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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** Ejercicios asignados a JOSE EDUARDO CASTELLANOS GONZALEZ (Estudiante # 1) Ejercicio 1. (simulador-video #1) El proceso del simulador-video #1 es el siguiente. 1. Realizar la lectura Teorema de Conservación de la Energía. 2. Revisar los tutoriales del simulador y de la edición del video sugeridos en la tabla 2. 3. Utilizar el simulador Pista de patinar-Energía de la Universidad de Colorado1 siguiendo las instrucciones dadas en la guía. 4. Realizar un video entre 4 y 5 minutos y subirlo a un canal como youtube o similares, donde hace las simulaciones necesarias para responder la pregunta de la tabla 3. 1. Lectura: “Conservación de la energía mecánica” Existen diferentes definiciones de energía, relacionadas con capacidad y fuerza, aunque en general es la propiedad que tiene un sistema para hacer un trabajo. No obstante, lo que es interesante comprender es el comportameinto de la energía, es decir la manera como se transforma. El estudio de diversas formas de energía y sus transformaciones ha conducido a la ley de la conservación de la energía en mecánica newtoniana: “la energía no se puede crear ni destruir; se puede transformar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía no cambia”. Encontramos también diferentes manifestaciones de energía: calor, movimiento, radioactiviad, electricidad, entre otras. Convirtiendose la energía en una de las partes fundamentales del universo, el cual además está compuesto de materia y energía en un fondo espacio temporal.

Figura 1. Fuentes de energía, transformación y usos.

2

Dentro de los tipos de energía se encuentra la energía mecánica, que es producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc, y la poseen los cuerpos por el simple 1

Recurso tomado de https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics

2

Recurso tomado de https://www.eoi.es/blogs/fuentes-de-energia-transformacion-y-usos/

hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. La energía mecánica se compone de: energía cinética y energía potencial, esta última pueder ser gravitatoria o elástica.

Figura 2. Física: Energía mecánica y trabajo, conservación y disipación.

3

Energia cinética: Para identificar las características de la energía de movimiento, denominada energía cinética, utilizamos la ecuación:

1 K= mv 2 ( 1 ) 2 Donde m es la masa del objeto y v es el módulo de la velocidad a la que se mueve. Cuando un objeto se mueve, entonces, es capaz de efectuar trabajo, que depende de la masa y rapidez del objeto. Si se considera que el trabajo neto es la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que actúan en el sistema. Entonces, la variación de la energía cinética ΔK de un objeto en movimiento es igual al trabajo neto requerido para modificar su estado inicial de movimiento, es decir que, en general el trabajo neto se puede expresar como los cambios de energía cinética

W Neto =ΔK Donde, el cambio en la energía cinética es la energía cinética final cinética inicial

1 m v i2 2

1 m v f 2 menos la energía 2

1 1 ΔK = m v f 2− m v i2 ( 2 ) 2 2 Energia potencial: Es importante indicar que un objeto puede almacenar energía dependiendo de su posición, este tipo de energía se denomina energía potencial, ya que, en esta condición de almacenamiento, el objeto tiene el potencial de desarrollar un trabajo. Por ejemplo, un resorte 3

Recurso tomado https://natureduca.com/fisica-energia-mecanica-y-trabajo-conservacion-y-disipacion-01.php

estirado o comprimido tiene el potencial de realizar un trabajo, a esta energía se le denomina energía potencial elástica y se expresa de la siguiente manera:

1 U s= k x 2 ( 3 ) 2 donde k  corresponde a la "constante elástica del resorte", y x a la elongación realizada por el objeto elástico desde su posición de equilibrio. El caso de la energía potencial elástica, donde las unidades de la constante elástica son [ k ]=

N m

. Al hacer un análisis dimensional utilizando las unidades del sistema internacional de medidas se tiene que:

[ U s ]=[ k x 2 ] N

[ U s ]= m m2=N ∙m=J La energía potencial de un cuerpo debida a su posición se llama energía potencial gravitacional y se expresa mediante:

U g=mgh ( 4 ) En este caso la energía potencial es igual al producto de la masa m del objeto, por la altura h a la que se encuentra sobre un valor de referencia y al valor de la aceleración debida a la gravedad g. Con frecuencia es conveniente elegir la superficie de la Tierra como la posición de referencia para la energía potencial con valor cero, sin embargo, dependiendo de la situación a estudiar la posición de referencia puede cambiar. Para el caso de una partícula que cae desde una altura “ h ” en caída libre, es decir, en un movimiento con aceleración constante, se dice que la partícula posee energía cinética y potencial gravitatoria. Se puede deducir entonces, que la energía cinética está asociada a la velocidad de un objeto y que la energía potencial gravitatoria está asociada a la posición del objeto. Observe la siguiente secuencia:

Figura 3. Energía cinética y potencial igual a cero.

La suma de las energías cinética y potencial ( E=K +U ), conocida como energía mecánica E , permanece constante en el tiempo. Este es un ejemplo del principio de conservación de la energía, es decir, que dos instantes de tiempo inicial (i ) y final ( f ) se cumple que:

E f =E i(6)

Figura 4. Energía potencial diferente a cero, debido a la altura “h”

O lo que es igual a:

K f +U f =K i +U i (7)

El principio de la conservación de la energía se cumple para cualquier sistema aislado de objetos que interactúan sólo a través de fuerzas conservativas4 en el marco de la mecánica newtoniana

Figura 5. Energía cinética y potencial diferente a cero.

Unidades de medida La unidad de medida de energía, en el sistema internacional, es el Joule ( J ), en honor al físico inglés James Joule; esta unidad de medida se define como el producto entre las unidades de fuerza y distancia, es decir, 1 J =1 N ∙ m. De manera similar se procede con todos los tipos de energía, en todos ellos, siempre se llega a la unidad de Joules. 2. Simulador “Pista de patinar - Energía” En la tabla 3 se presentan dos tutoriales, el primero de ellos muestra el paso a paso de cómo se utiliza el simulador y segundo explica cómo se genera el enlace de la grabación del vídeo. Descripción

Enlace vídeo explicativo

Enlace página del recurso

Uso del simulador de la universidad de colorado “Pista de patinar – Energía”

https://youtu.be/8DQ_kN_yQ rQ

https://phet.colorado.edu/es/simul ation/legacy/energy-skate-park

Uso del recurso screencast-o-matic para hacer la grabación del vídeo y proceso para generar el enlace del vídeo en línea.

https://youtu.be/QgB-Q7Icd0

https://screencast-o-matic.com/

Tabla 3. Vídeo tutoriales que explican el proceso para utilizar el simulador y para generar el enlace de grabación del vídeo.

Descripción del proceso: a) Ingrese al simulador, haciendo clic en el siguiente https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/energy-skate-park b) Haga clic en “Reiniciar” 4

Una fuerza es conservativa, si el trabajo realizado sobre una partícula que se mueve entre dos puntos cualesquiera es independiente de la trayectoria seguida por la partícula.

enlace:

c) En el botón “Elegir patinador” seleccione “PhET Skater (75 kg)” d) Haga clic en “Referencia de energía potencial”, “Mostrar cuadrícula”, “Mostrar gráfico circular”, “Gráfico de barras” y “Energía frente a posición” e) Elimine la selección en el recuadro de “Con térmica” f) En el recuadro de localización, seleccione uno por uno los cuatro escenarios que allí hay (Luna, tierra, júpiter y espacio). En cada una de esos cuatro escenarios, coloque al patinador sobre la parte más alta de la pista y suéltelo de tal manera que se mueva sobre ésta; revise el valor de la gravedad en cada uno de estos cuatro escenarios, analice el movimiento del patinador y los cambios que se presentan en la energía y en la velocidad del patinador. g) Con clic sostenido, coloque la pista sobre el suelo y vuelva repetir el proceso descrito en el literal (f). h) Con base en el trabajo realizado en el simulador y la revisión de la lectura “Conservación de la energía mecánica” responda y justifique las preguntas asignadas en la tabla 4. Además, copie el enlace de grabación del vídeo. Preguntas que debe responder en el vídeo y justificar utilizando el simulador a) ¿Cuál es el comportamiento de la energía potencial gravitatoria y la energía cinética con respecto a la energía mecánica total?

Respuesta (a) b) ¿Para qué altura de la pista la energía potencial gravitatorio toma valor máximo y mínimo? NOTA: utilice la cinta métrica para determinar la altura exacta de esos puntos justifique su respuesta.

Respuesta (b) c) ¿Para qué altura de la pista la energía cinética toma valor máximo y mínimo? justifique su respuesta.

Respuesta (c) d)Deje expresa una pregunta a los estudiantes que revisaran su video para que ellos den respuesta en el foro después de ver su video

Respuesta (d) Enlace de grabación del vídeo: Tabla 4. Respuestas a las preguntas formuladas con base en el trabajo realizado en el simulador y la lectura asignada.

Ejercicio 2. Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones (Estudiante # 1) En una práctica de laboratorio, una esfera de masa 1,96 kg que se desliza por una pista horizontal lisa (sin fricción) con una velocidad de 1,56 m/s choca con un resorte de masa despreciable y constante K = 548 N/m en equilibrio y con uno de sus extremos fijo, como se muestra en la figura:

Figura 6. Ejercicio Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones.

A partir de la información anterior, calcular: A. la distancia Δx que se comprime el resorte. B. La altura desde la que debería caer la esfera sobre el resorte, si este se coloca verticalmente, para producir la misma compresión del literal A, asumiendo que en ese punto la esfera se detiene. Ejercicio 3. Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal (Estudiante # 1) En una demostración de robots seguidores de línea, dos seguidores de línea se deslizan sobre una superficie sin fricción. El primer seguidor, con masa de 21,0 gr, se mueve inicialmente a 1,79 m/s paralelo al eje x, el cual choca con el segundo seguidor, cuya masa es de 8,0 gr que está inicialmente en reposo, como se muestra en la figura. Después del choque, el primer seguidor se mueve a 1,04 m/s en una dirección que forma un ángulo β= 30,0 con su dirección inicial.

Figura 7. Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal.

A partir de la información anterior, determine: A. ¿La velocidad final que tiene el segundo seguidor? B. ¿La dirección del segundo seguidor justo después del choque con respecto al eje x positivo? C. La energía cinética total y antes después del choque y verifique si el teorema de conservación de la energía cinética se cumple o no. Ejercicio 4. Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) (Estudiante # 1) Un estudiante de la UNAD utiliza una manguera de 1,41 cm de diámetro para llenar un balde con agua, está interesado por determinar el área de la boquilla de la manguera por donde sale la manguera, teniendo en cuenta que el agua entra a 3,49 m/s y sale a 4,43 m/s. Presente el procedimiento que permita determina el área de la boquilla de salida del agua. NOTA: considerar el agua como un fluido incomprensible. Ejercicio 5. (explicación-video #2 - Estudiante # 1) Preguntas orientadoras: 1. ¿Qué es la energía mecánica, la energía potencial elástica y la energía cinética? 2. ¿Cómo se relacionan estas energías?

3. ¿De qué habla el teorema de conservación de la energía mecánica? 4. Enunciado del ejercicio: El sistema masa-resorte que se presenta a continuación tiene las siguientes características.  Masa del bloque: 0,595 kg  Velocidad en el punto a): 1,44 m/s  Constante de la elasticidad del resorte: 52,0 N/m.

Figura 8. Ejercicio #5 del estudiante #1.

A partir de la anterior información: A. Exprese la energía mecánica en cada situación a), b), c) d) justifique su respuesta. B. Utilice el teorema de la conservación de la energía mecánica y presente el paso a paso que le permita encontrar el valor de la comprensión del resorte en c) (compresión máxima) C. Utilice el teorema de la conservación de la energía mecánica y presente el paso a paso que le permita encontrar el valor de la velocidad en d) D. Utilice el teorema de la conservación de la energía mecánica y presente el paso a paso que le permita encontrar el valor de la velocidad en b) asumiendo que x B es la mitad de la compresión máxima del resorte. Elementos que debe contener el video del ejercicio 5 – video # 2 1. 2. 3.

Lectura completa del enunciado. Representación gráfica (si se requiere). Indicar los conceptos que se requieren para el desarrollo del ejercicio.

4. 5. 6. 7. 8.

Indicar las variables que brinda el enunciado. Indicar las ecuaciones que usa y definir cada uno de los términos. Indicar los despejes u operaciones algebraicas. Mostrar el procedimiento paso a paso para su desarrollo Análisis físico de los resultados.

Formato del video: Contenido en forma de guion técnico, especificando los elementos necesarios para la realización del video, como imágenes, sonido y texto a mostrar en un lapso de 5,5 min (330 segundos) o.

Escena

Imagen

Sonido

Texto

Tiemp o (seg)

1

Lectura completa enunciado

Cámara con ventana flotante con vista al estudiante mostrando identificación

Presentación del estudiante y lectura del enunciado

Enunciado presentado en ventana flotante

60

2

Representación gráfica

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Bosquejo, dibujos o diagramas de fuerza que muestren análisis realizado

15

3

Conceptos presaberes

y

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Conceptos teóricos y presaberes estudiados para iniciar la solución del problema

90

4

Variables dadas en el enunciado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación de variables dadas

las

Exposición explícita de la variables dadas por el enunciado

15

5

Ecuaciones a usar y definir nomenclatura

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación del uso de ecuaciones físicas para la solución de este ejercicio

Ecuaciones físicas a usar a partir de los conceptos teóricos y pre saberes estudiados

15

6

Operaciones algebraicas y despejes

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

texto

Presentación y desarrollo paso a paso de las operaciones realizadas

90

8

Análisis y conclusiones del resultado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación de la coherencia del resultado, conclusión de la solución

Exposición explícita de las variables y resultado numérico obtenido y respuestas a las preguntas orientadoras.

45

del

del

9

TIEMPO TOTAL

330

El video debe ser grabado por medio de una herramienta que permita utilizar cámara, voz y pantalla; Se sugiere Loom, Camtasia, Screencast-o-Matic. La grabación debe enfocar el rostro durante todo el vídeo, a su vez se debe compartir pantalla donde se muestre el ejercicio en Word con el procedimiento.

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Ejercicios asignados a EDILSON ARIEL DELGADILLO CASTILLO (Estudiante # 2) Ejercicio 1. (simulador-video #1) El proceso del simulador-video #1 es el siguiente. 1. Realizar la lectura Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. 2. Utilizar el simulador Laboratorio de colisiones de la Universidad de Colorado y completar la tabla 3. 3. Realizar un Vídeo entre 4 y 5 minutos y subirlo a un canal como YouTube o similares, donde hace las simulaciones necesarias para responder la pregunta de la tabla 4. 1. Lectura: “Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal” Un cuerpo que se encuentra en movimiento respecto a un sistema de referencia tiene una propiedad física llamada cantidad de movimiento o momento lineal. Esta magnitud es vectorial y generalmente se escribe mediante el vector ⃗p. El momento lineal se define como el producto entre la masa y la velocidad: ⃗p=m⃗v (1) donde m es la masa y ⃗v es la velocidad del cuerpo. Dicha propiedad se mantiene constante para una partícula que se encuentra aislada del universo:

⃗ pi=⃗ p f (2) además, si se tiene más de una partícula aislada, lo que se mantiene constante es la cantidad de movimiento neto de todas las partículas del sistema en cuestión:

⃗ p1 i+⃗ p 2i +⃗ p3 i +…+ ⃗ p ¿=⃗ p1 f +⃗ p 2 f +⃗ p3 f + …+⃗ pmf (3) que, escrito de manera compacta, es:

n

m

p¿ = ∑ ⃗ p mf (4) ∑⃗ n =1

m =1

donde n y m representan el número de partículas que hay antes y después de un suceso, tal como un choque. El cual se suele estudiar de manera independiente dada su importancia en ciertas situaciones cotidianas. Existen diferentes tipos a saber; puede ser choque elástico, cuando se conservan tanto momento como energía cinética; choque inelástico, cuando solo se conserva el momento; y choque completamente inelástico, cuando las partículas que interaccionan terminan moviéndose juntas. Resolver el sistema de ecuaciones resultante, y finalmente interpretar los resultados.

2. Simulador “laboratorio colisiones” En la tabla 3 se presentan dos tutoriales, el primero de ellos muestra el paso a paso de cómo se utiliza el simulador y segundo explica cómo se genera el enlace de la grabación del vídeo. Descripción

Enlace vídeo explicativo

Enlace página del recurso

Uso del simulador de la universidad de colorado “Laboratorio colisiones” Uso del recurso screencast-omatic para hacer la grabación del vídeo y proceso para generar el enlace del vídeo en línea.

https://youtu.be/4Lpe7Pjidi w

https://phet.colorado.edu/en/si mulation/legacy/collision-lab https://screencast-o-matic.com/

https://youtu.be/QgB-Q7Icd0

Tabla 3. Vídeo tutoriales que explican el proceso para utilizar el simulador y para generar el enlace de grabación del vídeo.

Descripción del proceso: a) Descargue el simulador que se encuentra en el siguiente enlace: https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/collision-lab Es necesario que autorice la descarga, dado que el ordenador detecta el programa como posible amenaza. b) Ejecute el programa. Se abre una ventana del navegador donde debe permitir el pluggin Adobe flash player. Tenga en cuenta que para poder usar el software debe tener instalada la última versión de Java. c) En la primera pestaña del menú “Introduction” identifique cada uno de los botones y variables que puede controlar. d) En la segunda pestaña del menú “Advanced” identifique cada uno de los botones y variables que puede controlar. e) Establezca las diferencias de lo que encontró en los dos pasos anteriores. f) Revise el vídeo explicativo del uso del simulador reportado en la tabla 3 y determine que le faltó tener en cuenta en los tres pasos anteriores.

g) Con base en el trabajo realizado en el simulador y la revisión de la lectura “Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal” responda y justifique las preguntas asignadas en la tabla 4. Además, copie el enlace de grabación del vídeo. Preguntas que debe responder en el vídeo y justificar utilizando el simulador a) En una dimensión ¿Qué condiciones deben cumplir las masas y velocidades de los cuerpos para moverse en sentidos iguales y opuestos? Respuesta (a) b) En dos dimensiones establezca una situación en que el choque sea elástico, inelástico y completamente inelástico. ¿A dónde va la energía en los dos últimos casos?

Respuesta (b) c) En una situación en que dos partículas de diferente masa van a colisionar, ¿bajo qué condiciones permanecen inmóviles después del choque?

Respuesta (c) d) Deje expresa una pregunta a los estudiantes que revisaran su video para que ellos den respuesta a su interrogante después de ver su vídeo.

Respuesta (d) Enlace de grabación del vídeo: Tabla 4. Respuestas a las preguntas formuladas con base en el trabajo realizado en el simulador y la lectura asignada.

Ejercicio 2. Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones (Estudiante # 2) En una práctica de laboratorio, una esfera de masa 2,03 kg que se desliza por una pista horizontal lisa (sin fricción) con una velocidad de 1,74 m/s choca con un resorte de masa despreciable y constante K = 584 N/m en equilibrio y con uno de sus extremos fijo, como se muestra en la figura:

Figura 1. Ejercicio Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones.

A partir de la información anterior, calcular: A. la distancia Δx que se comprime el resorte. B. La altura desde la que debería caer la esfera sobre el resorte, si este se coloca verticalmente, para producir la misma compresión del literal A, asumiendo que en ese punto la esfera se detiene. Ejercicio 3. Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal (Estudiante # 2) En una demostración de robots seguidores de línea, dos seguidores de línea se deslizan sobre una superficie sin fricción. El primer seguidor, con masa de 21,0 gr, se mueve inicialmente a

2,29 m/s paralelo al eje x, el cual choca con el segundo seguidor, cuya masa es de 10,0 g que está inicialmente en reposo, como se muestra en la figura. Después del choque, el primer seguidor se mueve a 1,13 m/s en una dirección que forma un ángulo β= 32,0 con su dirección inicial.

Figura 2. Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal.

A partir de la información anterior, determine: A. ¿La velocidad final que tiene el segundo seguidor? B. ¿La dirección del segundo seguidor justo después del choque con respecto al eje x positivo? C. La energía cinética total y antes después del choque y verifique si el teorema de conservación de la energía cinética se cumple o no. Ejercicio 4. Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) (Estudiante # 2) Un estudiante de la UNAD utiliza una manguera de 1,05 cm de diámetro para llenar un balde con agua, está interesado por determinar el área de la boquilla de la manguera por donde sale la manguera, teniendo en cuenta que el agua entra a 3,28 m/s y sale a 4,73 m/s. Presente el procedimiento que permita determina el área de la boquilla de salida del agua. NOTA: considerar el agua como un fluido incomprensible. Ejercicio 5. (explicación-video #2 - estudiante # 2) Preguntas orientadoras: 1. ¿Cuál es la diferencia entre choques elásticos e inelásticos desde el punto de vista conceptual y matemático? 2. ¿Cómo son las expresiones matemáticas que expresan la conservación de la cantidad de movimiento para el sistema? 3. ¿Cuál es el sistema de referencia más apropiado para el estudio de un sistema de colisión bidimensional? Enunciado del ejercicio: Un crucero de 272 Toneladas parte desde la ciudad de Cartagena hacia la isla de San Andrés a una velocidad de 45,0 m/s, en la mitad del camino se observa un barco mercante clase Panamax de 497 Toneladas acercándose por la derecha a una velocidad de 36,0 m/s, colisionando perpendicularmente de tal manera que, ambos barcos quedan unidos a una velocidad y un ángulo θ como se muestra en la imagen. A partir de la anterior información determine:

A. la dirección (θ) de los barcos después de la colisión (presente el paso a paso de como obtiene esa dirección) B. la magnitud de la velocidad de los barcos después de la colisión (presente el paso a paso de como obtiene esa velocidad) C. Represente en un mismo plano cartesiano a escala las velocidades de las dos embarcaciones antes y después del choque, asumiendo que el punto de la colisión es el origen del plano, es decir, el punto (0,0)

Figura 3. Ejercicio #5 del estudiante #2.

Nota: Establezca un sistema de referencia que facilite el desarrollo del ejercicio El ángulo de inclinación entre el vector posición y el vector fuerza. Elementos que debe contener el video del ejercicio 5 – video # 2 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Lectura completa del enunciado. Representación gráfica (si se requiere). Indicar los conceptos que se requieren para el desarrollo del ejercicio. Indicar las variables que brinda el enunciado. Indicar las ecuaciones que usa y definir cada uno de los términos. Indicar los despejes u operaciones algebraicas. Mostrar el procedimiento paso a paso para su desarrollo Análisis físico de los resultados.

Formato del video: Contenido en forma de guion técnico, especificando los elementos necesarios para la realización del video, como imágenes, sonido y texto a mostrar en un lapso de 5,5 min (330 segundos) o.

Escena

1

Lectura completa enunciado

del

Imagen

Sonido

Texto

Cámara con ventana flotante con vista al

Presentación del estudiante y lectura del

Enunciado

Tiemp o (seg) presentado

60

estudiante mostrando identificación

enunciado

en ventana flotante

2

Representación gráfica

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Bosquejo, dibujos o diagramas de fuerza que muestren análisis realizado

15

3

Conceptos presaberes

y

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Conceptos teóricos y presaberes estudiados para iniciar la solución del problema

90

4

Variables dadas en el enunciado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación de variables dadas

las

Exposición explícita de la variables dadas por el enunciado

15

5

Ecuaciones a usar y definir nomenclatura

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación del uso de ecuaciones físicas para la solución de este ejercicio

Ecuaciones físicas a usar a partir de los conceptos teóricos y pre saberes estudiados

15

6

Operaciones algebraicas y despejes

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

texto

Presentación y desarrollo paso a paso de las operaciones realizadas

90

8

Análisis y conclusiones del resultado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación de la coherencia del resultado, conclusión de la solución

Exposición explícita de las variables y resultado numérico obtenido y respuestas a las preguntas orientadoras.

45

9

del

TIEMPO TOTAL

330

El video debe ser grabado por medio de una herramienta que permita utilizar cámara, voz y pantalla; Se sugiere Loom, Camtasia, Screencast-o-Matic. La grabación debe enfocar el rostro durante todo el vídeo, a su vez se debe compartir pantalla donde se muestre el ejercicio en Word con el procedimiento.

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Ejercicios asignados a EDWIN CAMILO VALERO SANCHEZ (estudiante # 3) Ejercicio 1. (simulador-video #1)

El proceso del simulador-video #1 es el siguiente. 5. Realizar la lectura Teorema de Conservación de la Energía. 6. Revisar los tutoriales del simulador y de la edición del video sugeridos en la tabla 2. 7. Utilizar el simulador Pista de patinar-Energía de la Universidad de Colorado5 siguiendo las instrucciones dadas en la guía. 8. Realizar un video entre 4 y 5 minutos y subirlo a un canal como youtube o similares, donde hace las simulaciones necesarias para responder la pregunta de la tabla 3. 3. Lectura: “Conservación de la energía mecánica” Existen diferentes definiciones de energía, relacionadas con capacidad y fuerza, aunque en general es la propiedad que tiene un sistema para hacer un trabajo. No obstante, lo que es interesante comprender es el comportameinto de la energía, es decir la manera como se transforma. El estudio de diversas formas de energía y sus transformaciones ha conducido a la ley de la conservación de la energía en mecánica newtoniana: “la energía no se puede crear ni destruir; se puede transformar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía no cambia”. Encontramos también diferentes manifestaciones de energía: calor, movimiento, radioactiviad, electricidad, entre otras. Convirtiendose la energía en una de las partes fundamentales del universo, el cual además está compuesto de materia y energía en un fondo espacio temporal.

Figura 2. Fuentes de energía, transformación y usos.

6

Dentro de los tipos de energía se encuentra la energía mecánica, que es producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc, y la poseen los cuerpos por el simple hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. La energía mecánica se compone de: energía cinética y energía potencial, esta última pueder ser gravitatoria o elástica.

5

Recurso tomado de https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics

6

Recurso tomado de https://www.eoi.es/blogs/fuentes-de-energia-transformacion-y-usos/

Figura 2. Física: Energía mecánica y trabajo, conservación y disipación.

7

Energia cinética: Para identificar las características de la energía de movimiento, denominada energía cinética, utilizamos la ecuación:

1 K= mv 2 ( 1 ) 2 Donde m es la masa del objeto y v es el módulo de la velocidad a la que se mueve. Cuando un objeto se mueve, entonces, es capaz de efectuar trabajo, que depende de la masa y rapidez del objeto. Si se considera que el trabajo neto es la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que actúan en el sistema. Entonces, la variación de la energía cinética ΔK de un objeto en movimiento es igual al trabajo neto requerido para modificar su estado inicial de movimiento, es decir que, en general el trabajo neto se puede expresar como los cambios de energía cinética

W Neto =ΔK Donde, el cambio en la energía cinética es la energía cinética final cinética inicial

1 m v i2 2

1 m v f 2 menos la energía 2

1 1 ΔK = m v f 2− m v i2 ( 2 ) 2 2 Energia potencial: Es importante indicar que un objeto puede almacenar energía dependiendo de su posición, este tipo de energía se denomina energía potencial, ya que, en esta condición de almacenamiento, el objeto tiene el potencial de desarrollar un trabajo. Por ejemplo, un resorte estirado o comprimido tiene el potencial de realizar un trabajo, a esta energía se le denomina energía potencial elástica y se expresa de la siguiente manera: 7

Recurso tomado https://natureduca.com/fisica-energia-mecanica-y-trabajo-conservacion-y-disipacion-01.php

1 U s= k x 2 ( 3 ) 2 donde k  corresponde a la "constante elástica del resorte", y x a la elongación realizada por el objeto elástico desde su posición de equilibrio. El caso de la energía potencial elástica, donde las unidades de la constante elástica son [ k ]=

N m

. Al hacer un análisis dimensional utilizando las unidades del sistema internacional de medidas se tiene que:

[ U s ]=[ k x 2 ] N

[ U s ]= m m2=N ∙m=J La energía potencial de un cuerpo debida a su posición se llama energía potencial gravitacional y se expresa mediante:

U g=mgh ( 4 ) En este caso la energía potencial es igual al producto de la masa m del objeto, por la altura h a la que se encuentra sobre un valor de referencia y al valor de la aceleración debida a la gravedad g. Con frecuencia es conveniente elegir la superficie de la Tierra como la posición de referencia para la energía potencial con valor cero, sin embargo, dependiendo de la situación a estudiar la posición de referencia puede cambiar. Para el caso de una partícula que cae desde una altura “ h ” en caída libre, es decir, en un movimiento con aceleración constante, se dice que la partícula posee energía cinética y potencial gravitatoria. Se puede deducir entonces, que la energía cinética está asociada a la velocidad de un objeto y que la energía potencial gravitatoria está asociada a la posición del objeto. Observe la siguiente secuencia:

Figura 3. Energía cinética y potencial igual a cero.

La suma de las energías cinética y potencial ( E=K +U ), conocida como energía mecánica E , permanece constante en el tiempo. Este es un ejemplo del principio de conservación de la energía, es decir, que dos instantes de tiempo inicial (i ) y final ( f ) se cumple que:

E f =E i(6)

Figura 4. Energía potencial diferente a cero, debido a la altura “h”

O lo que es igual a:

K f +U f =K i +U i (7)

El principio de la conservación de la energía se cumple para cualquier sistema aislado de objetos que interactúan sólo a través de fuerzas conservativas8 en el marco de la mecánica newtoniana

Figura 5. Energía cinética y potencial diferente a cero.

Unidades de medida La unidad de medida de energía, en el sistema internacional, es el Joule ( J ), en honor al físico inglés James Joule; esta unidad de medida se define como el producto entre las unidades de fuerza y distancia, es decir, 1 J =1 N ∙ m. De manera similar se procede con todos los tipos de energía, en todos ellos, siempre se llega a la unidad de Joules. 4. Simulador “Pista de patinar - Energía” En la tabla 3 se presentan dos tutoriales, el primero de ellos muestra el paso a paso de cómo se utiliza el simulador y segundo explica cómo se genera el enlace de la grabación del vídeo. Descripción

Enlace vídeo explicativo

Enlace página del recurso

Uso del simulador de la universidad de colorado “Pista de patinar – Energía” Uso del recurso screencast-omatic para hacer la grabación del vídeo y proceso para generar el enlace del vídeo en línea.

https://youtu.be/8DQ_k N_yQrQ

https://phet.colorado.edu/es /simulation/legacy/energyskate-park https://screencast-omatic.com/

https://youtu.be/QgBQ7Ic-d0

Tabla 3. Vídeo tutoriales que explican el proceso para utilizar el simulador y para generar el enlace de grabación del vídeo.

Descripción del proceso:

8

Una fuerza es conservativa, si el trabajo realizado sobre una partícula que se mueve entre dos puntos cualesquiera es independiente de la trayectoria seguida por la partícula.

a) Ingrese al simulador, haciendo clic en el siguiente enlace: https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/energy-skate-park b) Haga clic en “Reiniciar” c) En el botón “Elegir patinador” seleccione “Star Skater (60 kg)” d) Haga clic en “Referencia de energía potencial”, “Mostrar cuadrícula”, “Mostrar gráfico circular”, “Gráfico de barras” y “Energía frente a posición” e) Elimine la selección en el recuadro de “Con térmica” f) En el recuadro de localización, seleccione uno por uno los cuatro escenarios que allí hay (Luna, tierra, júpiter y espacio). En cada una de esos cuatro escenarios, coloque al patinador sobre la parte más alta de la pista y suéltelo de tal manera que se mueva sobre ésta; revise el valor de la gravedad en cada uno de estos cuatro escenarios, analice el movimiento del patinador y los cambios que se presentan en la energía y en la velocidad del patinador. g) En la parte inferior derecha de la pantalla, selección la opción “Fricción de pista >>” , coloque el valor de la fricción en un lugar entre la primera y tercera división de la escala (

) y vuelva repetir el proceso descrito en el literal (f).

h) Con base en el trabajo realizado en el simulador y la revisión de la lectura “Pista de patinar-Energía” responda y justifique las preguntas asignadas en la tabla 4. Además, copie el enlace de grabación del vídeo. Preguntas que debe responder en el vídeo y justificar utilizando el simulador a) ¿cuál es el comportamiento de la energía potencial gravitatoria y la energía cinética con respecto a la energía mecánica total?

Respuesta (a) b) ¿para qué altura de la pista la energía potencial gravitatorio toma valor máximo y mínimo? NOTA: utilice la cinta métrica para determinar la altura exacta de esos puntos justifique su respuesta.

Respuesta (b) c) ¿Para qué altura de la pista la energía cinética toma valor máximo y mínimo? justifique su respuesta.

Respuesta (c) d)Deje expresa una pregunta a los estudiantes que revisaran su video para que ellos den respuesta en el foro después de ver su video

Respuesta (d) Enlace de grabación del vídeo: Tabla 4. Respuestas a las preguntas formuladas con base en el trabajo realizado en el simulador y la lectura asignada.

Ejercicio 2. Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones (Estudiante # 3) En una práctica de laboratorio, una esfera de masa 1,05 kg que se desliza por una pista horizontal lisa (sin fricción) con una velocidad de 1,29 m/s choca con un resorte de masa despreciable y constante K = 521 N/m en equilibrio y con uno de sus extremos fijo, como se muestra en la figura:

Figura 6. Ejercicio Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones.

A partir de la información anterior, calcular: A. la distancia Δx que se comprime el resorte. B. La altura desde la que debería caer la esfera sobre el resorte, si este se coloca verticalmente, para producir la misma compresión del literal A, asumiendo que en ese punto la esfera se detiene. Ejercicio 3. Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal (Estudiante # 3) En una demostración de robots seguidores de línea, dos seguidores de línea se deslizan sobre una superficie sin fricción. El primer seguidor, con masa de 20,0 gr, se mueve inicialmente a 2,36 m/s paralelo al eje x, el cual choca con el segundo seguidor, cuya masa es de 12,0 gr que está inicialmente en reposo, como se muestra en la figura. Después del choque, el primer seguidor se mueve a 1,13 m/s en una dirección que forma un ángulo β= 30,0 con su dirección inicial.

Figura 7. Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal.

A partir de la información anterior, determine: A. ¿La velocidad final que tiene el segundo seguidor? B. ¿La dirección del segundo seguidor justo después del choque con respecto al eje x positivo? C. La energía cinética total y antes después del choque y verifique si el teorema de conservación de la energía cinética se cumple o no. D. Ejercicio 4. Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) (Estudiante # 3)

Un estudiante de la UNAD utiliza una manguera de 1,30 cm de diámetro para llenar un balde con agua, está interesado por determinar el área de la boquilla de la manguera por donde sale la manguera, teniendo en cuenta que el agua entra a 3,15 m/s y sale a 4,28 m/s. Presente el procedimiento que permita determina el área de la boquilla de salida del agua. NOTA: considerar el agua como un fluido incomprensible. Ejercicio 5. (explicación-video #2_Estudiante 3) Preguntas orientadoras: 1. 2. 3. 4.

¿Qué establece el principio de Pascal? ¿Cuál es la relación entre las áreas y la presión? ¿Cuál es la diferencia entre un fluido compresible y un fluido incompresible? En la vida cotidiana ¿En dónde se aplica el principio de Pascal?

Enunciado del ejercicio: un resorte de constante k = 29,5x10 3N/m está entre una viga rígida y el pistón de salida de una palanca hidráulica. Un recipiente vacío con una masa insignificante se encuentra en el pistón de entrada, como se muestra en la figura. El pistón de entrada tiene área A1 medida en cm 2, el resorte inicialmente está en su longitud de reposo y adicionalmente el A2 es 19 veces el A1. A partir de la anterior información: A. Determine cuántos kilogramos de arena se deben verter en el recipiente para comprimir el resorte en 8,00 cm. B. Sí el A1=11,8 cm2, determine el valor del A2.

Figura 8. Ejercicio #5 del estudiante #3.

Elementos que debe contener el video del ejercicio 5 – video # 2 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Lectura completa del enunciado. Representación gráfica (si se requiere). Indicar los conceptos que se requieren para el desarrollo del ejercicio. Indicar las variables que brinda el enunciado. Indicar las ecuaciones que usa y definir cada uno de los términos. Indicar los despejes u operaciones algebraicas. Mostrar el procedimiento paso a paso para su desarrollo Análisis físico de los resultados.

Formato del video: Contenido en forma de guion técnico, especificando los elementos necesarios para la realización del video, como imágenes, sonido y texto a mostrar en un lapso de 5,5 min (330 segundos) o.

Escena

Imagen

Sonido

Texto

Tiemp o (seg)

1

Lectura completa enunciado

Cámara con ventana flotante con vista al estudiante mostrando identificación

Presentación del estudiante y lectura del enunciado

Enunciado presentado en ventana flotante

60

2

Representación gráfica

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Bosquejo, dibujos o diagramas de fuerza que muestren análisis realizado

15

3

Conceptos presaberes

y

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Conceptos teóricos y presaberes estudiados para iniciar la solución del problema

90

4

Variables dadas en el enunciado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación de variables dadas

las

Exposición explícita de la variables dadas por el enunciado

15

5

Ecuaciones a usar y definir nomenclatura

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación del uso de ecuaciones físicas para la solución de este ejercicio

Ecuaciones físicas a usar a partir de los conceptos teóricos y pre saberes estudiados

15

6

Operaciones algebraicas y despejes

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

texto

Presentación y desarrollo paso a paso de las operaciones realizadas

90

8

Análisis y conclusiones del resultado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación de la coherencia del resultado, conclusión de la solución

Exposición explícita de las variables y resultado numérico obtenido y respuestas a las preguntas orientadoras.

45

9

del

del

TIEMPO TOTAL

330

El video debe ser grabado por medio de una herramienta que permita utilizar cámara, voz y pantalla; Se sugiere Loom, Camtasia, Screencast-o-Matic. La grabación debe enfocar el rostro durante todo el vídeo, a su vez se debe compartir pantalla donde se muestre el ejercicio en Word con el procedimiento.

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** Ejercicios asignados a JESSICA ALEJANDRA RODRIGUEZ CARDENAS – (Estudiante # 4) Ejercicio 1. (simulador-video #1) El proceso del simulador-video #1 es el siguiente. 1. Realizar la lectura Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli). 2. Utilizar el simulador Movimiento de un Proyectil de la Universidad de Colorado9 y completar la tabla 3. 3. Realizar un Vídeo entre 4 y 5 minutos y subirlo a un canal como YouTube o similares, donde hace las simulaciones necesarias para responder la pregunta de la tabla 4. 1. Lectura: “Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli)” En física de fluidos es común encontrar el concepto de presión, que es una magnitud escalar equivalente a la razón entre la magnitud de la fuerza aplicada perpendicularmente a una superficie y el área de ésta:

P=

F (1) S

siendo P la presión, F la magnitud de la fuerza y S el área de la superficie. Adicionalmente hay una serie de principios que permiten aprovechar ciertas características de los mismos. En hidrostática encontramos el principio de Pascal que dice que, si aplicamos una presión a un fluido incompresible, ésta se transmite de manera inalterada a todos los puntos del fluido. Por otra parte, está el principio de Arquímedes, el cual establece que todo cuerpo que se encuentra sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje igual al peso del fluido desplazado por el objeto: ¿⃗ F e ∨¿ ρgV (2) donde ρ es la densidad del fluido, g es la gravedad y V es el volumen sumergido del objeto. Por otra parte, tenemos una relación muy importante en el estudio de los fluidos que es la ecuación de Bernoulli. Ésta ecuación relaciona la presión, la velocidad y la altura de dos puntos en un fluido con flujo laminar constante de densidad ρ . Una manera general de escribir dicha ecuación es la siguiente:

1 P+ ρ v 2 + ρgh=C (3) 2 donde P es la presión, ρ es la densidad del fluido, v es la velocidad, g es la gravedad y h la altura. 9

Recurso tomado de https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/fluid-pressure-and-flow

2. Simulador “La presión del fluido y flujo” En la tabla 3 se presentan dos tutoriales, el primero de ellos muestra el paso a paso de cómo se utiliza el simulador y segundo explica cómo se genera el enlace de la grabación del vídeo. Descripción

Enlace vídeo explicativo

Enlace página del recurso

Uso del simulador de la universidad de colorado de la unidad 3 “Presión del fluido y flujo” Uso del recurso screencast-omatic para hacer la grabación del vídeo y proceso para generar el enlace del vídeo en línea.

https://youtu.be/qEsFw7y9 mVs

https://phet.colorado.edu/es/si mulation/legacy/fluid-pressureand-flow

https://youtu.be/QgB-Q7Icd0

https://screencast-o-matic.com/

Tabla 3. Vídeo tutoriales que explican el proceso para utilizar el simulador y para generar el enlace de grabación del vídeo.

Descripción del proceso: a) Descargue el simulador que se encuentra en el siguiente enlace: https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/fluid-pressure-and-flow Es necesario que autorice la descarga, dado que el ordenador detecta el programa como posible amenaza. b) Ejecute el programa. Se abre una ventana del navegador donde debe permitir el pluggin Adobe flash player. Tenga en cuenta que para poder usar el software debe tener instalada la última versión de Java. c) En la primera pestaña del menú “Presión” identifique cada uno de los botones y variables que puede controlar. d) En la segunda pestaña del menú “Flujo” identifique cada uno de los botones y variables que puede controlar. e) En la segunda pestaña del menú “Torre de agua” identifique cada uno de los botones y variables que puede controlar. f) Establezca las diferencias de lo que encontró en los tres literales anteriores. g) Revise el vídeo explicativo del uso del simulador reportado en la tabla 1 y determine que le faltó tener en cuenta en los cuatro pasos anteriores. h) Responda las preguntas de la tabla 4. i) Con base en el trabajo realizado en el simulador y la revisión de la lectura “Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli)” responda y justifique las preguntas asignadas en la tabla 4. Además, copie el enlace de la grabación del vídeo. Preguntas que debe responder en el vídeo y justificar utilizando el simulador a) ¿Puede simular el principio de Pascal con las herramientas que tiene el simulador? Justifique su respuesta. Respuesta (a) b) ¿En cuál herramienta del simulador puede estudiar el principio de Bernoulli? ¿Cuáles variables no se tienen en cuenta?

Respuesta (b)

C) ¿Cómo realizaría un ejercicio en el que emplee el simulador y la ecuación de continuidad?

Respuesta (c) d) Deje expresa una pregunta a los estudiantes que revisaran su video para que ellos den respuesta a su interrogante después de ver su video

Respuesta (d) Enlace de grabación del vídeo: Tabla 4. Respuestas a las preguntas formuladas con base en el trabajo realizado en el simulador y la lectura asignada.

Ejercicio 2. Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones (Estudiante # 4) En una práctica de laboratorio, una esfera de masa 1,00 kg que se desliza por una pista horizontal lisa (sin fricción) con una velocidad de 1,25 m/s choca con un resorte de masa despreciable y constante K = 532 N/m en equilibrio y con uno de sus extremos fijo, como se muestra en la figura:

Figura 1. Ejercicio Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones.

A partir de la información anterior, calcular: A. la distancia Δx que se comprime el resorte. B. La altura desde la que debería caer la esfera sobre el resorte, si este se coloca verticalmente, para producir la misma compresión del literal A, asumiendo que en ese punto la esfera se detiene. Ejercicio 3. Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal (Estudiante # 4) En una demostración de robots seguidores de línea, dos seguidores de línea se deslizan sobre una superficie sin fricción. El primer seguidor, con masa de 24,0 g, se mueve inicialmente a 2,37 m/s paralelo al eje x, el cual choca con el segundo seguidor, cuya masa es de 11,0 gr que está inicialmente en reposo, como se muestra en la figura. Después del choque, el primer seguidor se mueve a 1,09 m/s en una dirección que forma un ángulo β= 30,0 con su dirección inicial.

Figura 2. Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal.

A partir de la información anterior, determine: A. ¿La velocidad final que tiene el segundo seguidor? B. ¿La dirección del segundo seguidor justo después del choque con respecto al eje x positivo? C. La energía cinética total y antes después del choque y verifique si el teorema de conservación de la energía cinética se cumple o no. Ejercicio 4. Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) (Estudiante # 4) Un estudiante de la UNAD utiliza una manguera de 1,91 cm de diámetro para llenar un balde con agua, está interesado por determinar el área de la boquilla de la manguera por donde sale la manguera, teniendo en cuenta que el agua entra a 3,74 m/s y sale a 5,07 m/s. Presente el procedimiento que permita determina el área de la boquilla de salida del agua. NOTA: considerar el agua como un fluido incomprensible. Ejercicio 5. (explicación-video #2_Estudiante # 4) Preguntas orientadoras: 1. ¿Dónde ubicará su sistema de referencia? 2. ¿La colisión representada en la figura corresponde a una colisión en una o dos dimensiones? 3. ¿Cuál es el momento inicial (antes de la colisión) de cada bola de billar a lo largo de la dirección horizontal, así como el momento inicial total en dicha dirección? 4. ¿Cuál es el momento inicial (antes de la colisión) de cada bola de billar a lo largo de la dirección vertical, así como el momento inicial total en dicha dirección? 5. ¿Cuál es el momento final (después de la colisión) de cada bola de billar a lo largo de la dirección vertical, así como el momento inicial total en dicha dirección? 6. ¿Cómo se establece la conservación del momento a lo largo de las componentes horizontal y vertical? 7. Determine las componentes horizontal y vertical de la velocidad final de la bola blanca. 8. Determine la dirección de la velocidad de la bola blanca. 9. ¿Cómo sabrá que la bola blanca no se insertará en agujero B tras la colisión, para que el tiro sea válido?

Enunciado del ejercicio: En un juego de billar, un jugador se dispone a realizar el tiro final para ganar el juego sobre una mesa de billar de dimensiones 3,07 x 1,60 m 2. Para que el tiro sea válido, la bola azul debe insertarse en la ranura A y la bola blanca no debe finalizar en la ranura B. Si el jugador dispara horizontalmente la bola blanca con una rapidez de 1,49 m/s y la bola azul sale en directo a la ranura A con la mitad de la rapidez de la rapidez inicial de la bola blanca, determine si el jugador gana la partida.

Figura 3. Ejercicio #5 del estudiante #4.

Nota: suponga que las bolas se encuentran posicionadas como se muestra en la figura, siendo l y a, el largo y el ancho de la mesa. Suponga también, que ambas bolas de billar tienen la misma masa. Elementos que debe contener el video del ejercicio 5 – video # 2 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Lectura completa del enunciado. Representación gráfica (si se requiere). Indicar los conceptos que se requieren para el desarrollo del ejercicio. Indicar las variables que brinda el enunciado. Indicar las ecuaciones que usa y definir cada uno de los términos. Indicar los despejes u operaciones algebraicas. Mostrar el procedimiento paso a paso para su desarrollo Análisis físico de los resultados.

Formato del video: Contenido en forma de guion técnico, especificando los elementos necesarios para la realización del video, como imágenes, sonido y texto a mostrar en un lapso de 5,5 min (330 segundos) o.

Escena

1

Lectura completa enunciado

del

Imagen

Sonido

Texto

Tiemp o (seg)

Cámara con ventana flotante con vista al estudiante mostrando identificación

Presentación del estudiante y lectura del enunciado

Enunciado presentado en ventana flotante

60

2

Representación gráfica

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Bosquejo, dibujos o diagramas de fuerza que muestren análisis realizado

15

3

Conceptos presaberes

y

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Conceptos teóricos y presaberes estudiados para iniciar la solución del problema

90

4

Variables dadas en el enunciado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación de variables dadas

las

Exposición explícita de la variables dadas por el enunciado

15

5

Ecuaciones a usar y definir nomenclatura

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación del uso de ecuaciones físicas para la solución de este ejercicio

Ecuaciones físicas a usar a partir de los conceptos teóricos y pre saberes estudiados

15

6

Operaciones algebraicas y despejes

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

texto

Presentación y desarrollo paso a paso de las operaciones realizadas

90

8

Análisis y conclusiones del resultado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación de la coherencia del resultado, conclusión de la solución

Exposición explícita de las variables y resultado numérico obtenido y respuestas a las preguntas orientadoras.

45

9

del

TIEMPO TOTAL

330

El video debe ser grabado por medio de una herramienta que permita utilizar cámara, voz y pantalla; Se sugiere Loom, Camtasia, Screencast-o-Matic. La grabación debe enfocar el rostro durante todo el vídeo, a su vez se debe compartir pantalla donde se muestre el ejercicio en Word con el procedimiento.

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * **

Ejercicios asignados a EMANUEL CARPIO SEÑA (estudiante # 5) Ejercicio 1. (simulador-video #1) El proceso del simulador-video #1 es el siguiente. 9. Realizar la lectura Teorema de Conservación de la Energía. 10. Revisar los tutoriales del simulador y de la edición del video sugeridos en la tabla 2. 11. Utilizar el simulador Pista de patinar-Energía de la Universidad de Colorado10 siguiendo las instrucciones dadas en la guía. 12. Realizar un video entre 4 y 5 minutos y subirlo a un canal como youtube o similares, donde hace las simulaciones necesarias para responder la pregunta de la tabla 3. 5. Lectura: “Conservación de la energía mecánica” Existen diferentes definiciones de energía, relacionadas con capacidad y fuerza, aunque en general es la propiedad que tiene un sistema para hacer un trabajo. No obstante, lo que es interesante comprender es el comportameinto de la energía, es decir la manera como se transforma. El estudio de diversas formas de energía y sus transformaciones ha conducido a la ley de la conservación de la energía en mecánica newtoniana: “la energía no se puede crear ni destruir; se puede transformar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía no cambia”. Encontramos también diferentes manifestaciones de energía: calor, movimiento, radioactiviad, electricidad, entre otras. Convirtiendose la energía en una de las partes fundamentales del universo, el cual además está compuesto de materia y energía en un fondo espacio temporal.

Figura 3. Fuentes de energía, transformación y usos.

11

Dentro de los tipos de energía se encuentra la energía mecánica, que es producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc, y la poseen los cuerpos por el simple hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. La energía 10

Recurso tomado de https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics

11

Recurso tomado de https://www.eoi.es/blogs/fuentes-de-energia-transformacion-y-usos/

mecánica se compone de: energía cinética y energía potencial, esta última pueder ser gravitatoria o elástica.

Figura 2. Física: Energía mecánica y trabajo, conservación y disipación.

12

Energia cinética: Para identificar las características de la energía de movimiento, denominada energía cinética, utilizamos la ecuación:

1 K= mv 2 ( 1 ) 2 Donde m es la masa del objeto y v es el módulo de la velocidad a la que se mueve. Cuando un objeto se mueve, entonces, es capaz de efectuar trabajo, que depende de la masa y rapidez del objeto. Si se considera que el trabajo neto es la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que actúan en el sistema. Entonces, la variación de la energía cinética ΔK de un objeto en movimiento es igual al trabajo neto requerido para modificar su estado inicial de movimiento, es decir que, en general el trabajo neto se puede expresar como los cambios de energía cinética

W Neto =ΔK Donde, el cambio en la energía cinética es la energía cinética final cinética inicial

1 m v i2 2

1 m v f 2 menos la energía 2

1 1 ΔK = m v f 2− m v i2 ( 2 ) 2 2 Energia potencial: Es importante indicar que un objeto puede almacenar energía dependiendo de su posición, este tipo de energía se denomina energía potencial, ya que, en esta condición de almacenamiento, el objeto tiene el potencial de desarrollar un trabajo. Por ejemplo, un resorte 12

Recurso tomado https://natureduca.com/fisica-energia-mecanica-y-trabajo-conservacion-y-disipacion-01.php

estirado o comprimido tiene el potencial de realizar un trabajo, a esta energía se le denomina energía potencial elástica y se expresa de la siguiente manera:

1 U s= k x 2 ( 3 ) 2 donde k  corresponde a la "constante elástica del resorte", y x a la elongación realizada por el objeto elástico desde su posición de equilibrio. El caso de la energía potencial elástica, donde las unidades de la constante elástica son [ k ]=

N m

. Al hacer un análisis dimensional utilizando las unidades del sistema internacional de medidas se tiene que:

[ U s ]=[ k x 2 ] N

[ U s ]= m m2=N ∙m=J La energía potencial de un cuerpo debida a su posición se llama energía potencial gravitacional y se expresa mediante:

U g=mgh ( 4 ) En este caso la energía potencial es igual al producto de la masa m del objeto, por la altura h a la que se encuentra sobre un valor de referencia y al valor de la aceleración debida a la gravedad g. Con frecuencia es conveniente elegir la superficie de la Tierra como la posición de referencia para la energía potencial con valor cero, sin embargo, dependiendo de la situación a estudiar la posición de referencia puede cambiar. Para el caso de una partícula que cae desde una altura “ h ” en caída libre, es decir, en un movimiento con aceleración constante, se dice que la partícula posee energía cinética y potencial gravitatoria. Se puede deducir entonces, que la energía cinética está asociada a la velocidad de un objeto y que la energía potencial gravitatoria está asociada a la posición del objeto. Observe la siguiente secuencia:

Figura 3. Energía cinética y potencial igual a cero.

La suma de las energías cinética y potencial ( E=K +U ), conocida como energía mecánica E , permanece constante en el tiempo. Este es un ejemplo del principio de conservación de la energía, es decir, que dos instantes de tiempo inicial (i ) y final ( f ) se cumple que:

E f =E i(6)

Figura 4. Energía potencial diferente a cero, debido a la altura “h”

O lo que es igual a:

K f +U f =K i +U i (7)

El principio de la conservación de la energía se cumple para cualquier sistema aislado de objetos que interactúan sólo a través de fuerzas conservativas13 en el marco de la mecánica newtoniana

Figura 5. Energía cinética y potencial diferente a cero.

Unidades de medida La unidad de medida de energía, en el sistema internacional, es el Joule ( J ), en honor al físico inglés James Joule; esta unidad de medida se define como el producto entre las unidades de fuerza y distancia, es decir, 1 J =1 N ∙ m. De manera similar se procede con todos los tipos de energía, en todos ellos, siempre se llega a la unidad de Joules. 6. Simulador “Pista de patinar - Energía” En la tabla 3 se presentan dos tutoriales, el primero de ellos muestra el paso a paso de cómo se utiliza el simulador y segundo explica cómo se genera el enlace de la grabación del vídeo. Descripción Uso del simulador de la universidad de colorado “Pista de patinar – Energía” Uso del recurso screencast-o-matic para hacer la grabación del vídeo y proceso para generar el enlace del vídeo en línea.

Enlace vídeo explicativo https://youtu.be/8DQ_kN_ yQrQ https://youtu.be/QgBQ7Ic-d0

Enlace página del recurso https://phet.colorado.edu/es/si mulation/legacy/energy-skatepark https://screencast-omatic.com/

Tabla 3. Vídeo tutoriales que explican el proceso para utilizar el simulador y para generar el enlace de grabación del vídeo.

Descripción del proceso: a) Ingrese al simulador, haciendo clic en el siguiente https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/energy-skate-park b) Haga clic en “Reiniciar” 13

Una fuerza es conservativa, si el trabajo realizado sobre una partícula que se mueve entre dos puntos cualesquiera es independiente de la trayectoria seguida por la partícula.

enlace:

c) En el botón “Elegir patinador” seleccione “Ball (5 kg)” d) Haga clic en “Referencia de energía potencial”, “Mostrar cuadrícula”, “Mostrar gráfico circular”, “Gráfico de barras” y “Energía frente a posición” e) Elimine la selección en el recuadro de “Con térmica” f) En el recuadro de localización, seleccione uno por uno los cuatro escenarios que allí hay (Luna, tierra, júpiter y espacio). En cada una de esos cuatro escenarios, coloque al patinador sobre la parte más alta de la pista y suéltelo de tal manera que se mueva sobre ésta; revise el valor de la gravedad en cada uno de estos cuatro escenarios, analice el movimiento del patinador y los cambios que se presentan en la energía y en la velocidad del patinador. g) Con clic sostenido, coloque la pista sobre el suelo y vuelva repetir el proceso descrito en el literal (f). h) Con base en el trabajo realizado en el simulador y la revisión de la lectura “Pista de patinar-Energía” responda y justifique las preguntas asignadas en la tabla 3. Además, copie el enlace de grabación del vídeo. Preguntas que debe responder en el vídeo y justificar utilizando el simulador a) ¿Cuál es el comportamiento de la energía potencial gravitatoria y la energía cinética con respecto a la energía mecánica total?

Respuesta (a) b) ¿Para qué altura de la pista la energía potencial gravitatorio toma valor máximo y mínimo? NOTA: utilice la cinta métrica para determinar la altura exacta de esos puntos justifique su respuesta.

Respuesta (b) c) ¿Para qué altura de la pista la energía cinética toma valor máximo y mínimo? justifique su respuesta.

Respuesta (c) d)Deje expresa una pregunta a los estudiantes que revisaran su video para que ellos den respuesta en el foro después de ver su video

Respuesta (d) Enlace de grabación del vídeo: Tabla 4. Respuestas a las preguntas formuladas con base en el trabajo realizado en el simulador y la lectura asignada.

Ejercicio 2. Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones (Estudiante # 5) En una práctica de laboratorio, una esfera de masa 1,98 kg que se desliza por una pista horizontal lisa (sin fricción) con una velocidad de 1,64 m/s choca con un resorte de masa despreciable y constante K = 558 N/m en equilibrio y con uno de sus extremos fijo, como se muestra en la figura:

Figura 6. Ejercicio Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones.

A partir de la información anterior, calcular: A. la distancia Δx que se comprime el resorte. B. La altura desde la que debería caer la esfera sobre el resorte, si este se coloca verticalmente, para producir la misma compresión del literal A, asumiendo que en ese punto la esfera se detiene. Ejercicio 3. Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal (Estudiante # 5) En una demostración de robots seguidores de línea, dos seguidores de línea se deslizan sobre una superficie sin fricción. El primer seguidor, con masa de 23,0 g, se mueve inicialmente a 1,94 m/s paralelo al eje x, el cual choca con el segundo seguidor, cuya masa es de 8,0 gr que está inicialmente en reposo, como se muestra en la figura. Después del choque, el primer seguidor se mueve a 1,28 m/s en una dirección que forma un ángulo β= 30,0 con su dirección inicial.

Figura 7. Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal.

A partir de la información anterior, determine: A. ¿La velocidad final que tiene el segundo seguidor? B. ¿La dirección del segundo seguidor justo después del choque con respecto al eje x positivo? C. La energía cinética total y antes después del choque y verifique si el teorema de conservación de la energía cinética se cumple o no. Ejercicio 4. Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) (Estudiante # 5) Un estudiante de la UNAD utiliza una manguera de 1,38 cm de diámetro para llenar un balde con agua, está interesado por determinar el área de la boquilla de la manguera por donde sale la manguera, teniendo en cuenta que el agua entra a 3,59 m/s y sale a 4,84 m/s. Presente el procedimiento que permita determina el área de la boquilla de salida del agua. NOTA: considerar el agua como un fluido incomprensible. Ejercicio 5. (explicación-video #2_Estudiante # 5) Preguntas orientadoras: 1. ¿Qué establece el principio de Bernoulli y qué variables se encuentran en ella? 2. ¿Cuál es la relación entre el diámetro y la velocidad?

3. ¿Cuál es la relación entre la velocidad y la presión? 4. ¿Cuál es el valor de la presión atmosférica? Enunciado del ejercicio: Para llevar agua a una casa se utiliza una tubería que tiene un diámetro interno de entrada de 2,17 cm. El agua entra a la tubería con una velocidad de 0,793 m/s y una presión de 177 kPa. Si el diámetro del tubo se estrecha a 1,40 cm cuando la tubería se eleva al segundo piso a 7,76 m sobre el punto de entrada, determine: A. la velocidad del agua en el segundo piso, y B. la presión del agua en el segundo piso. Elementos que debe contener el video del ejercicio 5 – video # 2 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Lectura completa del enunciado. Representación gráfica (si se requiere). Indicar los conceptos que se requieren para el desarrollo del ejercicio. Indicar las variables que brinda el enunciado. Indicar las ecuaciones que usa y definir cada uno de los términos. Indicar los despejes u operaciones algebraicas. Mostrar el procedimiento paso a paso para su desarrollo Análisis físico de los resultados.

Formato del video: Contenido en forma de guion técnico, especificando los elementos necesarios para la realización del video, como imágenes, sonido y texto a mostrar en un lapso de 5,5 min (330 segundos) o.

Escena

Imagen

Sonido

Texto

Tiemp o (seg)

1

Lectura completa enunciado

Cámara con ventana flotante con vista al estudiante mostrando identificación

Presentación del estudiante y lectura del enunciado

Enunciado presentado en ventana flotante

60

2

Representación gráfica

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Bosquejo, dibujos o diagramas de fuerza que muestren análisis realizado

15

3

Conceptos presaberes

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

del

texto

Conceptos teóricos y presaberes estudiados para iniciar la solución del problema

90

del

y

4

Variables dadas en el enunciado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación de variables dadas

las

Exposición explícita de la variables dadas por el enunciado

15

5

Ecuaciones a usar y definir nomenclatura

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación del uso de ecuaciones físicas para la solución de este ejercicio

Ecuaciones físicas a usar a partir de los conceptos teóricos y pre saberes estudiados

15

6

Operaciones algebraicas y despejes

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Explicación presentado

texto

Presentación y desarrollo paso a paso de las operaciones realizadas

90

8

Análisis y conclusiones del resultado

Cámara con ventana flotante con rostro del estudiante y pantalla del PC

Argumentación de la coherencia del resultado, conclusión de la solución

Exposición explícita de las variables y resultado numérico obtenido y respuestas a las preguntas orientadoras.

45

9

del

TIEMPO TOTAL

330

El video debe ser grabado por medio de una herramienta que permita utilizar cámara, voz y pantalla; Se sugiere Loom, Camtasia, Screencast-o-Matic. La grabación debe enfocar el rostro durante todo el vídeo, a su vez se debe compartir pantalla donde se muestre el ejercicio en Word con el procedimiento. ************** *******************************