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ABP FÍSICA II

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by

Rosario Ccahuantico

on 12 November 2014

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Transcript of ABP FÍSICA II

El Problema
MÉTODO 1: CAMPO ELÉCTRICO
MÉTODO 2: CAMPO MAGNÉTICO
¿QUÉ ES EL ABP?
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
INTEGRANTES
BENDEZU GONZALES, ALESSANDRA NOELIA
CARRANZA ORTIZ, EDUARD BILL
CCAHUANTICO MAMANI, ROSARIO DEL PILAR
DURAN PAUCAR, LUIS ALBERTO

DOCENTE
Lic. PERCY VICTOR CAÑOTE FAJARDO
APRENDIZAJE BASADO EN PROBLEMAS:
"LA FERIA DE ESCOLAR"
CURSO
FÍSICA II
2013-I
CONCEPTOS
Soportes aislantes R, S, T y U.

Conexión a tierra: rodillo C (Cu).

Electrización negativa mediante escobillas metálicas y banda de hule.

Se suelta esfera de espuma plástica desde el punto P, antes de tiempo, trayectoria inesperada.
¿Qué es?
Es una metodología que involucra a los estudiantes en un aprendizaje autodirigido, apoyado por el profesor, motiva el aprendizaje independiente, favorece el pensamiento crítico y las habilidades de solución de problemas junto con el aprendizaje de contenidos a través del uso de situaciones o problemas del mundo real.
Antecedentes
El método ABP tiene sus primeras aplicaciones y desarrollo en la Escuela de Medicina de la Universidad de Case Western Reserve en los Estados Unidos y en la Universidad de McMaster en Canadá en la década de los 60'.
Características del ABP
Comprometen a los estudiantes (aprendizaje significativo).
Organiza el aprendizaje alrededor de problemas holísticos.
Crea un ambiente en el que los docentes alientan a los estudiantes a pensar (critica y creativamente) y los guían en su indagación.
Promueve el aprendizaje significativo
El problema está en relación con los objetivos de la materia y con problemas o situaciones de la vida diaria, para que encuentren mayor sentido en el trabajo que realizan.
Etapas para la resolución de un problema ABP
Abordar la situación problemática
1
3
Definir el problema
Explorar el problema
2
Plantear la o las soluciones
4
Llevar a cabo el plan
5
Evaluar el proceso
6
Diferencias con el aprendizaje tradicional
Aprendizaje Tradicional
ABP
Fuerza Magnética
La fuerza magnética es la parte de la fuerza electromagnética total, que mide un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Son producidas por el movimiento de partículas cargadas, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo.
La fuerza magnética se define matemáticamente como:
Donde Fm es vector fuerza, v el vector velocidad y B el vector campo magnético
El módulo de la fuerza resultante será:
es el ángulo que forman los vectores v y B
Ley de Biot-Savart

El físico Jean Biot dedujo en 1820 una ecuación que permite calcular el campo magnético creado por un circuito de forma cualquiera recorrido por una corriente de intensidad .
⃗⃗ es el vector campo magnético existente en un punto P del espacio, es una fracción infinitesimal del circuito recorrido por la corriente y en su mismo sentido, ⃗ es el vector posición de ⃗ y ⃗ es el vector posición del punto P.
CONCEPTOS
Campo Eléctrico

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor
q
sufre los efectos de una fuerza eléctrica
F
dada por la siguiente ecuación
:
Ley de Coulomb

En 1784 Charles Augustin de Coulomb estudió con mucho detalle las fuerzas de atracción de partículas cargadas. Para cargas puntuales, cuerpos cargados muy pequeños en comparación con la distancia r que los separa. Descubrió también que las fuerzas que dos cargas puntuales ejercían una sobre la otra eran proporcionales a cada carga, por lo que también eran proporcionales a su producto
PREGUNTAS Y RESPUESTAS
PREGUNTAS
1. Sabiendo que toda superficie uniformemente cargada provoca un campo eléctrico uniforme. En el experimento dado ¿qué efecto produce sobre este campo el desplazamiento de la banda?
RESPUESTAS
Ley de Biot-Savart

El físico Jean Biot dedujo en 1820 una ecuación que permite calcular el campo magnético creado por un circuito de forma cualquiera recorrido por una corriente de intensidad .
2. Colocando la esferilla electrizada negativamente y en reposo muy cerca de la banda electrizada y en reposo, ésta logra ascender verticalmente. Explica las razones que justifican este comportamiento
3. En base a la situación de la pregunta anterior, supongan ahora que la banda se encuentra en movimiento, se sabe que al liberar la esferilla no sigue la trayectoria vertical. Elabore una hipótesis de existencia de la causa que genera el cambio de una trayectoria vertical por otra distinta
4. En una situación hipotética supongan que en lugar de una banda electrizada en movimiento, existan un conjunto de cables conduciendo corriente en la dirección del movimiento de aquella. Al repetir la experiencia anterior ¿la trayectoria de la esferilla sería como cuando la banda electrizada se desplazaba?
5. Si en lugar de la carga eléctrica se instala una brújula en un plano paralelo a la banda en movimiento, se observará que la aguja de ésta se perturba. ¿De qué naturaleza es la fuerza que afecta a la brújula? ¿Es esta fuerza de la misma naturaleza que la que afecta a la esferilla cargada cuando ésta se mueve?
6. Existe alguna relación entre las direcciones del campo magnético, de la dirección de la velocidad de la esferilla y de la fuerza magnética aplicada sobre ella. Expliquen
7. Elaboren un DCL de la esferilla electrizada para el caso dado en el experimento original. ¿Qué forma tiene la trayectoria que describe la esferilla mientras está cayendo en dicho experimento?
1. Como la banda está en movimiento esto hace que no solo actúe el campo eléctrico, sino también aparezca un campo magnético.
Cálculo el campo magnético producido por un conductor lineal de longitud L en un punto ubicado a una distancia R del conductor lineal y a una longitud y de ella.
1
3
2
Según el gráfico
Calculamos el campo magnético de toda la banda, porque se puede dividir infinitesimalmente en conductores lineales de longitud L y sección transversal dA.
Generalizando para una corriente diferencial
Según el gráfico:
Integrando:
Asumiendo el caso más sencillo, la esfera se suelta en el centro, el campo magnético estaria en la dirección –X. Se observa que los ángulos determinados por la altura z son iguales.
Según el gráfico y el supuesto
4
Cálculo de la fuerza magnética
Entonces, la fuerza magnética será:
5
Cálculo de la fuerza resultante
De la 2da Ley de Newton:
Igualando componentes
x
y
z
La vx es constante, pero como la esfera se dejó caer, se asume:
Verificando además:
SUPUESTOS:
-La velocidad angular del rodillo es constante, debido a ello la velocidad de desplazamiento de la faja es contante.
-El contacto de la banda de hule con las escobillas metálicas produce una electrización uniforme.
-La esferita está cargada negativamente (carga -q) y se considera una carga puntual –q de masa m.
Calcularemos inicialmente el campo eléctrico generado por una línea de longitud L
1
3
2
Analogamente en la componente Z:
Con este resultado calcularemos el campo eléctrico para cualquier punto en el espacio:
Calculamos el campo en las direcciones X y Z:
4
Integrando:
5
Analizando las fuerzas sobre la esfera cargada:
Este resultado nos da la componente del campo eléctrico en la dirección Y
Vo = wr: Velocidad de la banda de hule
Resolviendo esta ecuación diferencial se obtiene la trayectoria en función del parámetro t:
Asumimos una situación sencilla: No existe variación de la trayectoria en la dirección X por lo cual solo se reemplazaría en la ecuación con ceros
Como se puede observar el campo eléctrico actuara en las direcciones Y y Z siendo nulo en X por su simetría.
2. Como ambos objetos, tanto la esfera como la banda, se encuentran en reposo; la esfera se eleva debido a que la fuerza eléctrica de repulsión (ya que ambas se encuentran cargadas negativamente) es mayor que el peso de la esfera. Es decir, la fuerza eléctrica de repulsión entre la esfera y la banda es mucho mayor que la ejercida por la fuerza gravitatoria sobre la esfera.
6. La fuerza magnética es perpendicular a la velocidad y el campo magnético, ya que lo obtenemos si utilizamos la regla de la mano izquierda.
Esto nos indica que la fuerza magnética debe ser perpendicular a la velocidad y el campo magnético. Esta dirección se obtiene del producto vectorial. Si usamos la regla de la mano izquierda es sencillo hallar la dirección de la fuerza.
3. Lo normal es que estáticamente la carga y la banda por estar cargadas con signo negativo, ambas se repelan y la carga haga una trayectoria rectilínea, pero como la banda está en movimiento esto hace que exista un flujo de electrones que a su vez generan una corriente y dicha corriente provoca un campo magnético en la región de la carga la cual también se ve afectada por una fuerza magnética la cual hace de que la trayectoria se altere, ya que esta fuerza magnética tiene diferente sentido que la fuerza eléctrica
4. Sí, ya que en ambos casos ocurre un traslado de electrones, es decir, que en ambos casos los electrones se encuentran en movimiento de un lado para el otro. En el primer caso, con la banda en movimiento cargada negativamente, los electrones se encuentran en reposo solo en la banda, es decir, que para un observador que se encuentra fijo en la banda y se mueve junto con ella, los electrones no parece moverse, pero para un observador fijo en tierra observará el movimiento de la banda y con ello el movimiento de los electrones que se encuentran fijos en esta. En el otro caso, el con cables conduciendo corriente en la misma dirección que el de la banda, es conocido ya que hay un flujo de electrones dentro de los cables que conducen la corriente eléctrica, pero estos cables deberán de estar muy juntas como para que no se genere un campo magnético entre estas.
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