APRENDIENDO FÍSICA CON ANIMACIONES FLASH

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1 APRENDIENDO FÍSICA CON ANIMACIONES FLASH Arturo Freyre Rodríguez, Facultad de Ciencias, UNAM Rosalina Flores y Bermúdez, Plantel 1, ENP, UNAM En este trabajo mostramos un ejemplo del uso del programa Macromedia Flash MX 1 en la construcción de animaciones, para ser empleadas en la enseñanza de la física de los niveles medio y medio-superior. Con el programa Flash, es posible diseñar animaciones de objetos en movimiento, que chocan, pueden caer, pueden oscilar, etc, semejante a las simulaciones que se construyen con el programa Interactive Physics. La ventaja más importante de Flash sobre Interactive Physics, son las diferentes posibilidades de interactividad con la animación. Por ejemplo, además de interactuar con una actividad a través de botones y deslizadores, con Flash se puede interactuar con el simple movimiento del ratón, sin hacer click, o arrastrando objetos. Esto es muy útil cuando se desean conectar objetos, como sucede al construir circuitos eléctricos. El ejemplo que mostraremos es sobre el tema de Electrostática. ELECTROSTÁTICA La electricidad estática está constituida por cargas eléctricas estacionarias. Aún cuando no podemos ver la carga eléctrica, está presente en muchas situaciones de nuestra vida cotidiana. Por ejemplo: al peinarnos el cabello limpio y seco con un peine de plástico estamos creando electricidad estática, es decir, tanto el peine como el cabello quedan electrizados por frotamiento. Este efecto puede comprobarse al ver como es atraído el pelo por el peine, y mejor aún, si acercas el peine electrizado a un chorrito de agua saliendo de la llave del lavabo observará que se curva hacia el peine. Electrizando por frotamiento Frota tu regla de plástico con un paño de lana y acércala a pequeños trocitos de papel colocados sobre tu cuaderno.

2 Animación 1. Con electricidad estática puedes levantar los trocitos de papel. Los trocitos de papel son atraídos por la regla. Toca ahora la regla con tu dedo. 1. Entonces, cómo quedó la regla? a) electrizada con carga positiva b) descargada c) electrizada con carga negativa 2. Si acercas la regla a los trocitos de papel después de tocarla, serán atraídos? a) no b) sí Repite el experimento frotando ahora el forro de tu cuaderno, tu bolígrafo, tu regla de plástico o un lápiz con tu suéter o con tu playera. Al frotar cualquiera de los objetos, los estás electrizando con carga estática. Si frotas un globo inflado con tu cabello limpio y seco, tanto el pelo como el globo adquieren carga estática. 3. Qué pasa con el globo al acercarlo a la pared? a) se revienta b) cae al piso c) se pega en la pared d) la pintura del muro se desprende La carga estática se encuentra en otros lugares: has observado en la oscuridad de tu recámara las chispas que saltan al deslizar la colcha de poliester sobre la cobija de lana de tu cama, o al quitarte el suéter y deslizarlo sobre tu camisa de algodón, o la forma en que se pega algunas veces el vestido sobre el fondo de alguna de tus compañeras al caminar? Has sentido alguna vez un toque al rozar la ropa de alguno de tus compañeros, o quizás lo has sentido y hasta escuchado un ligero chasquido al abrir la puerta de un automóvil y bajar de él? 4. Escribe algunos ejemplos donde se presente la carga estática. Los relámpagos, fenómenos climáticos muy comunes, espectaculares, poderosos y en ocasiones mortales son ejemplos naturales e impresionantes de la carga estática: el destello luminoso y el estallido posterior muestran la existencia de este tipo de carga, al igual que los chasquidos y las chispas que se producen cuando te quitas el suéter. El relámpago es el medio por el cual los electrones son transportados de regreso a la Tierra, para recargarla con su polaridad negativa. A través de efectos de fricción (muy parecidos a los que producen electricidad estática al caminar sobre las alfombras) el flujo de masas de aire y la precipitación de gotas producen la separación de las cargas. Se estima que caen a la Tierra un promedio de 100 de ellos cada segundo Figura 1. Relámpagos 5. De dónde proviene la carga estática de los relámpagos? a) de la lluvia b) del suelo c) de las nubes d) del aire

3 Tipos carga Las dos reglas de plástico de la animación 3 se frotaron previamente con tela de lana. Ambas tendrán el mismo tipo de carga, la cual se conoce como carga negativa y está marcada en las reglas de la figura. Se ha convenido que el plástico siempre quedará electrizado negativamente al ser frotado con tela de lana, con el cabello limpio y seco o con una piel de gato por ejemplo. Animación 2. Dos reglas de plástico electrizadas negativamente 6. Al colgar con un hilo de seda una de las reglas electrizadas y acercar la otra regla, qué sucede? a) no pasa nada b) ambas se sienten atraídas c) las reglas se repelen 7. Puedes darte cuenta que existe una fuerza entre las reglas debida a la carga estática que poseen. De qué tipo es esta fuerza? a) atractiva b) repulsiva Cuando frotas vidrio con una tela de seda o unicel con una bolsa de plástico, por convención, tanto el vidrio como el unicel quedarán electrizados con carga positiva. Siempre que uses los materiales mencionados quedarán electrizados positivamente. Animación 3. Dos tiras de vidrio electrizadas con carga positiva 8. Si ahora colgamos una de los tiras de vidrio electrizada con carga positiva y acercamos a ésta la otra tira, qué observas?

4 a) las tiras de vidrio se atraen b) las tiras de vidrio se repelen c) no pasa nada 9. Qué tipo de carga adquiere la tela de seda después de frotar el vidrio? a) positiva b) negativa c) neutra 10. Qué sucederá si acercas la tela de seda a la tira de vidrio colgada? a) nada b) se atraen c) se repelen Si se mantiene colgada la tira de vidrio electrizada y acercamos la regla de plástico también electrizada como se muestra en la animación 5, Animación 4. Tira de vidrio y regla electrizadas 11. Qué le sucede a la tira de vidrio suspendida cuando acercas la regla? a) tiende a alejarse de la regla de plástico b) se acerca a la regla c) no pasa nada 12. Actúa alguna fuerza entre los dos materiales electrizados? de qué tipo? a) sí, atractiva b) no existe fuerza alguna c) sí, repulsiva Completa los espacios como conclusión después de las observaciones realizadas en las animaciones: - Entre dos objetos electrizados con el mismo tipo de existe una fuerza de - Al acercar dos objetos electrizados con carga estática de estos experimentan una fuerza de atracción. Los electrones: responsables de la carga Todos los objetos están formados por átomos. Cada átomo está constituido de protones, electrones y neutrones. Los electrones se encuentran girando en torno al núcleo. Animación 5. Diagrama de un átomo Observa el átomo de la figura y contesta: 13. Qué tipo de carga tiene un electrón? a) positiva b) negativa c) no tiene carga

5 14. Qué tipo de carga posee un protón? a) positiva b) negativa c) no tiene carga 15. Qué tipo de carga tiene el neutrón? a) positiva b) negativa c) no tiene carga Cuando en un átomo existe el mismo número de protones y de electrones, se dice que las cargas están balanceadas y se tiene un átomo neutro. Al frotar entre sí dos materiales, uno gana electrones mientras que el otro los pierde. Si el átomo pierde electrones, su carga será positiva, se tiene un ión positivo. 16. Qué pasa con la carga de un átomo neutro cuando gana un electrón? a) tiene carga negativa b) tiene carga positiva c) sigue siendo neutro 17. Qué nombre recibe el átomo que gana un electrón? a) átomo negativo b) ión negativo c) ión positivo Tanto los neutrones como los protones están en el núcleo del átomo. 18. Al frotar la regla de plástico con el paño de lana, la regla quedó electrizada negativamente, entonces: los electrones fueron transferidos de a 19. Cuando frotas una barra de vidrio con una tela de seda, el vidrio queda cargado positivamente. Esto se debe a que: a) los electrones son transferidos de la tela al vidrio b) los protones son transferidos de la tela al vidrio c) los electrones son transferidos del vidrio a la tela Detectores de carga estática La carga estática no podemos verla aunque sus efectos pueden verse y sentirse. El electroscopio es un dispositivo que se emplea para detectar la carga estática y comprobar si un objeto está o no electrizado. El electroscopio más sencillo puede construirse con una esferita pequeña (de unicel o de madera de balsa) colgada en el extremo de un hilo de seda a un soporte. El dispositivo empleado comúnmente en los laboratorios es el electroscopio, que puede ser de laminillas o de aguja.

6 Animación 6. Electroscopio de laminillas 20. Si colocas sobre el disco del electroscopio tu peine de plástico, frotado previamente con tu pelo, qué tipo de carga adquiere el electroscopio? a. negativa b. positiva c. ninguna 21. Cómo llegó la carga al dispositivo? a) fue transferida del peine al disco b) fue transferida del disco al peine c) por inducción 22. Qué pasa con las laminillas del electroscopio? a) se acercan debido a que tienen cargas de signo contrario b) se abren debido al exceso de carga del mismo signo c) no se mueven, puesto que el objeto no está en contacto con ellas 23. Si tocas con el peine electrizado el disco del electroscopio, qué le sucedió al aparato? a) queda electrizado negativamente b) únicamente se separan las cargas del dispositivo c) queda electrizado positivamente 24. Al efecto de cargar electrostáticamente un objeto, tocándolo con otro previamente electrizado, se le da el nombre de: a) electrización por inducción b) electrización por contacto c) electrización por frotamiento

7 Contesta ahora las preguntas anteriores si cuentas ahora con una barra de vidrio electrizada positivamente. Oprime el botón cambio de material en la animación para que verifiques tus respuestas. Flujo de electrones Toca el disco del electroscopio de la animación 7 con la regla de plástico previamente cargada negativamente y observa lo que sucede. 25. Qué le pasa al dispositivo? a) los electrones del disco son transferidos a la regla b) queda cargado negativamente por contacto c) los protones del disco son atraídos por la regla 26. Qué sucede con las laminillas del electroscopio? a) quedan juntas b) se separan porque están cargadas negativamente c) no se mueven d) se separan por tener ambas carga positiva Coloca sobre el disco electrizado del electroscopio un trozo de fierro ó simplemente tócalo con tu dedo. 27. Qué pasa con las laminillas del electroscopio? a) se separan más b) se cierran ligeramente c) se cierran 28. A qué se debe lo anterior? a) a que hay un exceso de carga estática b) a que el electroscopio se descarga c) a que hay un exceso de electrones Conductores y aislantes Al colocar un trozo de metal sobre el disco del electroscopio de la animación, observarás que éste se descarga. Cuando los electrones fluyen fácilmente a través de un material, se trata de un conductor.

8 Animación 7. Indica cuales materiales conducen la electricidad Al tocar el disco del electroscopio de la figura con los diferentes materiales, puedes observar que no siempre sucede lo mismo con sus laminillas. Si éstas no se cierran, esto significa que los electrones no pueden fluir a través del material, en este caso estás en presencia de un aislante o dieléctrico. Al realizar el experimento, habrás notado que las laminillas del electroscopio no siempre se cierran con la misma rapidez. Para algunos materiales las laminillas se cierran rápidamente, lo que nos indica que la carga fluye fácilmente a través del material, a estos materiales se les da el nombre de buenos conductores. Cuando las laminillas del electroscopio se cierran lentamente, la carga no fluye fácilmente por el material, son conductores pobres. Cuando las laminillas no se cierran tenemos un dieléctrico o aislante. Clasifica los materiales de la animación de acuerdo con tus observaciones. Conductores Aislantes o dieléctricos Resumiendo Cuando se frotan dos materiales diferentes, los electrones se transfieren de uno hacia el otro, por lo tanto, ambos se electrizan. Unos materiales adquieren carga negativa y otros carga positiva, dependiendo del material con que sean frotados. Existe una fuerza eléctrica entre objetos cargados, la cual puede ser atractiva o repulsiva.

9 Un átomo es neutro cuando tiene el mismo número de protones y de electrones. Si un átomo neutro gana o pierde electrones, se tendrá un ión. Los iones pueden ser negativos o positivos. El electroscopio es un dispositivo que se usa para detectar carga estática. Pueden ser de laminillas o de aguja. Al tocar el disco del electroscopio con un objeto cargado, sus laminillas o su aguja se separan. Ha sido electrizado por contacto. Los materiales se clasifican en conductores y aislantes o dieléctricos. Bibliografía Alvarenga,B., Ribeiro, A.M., Física General, Editorial Harla, México, Hecht, E., Physics, Brooks/Cole Publishing Company, Hewitt, P.G., Física Conceptual, Editorial Trillas, México, Wilson, J.D., Física, Pearson Educación, México, 1996