hunde en esta y el acero es casi 8 veces más denso. Aunque el líquido ejerce una fuerza hacia arriba llamada empuje, esta no puede contrarrestar del todo al peso, así que debe haber otra fuerza que ayude.
Esta fuerza se llama tensión superficial, y proviene de la atracción que existe entre todas las moléculas del agua. Una molécula de agua por debajo de la superficie recibe fuerzas de atracción por parte de todas sus vecinas: arriba, abajo y a los lados. El efecto neto de todas ellas es nulo.
Sin embargo, una molécula de agua que se encuentre en la superficie libre, recibe fuerzas de las moléculas que están por debajo y a los lados, pero ninguna por encima. De esta manera se crea una fuerza resultante hacia abajo, la cual crea una especie de película muy fina, capaz de sujetar el alfiler o la aguja de acero.
Hay que tener cuidado de que la punta de la aguja no haga un pinchazo en esta película, porque de lo contrario la aguja se hunde hasta el fondo.
Materiales
- Una mesa plana de largo suficiente.
- Tornillo de mesa.
- Un muelle helicoidal flexible de unos 5 cm de diámetro aproximadamente, llamado slinky.
Procedimiento
- Fijar uno de los extremos del muelle al extremo de la mesa, pedirle a un compañero que lo sujete o simplemente sujetarlo con la mano, en todo caso el muelle debe quedar horizontal.
- Ahora se toma el otro extremo del muelle, se estira y se comprimen unas pocas espiras, para darle un impulso breve en sentido paralelo al eje del muelle.
- Observar lo que sucede.
- También se puede probar a darle una breve sacudida con la mano, perpendicularmente al eje del muelle.
- Observar de nuevo lo que sucede.
¿Qué sucede?
Cuando se le da un impulso paralelo al muelle, se observa que un grupo de espiras se aprieta y se expande alternativamente, viajando a lo largo del resorte hasta el extremo fijo. Si el impulso fue suficiente la perturbación regresa de vuelta y finalmente desaparece.
Si se le da un impulso transversal al resorte, se produce una ondulación que viaja hacia el otro extremo y que también desaparece.
Explicación
En este simple experimento se observan dos clases de ondas, dependiendo de la oscilación del material. Están las ondas longitudinales, que consisten en compresiones y expansiones alternativas de las espiras del muelle. En ellas la perturbación y la oscilación se encuentran a lo largo del eje del muelle.
Y está la perturbación en forma de ondulación, cuando se impulsa al muelle perpendicularmente a su eje. En este caso la oscilación es de arriba abajo, perpendicular a la oscilación, por lo tanto estas ondas se llaman ondas transversales.
Es importante notar que las espiras van oscilando a medida que la perturbación se propaga por el muelle y eso es lo mismo que sucede con las ondas de tipo mecánico: no hay transporte neto de materia, sino que es la perturbación la que viaja, llevando energía a través del material.
En la naturaleza se producen ondas longitudinales como el sonido, que consiste en compresiones y expansiones alternativas de las moléculas de aire, y están las ondas transversales como por ejemplo la luz y las ondas que se producen en las cuerdas de los instrumentos musicales.
Materiales
- Anteojos correctivos diversos.
- Linterna potente, puede ser la del móvil o una de luz led.
- Una pantalla sobre la pared lisa.
Procedimiento
- Encender la linterna y apuntarla directamente hacia la pantalla, intercalando los anteojos que se van a analizar.
¿Qué sucede?
Se ve la sombra de los cristales de las gafas en la pantalla. Pero dependiendo si son lentes correctivos para la miopía, la hipermetropía o la presbicia, esta sombra será diferente.
Cuando son lentes correctivos de miopía, se observa la sombra oscura del lente y por fuera de la montura un halo tenue. En cambio las gafas para hipermetropía y presbicia muestran un punto luminoso en el centro.
Explicación
Los lentes usados para corregir estos problemas de refracción en el ojo son diferentes. Para la miopía se emplean lentes divergentes, que como su nombre lo indica, extienden los rayos de luz que provienen de la linterna.
En cambio los lentes para corregir hipermetropía son lentes convergentes, lo que quiere decir que reúnen los rayos de luz en un punto y por eso el centro de la lente aparece iluminado.
Materiales
- Lámina de cartón, plástico o madera de formas diversas.
- Un par de clavos.
- Soporte universal.
- Una tuerca de buen tamaño.
- Hilo resistente.
- Regla graduada transparente.
- Lápiz de grafito.
Procedimiento
- Con la tuerca y el hilo se hace una plomada que sirve para determinar correctamente la vertical.
- Se perfora una de las láminas con ayuda de un clavo, si se trata de una lámina triangular, por ejemplo, la perforación se hace cerca de uno de los vértices.
- Ahora se suspende la lámina por el orificio que se le practicó en el paso previo, mediante un clavo en la pared o bien de un soporte universal, si no se desea horadar la pared.
- Del mismo punto se suspende la plomada para señalar la vertical, usualmente la plomada oscila un poco. Cuando todo el sistema estabilice, se marca con el lápiz sobre el cartón la dirección de la vertical.
- Seguidamente se toma la lámina y con lápiz y regla se dibuja la vertical señalada.
- Se vuelve a perforar la lámina en otro punto cercano a otro vértice y se repite el procedimiento de suspenderla junto con la plomada, dibujando una nueva vertical. El punto de intersección de ambas rectas es el centro de gravedad de la lámina.
- Probar con láminas de forma diferente, inclusive con forma irregular.
¿Qué sucede?
Cada vez que la lámina se suspende y se deja en libertad, oscila brevemente hasta alcanzar la posición de equilibrio estable, donde permanece si no se la perturba.
Explicación
Los cuerpos tienden a permanecer en equilibrio estable porque es el estado con la energía potencial más baja.
Para un cuerpo suspendido de un punto, el equilibrio estable se logra cuando este punto se encuentra por encima del centro de gravedad, el punto donde puede considerarse aplicado el peso.
En una figura geométrica regular, el centro de gravedad coincide con el centro geométrico de la misma, siempre que la densidad del material sea homogénea, pero si la figura es irregular, una manera de encontrar su centro de gravedad es mediante el experimento descrito.
Materiales
- Láminas de cartón, plástico o madera, a las que previamente se les haya determinado el centro de gravedad (ver el experimento anterior).
- Un alfiler o un clavo delgado largo.
Procedimiento
- Colocar la lámina sobre la punta del alfiler o el clavo, apoyándola sobre distintos puntos.
¿Qué sucede?
Se observa que la lámina se mantiene en equilibrio únicamente cuando se la apoya sobre el centro de gravedad. Cuando se intenta apoyar la lámina sobre cualquier otro punto, vuelca inmediatamente.
Explicación
Si la línea de acción del peso pasa por el clavo o el alfiler que sujeta a la lámina, esta permanece en equilibrio, pero si no, el alejamiento hace que el peso cause un torque no equilibrado, el cual tiende a volcar la lámina.
Materiales
- Limones con bastante jugo.
- Alambre de cobre o cables de pinzas dentadas (tipo caimán).
- Un clavo de hierro o de cobre, o alternativamente una moneda también de cobre.
- Un tornillo de zinc galvanizado.
- Un multímetro digital.
- Un exacto.
- Un bombillo led pequeño (bajo voltaje).
Procedimiento
- Con el exacto hacer con cuidado dos pequeños cortes a cada de extremo del limón
- Introducir en el limón el tornillo en un lado y la moneda de cobre (o el clavo de hierro) en el otro, estos serán los electrodos de la pila.
- Conectar el voltímetro, para ello colocar el indicador central del instrumento en la posición para medir voltaje directo y uno de los extremos en la moneda y el otro en el tornillo.
¿Qué sucede?
El voltímetro indica voltaje pequeño, por lo general de menos de 1 voltio. Si la pantalla del aparato muestra un signo negativo significa que la polaridad está invertida, simplemente hay que conectar los cables al revés.
La corriente generada también es pequeña, de alrededor de 0.1 mA, de todas formas es necesario asegurarse de no tocar los dos electrodos a la vez, para que no se cierre el circuito.
Los valores cambian según que tan ácidos sean los limones y también de los metales que se usan como electrodos. Si en vez de usar zinc se emplea magnesio, el voltaje obtenido aumenta.
Colocando varios limones en serie se puede obtener una pila de 3 voltios o más, a comprobar con el voltímetro. Para hacer la conexión se utiliza alambre o bien los cables de tipo caimán.
El bombillo led necesita más voltaje que el de una sola pila de limón para encender, así que hay que poner varias pilas en series (entre 3 y 5 limones suelen bastar), conectando los extremos con alambre de cobre o las pinzas. La luz sirve como testigo del paso de la corriente generada.
Explicación
En el interior de la fruta y gracias al contacto del ácido ascórbico del jugo con los metales, que actúan como electrodos, se dan reacciones químicas. Dichas reacciones generan electrones que van del zinc hacia el cobre, pasando por el interior del limón y este movimiento de cargas constituye una corriente eléctrica cuando los electrodos se unen mediante los cables.
A este nivel, los estudiantes ya conocen las ecuaciones que rigen muchos fenómenos físicos. El experimento del periscopio los ayuda a familiarizarse con la óptica y requiere algo de habilidad manual.
Con el segundo experimento pueden visualizar un campo, en este caso uno magnético. El concepto de campo ayuda a visualizar y describir las interacciones fundamentales de la Física.
El periscopio es un instrumento óptico sencillo que se usa para ver por encima de las cabezas de la multitud o por encima de la superficie del agua. También se puede usar para mirar debajo de la cama y en general para visualizar cosas que no están al nivel de la vista.
Materiales
- 2 espejos planos como los que vienen en los estuches de maquillaje, no tienen que ser idénticos.
- Una lámina de cartón adecuada para hacer un tubo con ella.
- Otra lámina de cartón para hacer los soportes de los espejos, se puede reutilizar el de una caja.
- Cinta adhesiva
- Tijeras
- Pegamento
- Regla.
- Lápiz de grafito, goma de borrar.
- Papel de regalo o papel blanco.
- Marcadores de colores y pegatinas.
Procedimiento
- Para construir el periscopio se necesita poner dos espejos planos en el interior de un tubo, siguiendo estos pasos:
Pasos para hacer el soporte de los espejos
- Hacer dos soportes iguales de cartón para los espejos, los cuales tienen forma de cuña inclinada 45º respecto de la longitud del tubo. El tamaño de los soportes depende del diámetro de los espejos seleccionados, ya que estos van pegados sobre la cuña, según este esquema:
- Recortar dos rectángulos de cartón y en cada uno marcar con el lápiz tres divisiones para hacer los dobleces, dos de ellas deben tener el mismo largo, y el largo de la tercera se calcula con el teorema de Pitágoras. Por ejemplo, si los lados más cortos miden 6 cm, el lado largo debe medir:
d2 = (62 + 62) = 72
d = √72 = 8.5 cm.
- Doblar en ángulo recto los lados que miden igual, luego doblar el lado largo y fijarlo con cinta adhesiva.
- Pegar y asegurar un espejo sobre el lado largo de la cuña.
Pasos para hacer el tubo del periscopio
- Tomar la lámina de cartón rectangular y dividirla en cuatro rectángulos iguales, con ayuda del lápiz y la regla. El largo será el del tubo, pero hay que tomar en cuenta que cuanto más largo es, más pequeña se verá la imagen.
- Recortar también dos ventanas para los espejos.
- Doblar el cartón siguiendo las marcas para hacer el tubo.
- Pegar y asegurar los bordes.
- Forrar el tubo con papel de regalo o con papel blanco y decorarlo a gusto con marcadores y pegatinas.
¿Qué sucede?
Cuando se mira por una de las ventanas se observan los objetos que están por arriba de la cabeza de la persona, por ejemplo se puede mirar en lo alto de un armario.
Explicación
La luz que entra por una de las aberturas del periscopio se refleja en el primero de los espejos inclinados, de acuerdo a la ley de la reflexión de la luz, según la cual el ángulo del rayo incidente es igual al ángulo del rayo reflejado.
Como el espejo está inclinado 45º, esto hace que los rayos que entran horizontalmente, se dirijan ahora verticalmente por el tubo hacia el segundo espejo. Y de este se reflejan nuevamente a 90º hacia los ojos del observador, de acuerdo al esquema mostrado en la figura.
Materiales
- Imanes forrados en plástico.
- Una hoja de papel blanco.
- Limaduras de hierro (se pueden obtener de talleres donde se trabaje metal y en jugueterías, también se pueden obtener cortando esponjas de lana de acero, de las que se usan para fregar las ollas y los sartenes)
- Un salero vacío.
- Guantes de látex para manipular las limaduras.
Procedimiento
- Llenar el salero con limaduras de hierro. Es importante que para manipular las limaduras se usen guantes, porque en ocasiones estas se pueden clavar en la piel o hacer pequeños cortes molestos en las manos.
- Espolvorear las limaduras sobre la hoja de papel blanco.
- Colocar el imán por debajo de la hoja y moverlo suavemente.
- Una vez observado el fenómeno, hay que retirar el imán y guardar las limaduras en el salero. El imán se forra con plástico para evitar que las limaduras se le adhieran con fuerza, ya que de lo contrario puede ser engorroso retirarlas luego.
¿Qué sucede?
Las limaduras de hierro se orientan siguiendo las líneas de campo magnético que produce el imán. Si el imán se mueve debajo del papel, las limaduras por encima también lo hacen describiendo curiosos patrones de líneas que siguen al imán.
Explicación
Los imanes tienen la propiedad de atraer monedas de níquel, clavos, tornillos, tuercas y objetos de hierro en general. El magnetismo es innato de algunas sustancias como la magnetita, un óxido de hierro y depende de la configuración de sus electrones.
Ahora bien, cualquier imán tiene polos magnéticos norte y sur, los cuales son inseparables. Las líneas de fuerza del campo magnético son curvas cerradas que salen del polo norte y se dirigen al polo sur, pasando sin problema por el interior. Son más densas cerca del imán, ya que allí el campo es más intenso.
Los experimentos de física para estudiantes universitarios suelen requerir materiales de laboratorio e involucran casi siempre la toma de medidas y construir tablas de datos.
Los experimentos son un poco más elaborados y durante los primeros semestres se busca que el estudiante corrobore los modelos teóricos, practique el manejo de los errores y elabore informes técnicos. También que conozca el manejo de algunos instrumentos como el calibre o pie de rey y el multímetro para medir magnitudes eléctricas.
Desde luego también hay numerosos experimentos demostrativos para ilustrar cómo se cumplen las leyes físicas en mecánica y en electricidad y magnetismo.
Materiales
- Resistencias eléctricas fijas variadas.
- Un multímetro digital o analógico.
- Código de colores de las resistencias, que se encuentra en los libros especializados o en Internet.
Procedimiento
- Usar el código de colores para hallar el valor de fábrica de cada resistencia.
- Medir la resistencia con el multímetro.
- Comparar los valores obtenidos.
¿Qué sucede?
El valor nominal de las resistencias (el de fábrica) viene indicado por una serie de bandas en colores sobre el cuerpo de las mismas. Cada banda representa una cifra y una potencia de 10, según el orden.
Este valor puede diferir un poco del que se mide con el multímetro. Sin embargo, el fabricante indica con una banda de color metalizado, el margen de tolerancia de la resistencia, lo cual quiere decir que su verdadero valor se encuentra comprendido en dicho margen.
Por otra parte, el instrumento también tiene un pequeño margen de error, llamado error de apreciación, que usualmente es bastante pequeño. Todas las medidas que se hagan con un instrumento deben estar acompañadas del error de apreciación del mismo.
Explicación
Siempre que se fabrique un objeto, por más que se lleven estrictos controles de calidad, sus medidas pueden diferir en pequeño porcentaje de las medidas establecidas en el diseño. Esto aplica no solamente a las resistencias, sino también a infinidad de piezas.
Por eso los fabricantes indican siempre un margen de tolerancia, dentro del cual se encuentra el valor en cuestión. De allí que en ocasiones los valores medidos difieran un poco de los valores nominales.
Materiales
- Resorte o muelle helicoidal de 1kg de carga máxima.
- Juego de pesas.
- Porta-pesas.
- Cronómetro.
- Soporte universal.
- Un objeto de masa desconocida.
- Papel milimetrado.
- Regla de plástico transparente de longitud mayor a la del resorte.
- Lápiz de grafito.
- Computadora con software de graficación, puede ser Excel, Geogebra u otro.
Procedimiento
- Se dispone el soporte universal para adosarle una varilla, de la cual se cuelga verticalmente el resorte por uno de sus extremos.
- La regla se coloca paralelamente al resorte, completamente vertical y adherida al soporte, para medir la longitud del resorte, tanto la longitud natural del mismo, como la que tiene cuando se le cuelgan las distintas masas.
- El otro extremo del resorte se usa para colgar las masas mediante el porta-pesas. Se comienza con una masa pequeña, por ejemplo de 50 g y se mide la longitud del resorte cuando el sistema está en equilibrio. La medida se anota en una tabla.
- Añadir más pesas para ir midiendo el estiramiento Δy del resorte cuando se cuelgan una masa m de 100g, de 150 g, de 200g, de 250 g… Se incluye también la masa desconocida, cuidando siempre de no sobrepasar la carga máxima que admite el resorte, ya que de lo contrario se deforma permanentemente y el experimento pierde validez.
- Una vez completada la tabla, hacer uso del software para graficar la elongación Δy del resorte en función de la masa m y hacer el correspondiente ajuste de la curva. No incluir la masa incógnita, puesto que su valor se desconoce, pero la gráfica obtenida, ya ajustada, sirve para determinar su valor.
¿Qué sucede?
A medida que se cuelgan masas mayores el resorte se va alongando cada vez más. Dado que la gráfica de la elongación Δy en función de la masa m es una línea recta, la dependencia entre ambas variables es lineal.
Explicación
De acuerdo a la ley de Hooke, la fuerza que ejerce el resorte sobre la masa que cuelga tiene magnitud F = kΔy, donde Δy es la diferencia entre el alargamiento del resorte y la longitud natural del mismo. Esta fuerza contrarresta al peso mg, por lo tanto:
kΔy = mg
Δy = (g/k).m
Cuando se grafica Δy en función de m, la curva es una recta de pendiente g/k.
Conociendo el valor de la pendiente, que lo da el ajuste hecho mediante el software, se puede determinar la constante elástica del resorte, que representa la fuerza necesaria para lograr una elongación unitaria del mismo. Las unidades de esta constante son newton/m en el Sistema Internacional.
Una vez que se tiene el valor de k, de inmediato se puede conocer el valor de la masa incógnita.
Materiales
- Rampa de inclinación variable: usualmente son dos planos conectados con una bisagra.
- Hilo resistente de algodón.
- Una tuerca de buen tamaño.
- Taco de madera.
- Una prensa.
- Un transportador de plástico transparente.
- Un bloque de teflón, otro de goma.
- Lámina de teflón y lámina de goma.
- Cronómetro.
Procedimiento
- Elaborar una plomada con el hilo y la tuerca, que servirá para señalar correctamente la vertical.
- Asegurar la base de la rampa o plano inclinado a la mesa de trabajo mediante la prensa.
- Colocar el taco de madera entre la base de la rampa y la rampa misma, empujándola hacia dentro se consigue inclinar la rampa cada vez más.
- Colgar la plomada del centro del trasportador y asegurar este dispositivo en la parte alta de la rampa. Servirá para medir el ángulo de inclinación de la misma, respecto a la vertical indicada por la plomada.
- Cubrir la rampa con la lámina de teflón y asegurar para que quede bien adherida.
- Posicionar el bloque de teflón encima de la lámina de teflón, para que quede en reposo.
- Ahora empujar suavemente el taco de madera, teniendo cuidado de que la rampa no se mueva bruscamente. Hacerlo hasta que el bloquecito de teflón comience a deslizar.
- Medir el ángulo en que el bloque comienza a deslizar, este es el ángulo crítico para las superficies teflón-teflón. Repetir estas acciones al menos 10 veces, tomando nota cada vez del ángulo crítico.
- Repetir el procedimiento anterior, pero ahora cambiando el bloque de teflón por el de goma. Igualmente determinar el ángulo crítico para el bloque de teflón sobre goma 10 veces.
- Ahora sustituir la lámina de teflón que cubre la rampa por la de goma, y repetir de nuevo los pasos anteriores, primero para el bloque de teflón, luego para el bloque de goma.
- Determinar el valor medio del ángulo crítico para cada caso: teflón-teflón, goma-teflón, goma-goma, teflón-goma y encontrar el error de la medida, que depende de la apreciación del transportador y la desviación estándar de los datos medidos.
¿Qué sucede?
Cuando la rampa se inclina lo suficiente, el roce estático ya no es suficiente para mantener al bloque en equilibrio y este comienza a deslizar cuesta abajo. El ángulo en que esto sucede se llama ángulo crítico y depende de la naturaleza de las superficies en contacto.
Explicación
La fuerza de roce estático máxima que experimenta el bloque sobre la rampa es proporcional a la fuerza normal, que la rampa ejerce sobre el bloque. La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de roce estático y se denota como μe.
Si se hace el diagrama de cuerpo libre mientras el bloque está en equilibrio, se demuestra que el coeficiente de roce estático es igual a la tangente del ángulo crítico θc, el cual es el ángulo de inclinación para el cual el bloque comienza a deslizar:
μe = tg θc
Por lo tanto al determinar el ángulo y encontrar su tangente, se conoce el valor experimental del coeficiente de roce entre determinadas superficies.
Materiales
- Una matriz de conexiones para montar circuitos (protoboard).
- Condensador descargado de 330 μF.
- Resistencia de unos 150 Ω.
- Un interruptor.
- Un voltímetro digital.
- Fuente de voltaje directo o una pila de 3 V.
- Papel milimetrado.
- Regla transparente y lápiz.
Procedimiento
- El condensador debe estar descargado inicialmente, lo cual se puede comprobar con el voltímetro. Si quedase alguna carga se cortocircuitan sus extremos mediante un cable y se comprueba de nuevo el voltaje, para asegurarse que está descargado.
- Una vez descargado el condensador, se lo coloca en el protoboard conectándolo en serie con la resistencia, el interruptor.
- Se coloca la fuente a 3 V y se verifica este voltaje, conectando el voltímetro en paralelo con sus terminales.
- Se conecta la fuente al circuito, manteniendo cerrado el interruptor.
- Seguidamente se conecta el voltímetro en paralelo con el condensador para leer su voltaje cada cierto tiempo.
- El experimento comienza en t = 0 segundos cuando se abre el interruptor, luego el voltaje se mide cada 10 o 15 segundos, durante unos 4 minutos aproximadamente y se anota en una tabla junto a su respectivo tiempo.
- El tiempo aproximado que tarda el condensador en cargarse, en segundos es de 5R.C donde R es el valor de la resistencia (en ohmios) y C es la capacidad del condensador (en faradios)
- Una vez cargado el condensador se apaga la fuente. Los datos obtenidos se grafican en papel milimetrado.
¿Qué sucede?
El condensador inicialmente descargado, se carga rápidamente al comienzo, pero más lentamente al final.
La curva de voltaje versus tiempo tiene forma de exponencial limitada por una asíntota, ya que el voltaje es cero al comienzo, y tiende al valor de la batería una vez que el condensador está cargado.
Explicación
De la batería provienen las cargas positivas que se depositan en una de las caras del condensador, la cual adquiere también carga positiva. Al principio, estando el condensador vacío, las cargas llegan rápidamente, pero poco a poco comienzan a ir más despacio, ya que hay que considerar la repulsión electrostática.
El voltaje en función del tiempo tiene la forma:
Qmax = CVo
Donde Vo es el voltaje de la fuente utilizada.
Se puede modificar el valor de la resistencia, así como el del voltaje inicial, aunque hay que tener presente el voltaje máximo que soporta el condensador, el cual aparece indicado en la envoltura del mismo. Una resistencia de mayor valor hace que el condensador se cargue más lentamente.
- 100 Experimentos sencillos de Física y Química. Recuperado de: juntadeandalucía.es.
- Cómo hacer un periscopio casero. Recuperado de: educaconbigbang.com.
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- Gutiérrez A., C. 2009. Experimentos de Electricidad Básica. McGraw Hill.
- Hidalgo, M. 2008. Laboratorio de Física. Pearson Educación.
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