Guia P. Fisíca-Dilatación-T I P III grado 11- 30-07-20 PDF

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DISTRITO ESPECIAL DE TURBO SECRETARÍA DE EDUCACIÓN Y CULTURA NÚCLEO EDUCATIVO 01 TURBO INSTITUCIÓN EDUCATIVA ÁNGEL MILÁN PEREA RESOLUCIÓN OFICIAL: 15465 DEL 12 NOV. /2002 NIT: 841.000.532.8 DANE: 105837000153 GUÍA PEDAGÓGICA 3° Periodo Académico 1. Identificación. Área o Asignatura: Ciencias naturales (Física) Correo Electrónico: [email protected] Celular: 3113636117

Grado y Grupo: Undécimos: A, B y C Fecha de Inicio: 06/08/2020 Nombre del Estudiante:

Nombre del Docente: Nehir Mena Moreno Fecha de Entrega: 14/08/2020

2. Referentes Curriculares del MEN: Estándar de Competencia: D.B.A: Comprende que el movimiento de un cuerpo, en un marco de referencia inercial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas Indicador de desempeño: Modelo matemáticamente el movimiento de objetos cotidianos a partir de las fuerzas que actúan sobre ellos. Tema: Dilatación térmica. 3. Actividades a desarrollar 1. Transcribir toda la información de los numerales 2 y 5 de la presente guía al cuaderno (0,5 puntos) 2. Resuelve 4 de los siguientes ejercicios (4 puntos, un punto cada ejercicio): A. Un cable de cobre, tiene una longitud de 52 cm. ¿Qué longitud tendrá cuando la temperatura aumente de 288.15 K a 140 °F? B. Un tubo de silicona, tiene una longitud de 320 mm. ¿Qué longitud tendrá cuando la temperatura aumente de 28°C a 98,6 °F? C. El área superficial de una lámina de cobre es de 0,28 m2. ¿Cuál será su área si la temperatura aumenta de 41 °F a 75 °C? D. El área superficial de una lámina de hierro es de 58 cm2. ¿Cuál será su área si la temperatura aumenta de 15 °C a 328.15 K? E. Un cubo de diamante tiene un volumen de 0,38 cm3 a una temperatura de 25 °C, cuál será su volumen a 197,6 ° F? F. La puerta de hierro de la casa de Samir, tiene un volumen de 1,24 m3 a una temperatura de 301.15 K, cuál será su volumen cuando la temperatura es de 104 ° F?

Dirección: Carrera 14 No. 98-121 Barrio San Martín de Porres E. Mail: [email protected] Teléfonos: 8273882 - 8276591 - 8272033 Página 1 de 5

DISTRITO ESPECIAL DE TURBO SECRETARÍA DE EDUCACIÓN Y CULTURA NÚCLEO EDUCATIVO 01 TURBO INSTITUCIÓN EDUCATIVA ÁNGEL MILÁN PEREA RESOLUCIÓN OFICIAL: 15465 DEL 12 NOV. /2002 NIT: 841.000.532.8 DANE: 105837000153 4. Aspectos a Evaluar Responsabilidad en la entrega oportuna de la guía. Cumplimiento de las recomendaciones para su desarrollo y entrega (0,5 puntos). Planteamientos, procedimientos para resolver los problemas, conversión y cancelación de unidades. Envío de las actividades: le toman fotos a las páginas del cuaderno (todas deben tener el nombre del estudiante) y las envía al correo; [email protected], de este automáticamente se confirmará el recibido. En el asunto del correo, escriben la siguiente información: apellidos nombres, asignatura, grado número de la guía y grupo del estudiante. Ejemplo: Mena Palacios Yaira Sofía. Física I, 11 A. Ojo esto valdrá 0,5 punto de la nota del trabajo. Los trabajos online tendrán una bonificación de 0,5 puntos. Si no tienen celular pídele ayuda a un familiar o vecino, toca evitar al máximo las salidas, el aislamiento preventivo es esencial para prevenir la propagación del virus. Las dudas se despejan por WhatsApp de Lunes a Viernes en el horario de 8 am-2 pm. Ojo: trabajos copiados se califican con cero y se realiza la notificación en el boletín de calificaciones. 5. Referentes teóricos y fuentes de información DILATACIÓN TÉRMICA DE LOS CUERPOS Todos los cuerpos materiales (sólidos, líquidos y gaseosos) experimentan una dilatación con el aumento de su temperatura interna. Dependiendo de la sustancia, cada una posee diferente comportamiento, el cual se registra con un coeficiente de dilatación específico para cada material. A excepción de los gases, se presentan tres tipos de dilatación para cuerpos sólidos y líquidos. Los ruidos que escuchas cuando se apaga una estufo o un horno son producto de este fenómeno, así como el ruido que producen las puertas metálicas y las láminas de los techos, cuando a temperatura aumenta. Dilatación Lineal: es el incremento de la longitud (Primera Dimensión) de un cuerpo en forma de barra por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Lineal (K) al incremento de longitud que experimenta la unidad de longitud al aumentar su temperatura en 1°C. Nota: La unidad de medida de K es 1/°C, o también °C-1. Su fórmula (f 1) es: Donde: K: Coeficiente de Dilatación Lineal LF: Longitud final TF: Temperatura final

LO: Longitud Inicial TO: Temperatura inicial

Dilatación Superficial: es el incremento del área (Segunda Dimensión) de un cuerpo en forma plana por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Superficial (KS) al incremento del área que experimenta la unidad de superficie al aumentar su temperatura en 1°C. El coeficiente de dilatación superficial KS es igual al doble del coeficiente de dilatación lineal del mismo material, o sea: KS = 2*K. Su fórmula (f 2) es:

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DISTRITO ESPECIAL DE TURBO SECRETARÍA DE EDUCACIÓN Y CULTURA NÚCLEO EDUCATIVO 01 TURBO INSTITUCIÓN EDUCATIVA ÁNGEL MILÁN PEREA RESOLUCIÓN OFICIAL: 15465 DEL 12 NOV. /2002 NIT: 841.000.532.8 DANE: 105837000153

KS: Coeficiente de Dilatación Superficial.

Donde: AF: Área final

AO: Área Inicial

Dilatación Volumétrica: es el incremento del volumen (Tercera Dimensión) de un cuerpo en forma de un sólido geométrico por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Cúbico (KC) al incremento del volumen que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en 1°C. El coeficiente de dilatación cúbico KC es igual al triple del coeficiente de dilatación lineal del mismo material, o sea KC = 3 * K. Su fórmula (f 3) es:

Donde: VF: Volumen final

KC: Coeficiente de Dilatación Cúbico

VO: Volumen Inicial

DILATACIÓN ANORMAL DEL AGUA Normalmente, cuando disminuye la temperatura de un líquido, éste se contrae de acuerdo con el principio de la dilatación cúbica. Sin embargo, existe una gran excepción con el agua, ya que: El agua se contrae cuando su temperatura aumenta desde 0°C hasta 4°C. Luego de los 4°C, el agua se comporta de forma normal, aumentando su volumen según se incremente la temperatura. Por lo tanto: El agua líquida tiene su mayor densidad a los 4°C y no a los 0°C como era de esperarse. Esto trae como consecuencia que: El agua es la única sustancia en la que el hielo puede flotar sobre el líquido, debido a que el hielo es menos denso que el agua. Gracias a esta importante propiedad por ejemplo: El agua de los lagos sólo se congela en la superficie cuando llega el invierno, conservando dentro del estanque agua líquida, que mantiene la vida de los peces y animales que lo habitan. Nota: Sólo una décima parte del hielo se asoma afuera de la superficie del agua; el resto se mantiene sumergido. En la siguiente tabla se muestran coeficiente de dilatación de algunos materiales Tabla 1. Coeficiente de dilatación de algunos materiales Sustancia

K L (°C -1)

K S (°C -1)

K V (°C -1)

Aluminio Cobre Hierro Invar Vidrio común Acero Diamante Silicio

2,3 x 10-5 1,7 x 10-5 1,17 x 10 -5 7,0 x 10 -7 9,0 x 10 -6 1,1 x 10 -5 9,0 x 10 -7 4,0 x 10 -7

4,6 x 10 -5 3,4 x 10 -5 2,34 x 10 -5 1,4 x 10 -6 1,8 x 10 -5 2,2 x 10 -5 1,8 x 10 -6 8,0 x 10 -7

6,9 x 10 -5 5,1 x 10 -5 3,51 x 10 -5 2,10 x 10 -6 2,7 x 10 -5 3,3 x 10 -5 2,7 x 10 -6 1,2 x 10 -6

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DISTRITO ESPECIAL DE TURBO SECRETARÍA DE EDUCACIÓN Y CULTURA NÚCLEO EDUCATIVO 01 TURBO INSTITUCIÓN EDUCATIVA ÁNGEL MILÁN PEREA RESOLUCIÓN OFICIAL: 15465 DEL 12 NOV. /2002 NIT: 841.000.532.8 DANE: 105837000153 Ejemplos dilatación lineal: Los rieles de una vía de tren de acero, tienen 1540 m de longitud. ¿Qué longitud tendrá cuando la temperatura aumente de 20°C a 45°C? Del problema se tiene la siguiente información: TF: Temperatura final = 45 °C TO: Temperatura inicial = 20 °C LO: Longitud Inicial = 1540m LF: Longitud final? De la tabla 1, obtengo el K: Coeficiente de Dilatación Lineal para el acero = 1,1 x 10 -5 Aplicando la fórmula 1:

LF = 1540 m ∗ [1 + LF = 1540 m ∗ [1 +

1,1 x 10 −5 °𝐶

∗ (45 °𝐶 − 20 °𝐶)]

1,1 x 10 − 5 ∗ (25 ° 𝐶)] = 1540,424 𝑚 °𝐶

Cuál sería la LF: Longitud final, si los rieles fueran de hierro? Se conservan todos los datos, únicamente se busca el K del hierro, según la tabla 1, es de 1,17 x 10 -5 Aplicando la formula. 1,17 x 10 −5 ∗ (45 °𝐶 − 20 °𝐶)] LF = 1540 m ∗ [1 + °𝐶

LF = 1540 m ∗ [1 +

1,17 x 10 − 5 ∗ (25 ° 𝐶)] = 1540,450 𝑚 °𝐶

Ejemplos dilatación superficial: Una de las ventanas de vidrió del laboratorio del colegio, tiene un área de 4 m2, cuál será el área de la misma, en día de mayo donde la temperatura fluctúa entre 18 y 35 °C? Del problema se tiene la siguiente información: TF: Temperatura final = 35 °C TO: Temperatura inicial = 18 °C 2 AO: Área Inicial = 4 m AF: Área final? De la tabla 1, obtengo el KS: Coeficiente de Dilatación superficial para el vidrio = 1,8 x 10 -5 Aplicando la fórmula 2

AF = 4 m2 ∗ [1 + AF = 4 m2 ∗ [1 +

1,8 x 10 −5 °𝐶

∗ (35 °𝐶 − 18 °𝐶)]

1,8 x 10 − 5 ∗ (17 ° 𝐶)] = 4,0012 𝑚2 °𝐶

Cuál sería la AF: Área final, si el material de la ventana fuera una lámina de cobre? Se conservan todos los datos, únicamente se busca el KS del cobre, según la tabla 1, es de 3,4 x 10 -5 Aplicando la formula.

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3,4 x 10 −5 °𝐶

∗ (35 °𝐶 − 18 °𝐶)]

3,4 x 10 − 5 ∗ (17 ° 𝐶)] = 4,0023 𝑚2 °𝐶

Ejemplos de dilatación volumétrica: Una barra de aluminio de 85 cm3 de volumen, se encuentra a una temperatura de 18°C, posteriormente se calienta a 55°C, ¿cuál será su volumen final? Del problema se tiene la siguiente información: TF: Temperatura final = 55 °C TO: Temperatura inicial = 18 °C 3 VO: Volumen Inicial = 85cm VF: Volumen final? De la tabla 1, obtengo el KC: Coeficiente de Dilatación cúbico para el aluminio = 6,9 x 10 -5 Aplicando la fórmula 3:

VF = 85 cm3 ∗ [1 + VF = 85 cm3 ∗ [1 +

6,9 x 10 −5 °𝐶

∗ (55 °𝐶 − 18 °𝐶)]

6,9 x 10 − 5 ∗ (37 ° 𝐶)] = 85,217 𝑐𝑚3 °𝐶

Cuál sería la VF: Volumen final, si la barra fuera de invar? Se conservan todos los datos, únicamente se busca el KV del invar, según la tabla 1, es de 2,1 x 10 -6 Aplicando la formula 2,1 x 10 −6 VF = 85 cm3 ∗ [1 + ∗ (55 °𝐶 − 18 °𝐶)] °𝐶

VF = 85 cm3 ∗ [1 +

2,1 x 10 − 6 ∗ (37 ° 𝐶)] = 85,007 𝑐𝑚3 °𝐶

Nota: fíjese que todos los coeficientes de dilatación, están en unidades de 1/°C, por lo tanto las temperaturas deben estar en °C. Para resolver estos ejercicios los más adecuado es utilizar una calculadora científica, los coeficientes los meten en la misma con la tecla EXP, parte inferior. Para afianzar los conocimientos, se recomienda observar videos del tema en YouTube.

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