FUERZAS NATURALEZA FÍSICA SECUNDARIA

FUERZAS GRAVITATORIAS, ELÉCTRICAS, MAGNÉTICAS Y NUCLEARES

FUERZAS EN LA NATURALEZA PARA FÍSICA Y QUÍMICA DE SECUNDARIA:

FUERZA DE ATRACCIÓN GRAVITATORIA:

ACERCAMIENTO INICIAL AL CONTENIDO

LEER EL SIGUIENTE ARTÍCULO: SI YO FUERA PROFESOR DE FÍSICA… Y ATEO

En clase, promoviendo una lectura con interés.

Se entregará en fecha indicada impresión personal de la lectura, que debe incluir la mención y comentarios sobre alguno de los aspectos mencionados en el mismo, con una extensión aproximada de una cara de un folio manuscrita.

Relacionado con el Plan de comunicación Lingüística, en lo que a lectura de textos expositivos se refiere, e intentamos cuidar la presentación en concordancia con nuestro manual de estilo.

CUIDAR LA PRESENTACIÓN EN LAS PRUEBAS EVALUADORAS

Se calificará como, según criterio habitual (100%, 75%, 50%, 25%, 0%; que corresponden a B, R↑,R, R↓, M), como uno de los trabajos trimestrales.

Añadimos en el inicio, el papel protector del planeta del campo magnético terrestre y la importancia de la existencia de las cargas en la configuración de la materia, del átomo, para introducirnos en las otras dos fuerzas de la naturaleza.

PLANTEAMIENTO DE LA REALIDAD FÍSICA DE LA LEY DE ATRACCIÓN UNIVERSAL EN EL CASO DEL MOVIMIENTO DE LA TIERRA ALREDEDOR DEL SOL.

Acercar el movimiento comparándolo con el de una piedra sujeta por una cuerda que hacemos girar en la vertical. Aquí el responsable es la tensión de la cuerda, en el caso de la Tierra, la Fuerza gravitatoria, que tira continuamente de la Tierra, produciendo ese movimiento «casi circular».

FUERZA GRAVITATORIA:

Determinada por la Ley de Gravitación Universal de Newton.

Intentar a través del «Aprendizaje por Descubrimiento» (T.B.L. -Thinking Based Learning) una expresión lógica a la misma, antes de exponerla con corrección.

T.B.L., “APRENDIZAJE POR DESCUBRIMIENTO” FRENTE A CLASES EXPOSITIVAS.

LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL:

«La fuerza de atracción gravitatoria entre dos masas, es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa»

La constante de proporcionalidad (G) es universal, tiene el mismo valor independiente del medio en el que se encuentren las masas.

Utilizarla para obtener el valor de la fuerza gravitatoria (peso) que experimenta una masa de 1 kg, colocada en la superficie de la Tierra, como consecuencia de la atracción del planeta, utilizando los datos que se necesitan, buscándolos en la red.

Sorprenderse de la coincidencia con un valor conocido.

EJERCICIOS DE APLICACIÓN:

EJERCICIO FQ2EE2243:

Hallar el valor del peso de un cuerpo de 1 kg de masa colocado en la superficie de la Luna.

Intentar visualizar la realidad de los astronautas que pisaron la luna e intentar entender su movimiento, a la vista del valor de la fuerza gravitatoria (peso) en la luna.

EJERCICIO FQ2EE2244:

a.- Hallar el valor de la fuerza gravitatoria que Domingo hace sobre Juan Antonio, cuando se encuentran a metro y medio de distancia:

b.- Hallar la fuerza que Juan Antonio hace sobre Domingo.

c.- Dibujar las dos fuerzas en un esquema claro y apropiado

DATOS: mDomingo=65 kg; mJuan Antonio=70 kg; G=6,67·10-11 U.S.I.

IMPORTANTE: UTILIZAR CORRECTAMENTE LA NOMENCLATURA CIENTÍFICA EN EL RESULTADO.

AL RESPECTO DE LA NOTACIÓN CIENTÍFICA:

TENER EN CUENTA QUE EN OCASIONES NO ES POSIBLE TENER UN EDITOR DE TEXTO DE NIVEL, O CALCULADORAS ANTIGUAS, CON LO QUE EN ESOS CASOS:

6,67·10-11 se expresa como 6.67E-11

NOTAR QUE NO SE PONE UNA COMA SINO UN PUNTO, TODO SIN ESPACIOS

Así es como tendríamos que expresar un resultado en pruebas con autocorrección, tipo Socrative.

EJERCICIO FQ2EE2245:

a.- Hallar el valor de la fuerza gravitatoria que un cuerpo A de masa mA=15kg hace sobre un cuerpo B de masa mB=40 kg, cuando se encuentran a 25 cm de distancia. (FAB , que así indicamos la fuerza que A hace sobre B)

b.- Hallar el valor de la fuerza gravitatoria que el cuerpo B hace sobre el cuerpo A del del apartado anterior. (FBA , que así indicamos la fuerza que B hace sobre A)

c.- Realizar un dibujo-esquema de la situación, dibujando las fuerzas e indicándolas con el nombre correpondiente.

DATO: G=6,67·10-11 N·m2/kg2.

IR AL VIDEO QUE RESUELVE EL EJERCICIO: https://youtu.be/n-ne65Mt9xE

PRUEBA 2 FUERZAS EN LA NATURALEZA FQ2EE2246 (X824): (6 MAY 22/FYQ 2º ESO)

La masa de Alberto es de 80 kg de puro músculo; la masa de Omar es de 85 kg.

Teniendo en cuenta que el valor de la constante de gravitación universal es 6,67·10-11 N·m2/kg2, hallar, utilizando correctamente la nomenclatura científica.

a.- El valor de la fuerza gravitatoria que Alberto hace sobre Omar cuando están separados dos metros. Nombrar la Ley que permite obtener este valor y su autor. (1,13·10-7 N)

b.- El valor de la fuerza que Omar hace sobre Alberto cuando se encuentran a una distancia del doble de la del apartado anterior. (2,83·10-8 N)

c.-  Hallar la fuerza gravitatoria que una bolita A de mA=1 kg de masa hace sobre otra bolita B de mB=2 kg de masa cuando están separadas 30 cm. (1,48·10-9 N)

d.- Realizar el dibujo de las fuerzas de la situación anterior, indicando las dos fuerzas que aparecen claramente: FAB (fuerza que A hace sobre B) y FBA (fuerza que B hace sobre A)

e.- Nombrar las fuerzas de la naturaleza que hemos visto, indicando en cada uno de los casos si se trata de fuerzas atractivas, repulsivas o ambas y en qué casos.

FUERZA MAGNÉTICA:

La conocemos, todos hemos jugado con imanes y posiblemente tengamos algunos en la puerta de la nevera.

Las brújulas se orientan, como consecuencia de que la Tierra se comporta como un imán. Lo ideal ahora es jugar con una brújula, con imanes, para observar como se comportan (por un lado se atraen, por el otro se repelen).

Los imagenes tienen por lo tanto dos polos, a uno llamamos polo Norte y al otro polo Sur. Intentaremos identificar los polos de un imán, ayudándonos de una brújula.

Tengamos en cuenta que cuando enfrentamos polo Norte de un imán con polo Norte de otro, se repelen. Cuando enfrentamos polos distintos se atraen. La aguja que señala al Norte en la brújula es el polo Norte de la brújula (que es un imán). Por lo tanto, si un polo del imán atrae al polo Norte de la brújula, será el polo Sur del imán. Si atrae al Sur de la brújula, pues será el Norte del imán.

Es conveniente al respecto, la lectura del siguiente artículo, relacionado con la magnetosfera:

LA TIERRA, MARTE, MAGNETOSFERA, CAPA DE OZONO

En clase, promoviendo una lectura con interés.

Si se considera conveniente, y para constatar que la lectura se ha realizado con rigor, se entregará en fecha indicada impresión personal de la lectura, que debe incluir la mención y comentarios sobre alguno de los aspectos mencionados en el mismo, con una extensión aproximada de una cara de un folio manuscrita.

Relacionado con el Plan de comunicación Lingüística, en lo que a lectura de textos expositivos se refiere, e intentamos cuidar la presentación.

CUIDAR LA PRESENTACIÓN EN LAS PRUEBAS EVALUADORAS

Se calificará como, según criterio habitual (100%, 75%, 50%, 25%, 0%; que corresponden a B, R↑,R, R↓, M), como uno de los trabajos trimestrales.

FUERZA ELÉCTRICA

Determinada por la Ley de Coulomb.

Intentar por descubrimiento una expresión lógica a la misma, antes de exponerla con corrección. Caer en la cuenta de que podría incluso denominarse «Ley de Copión», porque casi que es la de Gravitación Universal, con otras letras, ahí lo dejamos.

LEY DE COULOMB:

«La fuerza de atracción o de repulsión electrostática entre dos cargas, es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa»

La fuerza es de atracción en el caso de que las cargas sean de distinto signo y de repulsión si las cargas tienen el mismo signo.

La constante de proporcionalidad (K) depende del medio en el que se encuentren las cargas.

EJERCICIO FQ2EE2312:

Utilizar la Ley de Coulomb para obtener el valor de la fuerza electrostática que experimenta el electrón del átomo de hidrógeno, por estar en presencia del protón del núcleo, utilizando los datos que se necesitan, buscándolos en la red.

Plantearse el sentido de la fuerza si se trata de dos protones, de dos electrones.

Tener en cuenta que esta fuerza puede ser atractiva o repulsiva, dependiendo del signo de las cargas.

QUIZÁS NO SEA EL MOMENTO EN SECUNDARIA, PERO LES ANTICIPAMOS QUE EL CAMPO ELÉCTRICO Y MAGNÉTICO ESTÁN RELACIONADOS. DE HECHO, ESA RELACIÓN HA SIDO UNA DE LAS CAUSAS DEL PROGRESO DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA ACTUAL.

LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN MOVIMIENTO SE VEN AFECTADAS POR LOS CAMPOS MAGNÉTICOS, LO CUAL SE USA POR EJEMPLO EN EL ESPECRÓMETRO DE MASAS, EL APARATO QUE DETERMINA SUSTANCIAS Y QUE USA EL C.S.I. (LA POLICÍA CIENTÍFICA). ES QUE RESULTA QUE ESE MOVIMIENTO DEPENDE DE LA MASA DE LA PARTÍCULA CARGADA, CON LO QUE EL ESPECTRÓMETRO DE MASAS ES COMO SI FUERA UNA BÁSCULA DE PARTÍCULAS.

TAMBIÉN ESA RELACIÓN ENTRE LO ELÉCTRICO Y MAGNÉTICO SE UTILIZA EN LOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS, EN EL C.E.R.N., POR EJEMPLO, PARA ESTUDIAR LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA: ACELERAMOS PARTÍCULAS CARGADAS QUE POSTERIORMENTE UTILIZAMOS PARA BOMBARDEAR A OTRAS. DEL RESULTADO DE LA COLISIÓN SE SACAN CONCLUSIONES DE LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA. QUE TRISTE… QUE LOS FÍSICOS TENGAN QUE DESTRUIR LA MATERIA PARA CONOCERLA POR DENTRO…

PARA COLMO, LAS VARIACIONES DE CAMPOS MAGNÉTICOS GENERAN CORRIENTES ELÉCTRICAS, QUE ES LO QUE SE UTILIZA PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD, EN LAS CENTRALES TÉRMICAS, NUCLEARES, HIDROELÉCTRICAS Y TAMBIEN EN LOS NUMEROSOS AEROGENERADORES QUE VEMOS CUANDO DESDE LAS PALMAS NOS VAMOS AL SUR PA’ LA PLAYA. ESOS AEROGENERADORES (MOLINOS) Y LA COMBINACIÓN DE DOS DE NUESTRAS PRESAS ES LA IDEA DEL PROYECTO CHIRA-SORIA.

FUERZAS NUCLEARES:

Debe ser considerado un aspecto emergente en este momento.

Está en debate el uso de la energía nuclear (hay opiniones incluso de que es una energía limpia, lo cual es discutible, o mejor debe ser analizado con rigor). Posiblemente hablen de limpia porque no emite gases de efecto invernadero, pero me temo que habrá que tener en cuenta otras consideraciones: almacenaje de los desechos, accidentes….

Este aspecto y la dependencia energética exterior, motivada por la guerra de Ucrania, que sufrimos en este momento, es lo que lo hace un contenido emergente.

Hay una preocupación, igualmente por la guerra de Ucrania por la posibilidad, esperemos que remota, del uso de armamento nuclear.

No olvidemos que la energía nuclear, es la energía de las estrellas, por lo que nosotros «ACHIMAGEC-Hijos del Sol», no podemos quedarnos sin acariciar este contenido.

Por ello consideramos interesante acercarnos a la realidad de la energía que se pone en juego en los procesos nucleares.

Independientemente del valor intrínseco del contenido, debe utilizarse para consolidar los aspectos conocidos de la estructura del átomo: partículas en el núcleo, en corteza, protones, neutrones, electrones, número atómico, número másico, concepto de isótopo, iones, aspectos significativos de la tabla periódico, elementos comunes identificando su posición…. Por ello:

PUEDE INTERESAR:  https://achimagec.com/quimica-basica-estructura-del-atomo-tabla-periodica/

EXPLICACIÓN SENCILLA DE LAS FUERZAS NUCLEARES:

LAS FUERZAS NUCLEARES, QUE SON DEBIDAS A LA CONVERSIÓN DE MASA EN ENERGÍA, SEGÚN LA FAMOSA ECUACIÓN DE EINSTEIN: E=m·c2

Vamos a ver si conseguimos entender esto de las fuerzas nucleares, de la energía nuclear, a través de un ejercicio paso a paso:

EJERCICIO F2BE2472:

Supongamos un núcleo de He, concretamente del isótopo del helio: 24He.

Para este núcleo de Helio, el número másico A=4, y el número atómico Z=2. Por lo tanto, en el núcleo, este Helio tiene dos protones y dos neutrones.

Al núcleo de Helio se le denomina «partícula alfa».

La masa del núcleo de Helio es de 4,0026 u. La masa del protón es 1,0073 u; la masa del nuetrón es 1,0087 u.

INTENTA PENSAR A VER SI VES ALGO SORPRENDENTE AL RESPECTO DE LA MASA DEL NÚCLEO DE HELIO. TEN EN CUENTA QUE EL NÚCLEO TIENE DOS PROTONES Y DOS NEUTRONES.

La masa del núcleo es menor que la suma de las masas de las partículas que lo componen.

POR OTRO LADO, ¿A NADIE LE SORPRENDE QUE EL NÚCLEO DE LOS ÁTOMOS QUE ESTÁN LLENOS DE CARGAS POSITIVAS, ESAS CARGAS POSITIVAS SE MANTENGAN UNIDAS, TENIENDO EN CUENTA QUE LAS CARGAS POSITIVAS SE REPELEN ENTRE SI?.

Esa unión de protones en los núcleos es posible gracias a la conversión de masa en energía. Esa energía consecuencia del «defecto de masa» es lo que mantiene a los núcleos estables. Tiene que ver con lo que se denomina «Interacción Nuclear Fuerte«.

Calcular la energía de enlace en el núcleo de Helio, en unidades del S.I.

DATOS: 1 u.m.a. = 1,66·10-27 kg; c = 3·108 m/s.

EJERCICIO FQ2EE2257:

La masa del núcleo de Litio-6 es de 6,0152. Este isótopo del litio tiene un número atómico Z=3, y un número másico Z=6. Hallar la energía de enlace del núcleo de Litio-6.

DATOS: 1 u.m.a.=1,66·10-27 kg; c=3·108 m/s.; La masa del protón es 1,0073 u; la masa del neutrón es 1,0087 u.

SOLUCIÓN: SOLUCIONES VARIAS ALUMNOS

EJERCICIO FQ2EE2258:

La masa del núcleo de Litio-7 es de 7,0160. Este litio tiene un número atómico Z=3, y un número másico Z=7. Hallar la energía de enlace del núcleo de Litio-7.

DATOS: 1 u.m.a.=1,66·10-27 kg; c=3·108 m/s.; La masa del protón es 1,0073 u; la masa del neutrón es 1,0087 u.

EJERCICIO F2BE1350:

La masa de núcleo del isótopo del sodio (A=23;Z=11) es de 22,9898 u. Calcular:

a) El defecto de masa correspondiente

b) Energía media de enlace por nucleón.

DATOS: mp+ = 1,0073 uma ; mn  = 1,0087 uma ; masa de una u = 1,66·10-27 kg; c=3·108 m/s

ENLACE AL VIDEO QUE RESUELVE ESTE EJERCICIO: https://youtu.be/nEqEOFNaO6E

EJERCICIO FQ2EE2265:

Para el núcleo de manganeso, que tiene 30 neutrones y 25 protones, hallar

a.- Número atómico y número másico.

b.- Defecto de masa, en uma y en kg.

c.- Energía de Enlace

d.- ¿Cómo es posible que el núcleo del manganeso se mantenga estable, teniendo en cuenta la cantidad de protones que tiene?

e.- ¿Qué opinas del uso de la energía nuclear para producir electricidad?

f.- ¿Qué opinas del uso de la energía nuclear para usos militares?

DATOS: mp = 1,007276 uma; mn = 1,008665; masa de una uma = 1,66·10-27 kg; c = 3·108 m/s; mnúcleo Mn = 54,938 uma;

EJERCICIO FQ2EE2267:

Para el núcleo de potasio, concretamente para el isótopo que tiene en su núcleo 15 neutrones y 19 protones, hallar

a.- Su número atómico

b.- Su número másico.

c.- Defecto de masa, en uma.

d.- Defecto de masa, en kg.

e.- Energía de Enlace.

f.- ¿Cómo es posible que el núcleo de potasio del que estamos hablando, se mantenga estable, teniendo en cuenta la cantidad de protones que tiene?

g.- ¿Qué opinas del uso de la energía nuclear para producir electricidad?

h.- ¿Qué opinas del uso de la energía nuclear para usos militares?

INDICACIONES: cuando trabajamos en u.m.a. debemos hacerlo con todos los decimales que nos dan. Cuando pasamos a kg o cuando calculamos la energía, debemos utilizar la nomenclatura científica correctamente.

DATOS: mp = 1,007276 uma; mn = 1,008665; masa de una uma = 1,66·10-27 kg; c = 3·108 m/s; mnúcleo K = 33,99841 uma;

SOLUC.: Z=19; A=34; 0.269809 uma; 4.48E-28 kg; 4.032E-11 J 

ESA ENERGÍA QUE TIENEN LOS NÚCLEOS DE LOS ÁTOMOS ES LA QUE AL ROMPERLOS (FISIÓN NUCLEAR) SE LIBERA EN GRANDES CANTIDADES Y ES CONSECUENCIA DEL BRUTALISMO DE LAS BOMBAS NUCLEARES Y DE LA ENERGÍA QUE PRODUCIMOS EN LAS CENTRALES NUCLEARES.

POR OTRO LADO, SI LO QUE SE HACE ES UNA FUSIÓN NUCLEAR (UNIÓN DE NÚCLEOS) TAMBIEN SE LIBERA ENERGÍA. ES LO QUE OCURRE EN LAS ESTRELLAS Y ES EL MOTIVO DE LA ENORME ENERGÍA QUE SE LIBERA EN ELLAS. 

LAS ESTRELLAS: SI YO FUERA PROFESOR DE QUÍMICA… Y ATEO

EJERCICIO FINAL FQ2EE2313:

Realizar con rigor comentarios a la imagen alusiva de este artículo, intentando ahondar en lo que pretende y en cualquier caso planteando alternativas a la misma.

 

INTERESA COMO CONSOLIDACIÓN, SOBRE TODO DE FUERZAS GRAVITATORIAS Y ELECTROSTÁTICAS, LA SIGUIENTE ACTIVIDAD:

37 EL PEQUEÑO UNIVERSO DEL ATOMO DE HIDROGENO V2

E INCLUSO ESTA OTRA DE PROFUNDIZACIÓN:

54 FUERZAS EN LA NATURALEZA GLOBAL V3

ASPECTOS FORMALES PARA DOCENTES ACTUALIZADOS LOMLOE:

SE PRETENDE CON ESTA DINÁMICA EL DESARROLLO DE LAS COMPETENCIAS CLAVE:

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