Práctica de Laboratorio inventada-Masas de aire frías y calientes

• Objetivo: Conocer las posiciones en las que se encuentran las masas calientes y frías.
• Hipótesis: Las masas calientes se encontrarán por encima de las masas frías.
• Materiales:
• Una puerta
• Una escalera
• Un termómetro
• Método:
• Entramos en una habitación y cerramos la puerta.
• Mediante una escalera colocamos un termómetro junto a la ranura superior, por donde se traspasa el aire exterior.
• Bajamos de la escalera y ponemos otro termómetro al lado de la otra ranura, por donde se filtra el aire procedente del exterior de la habitación.
• Esperamos a que ambos termómetros fijen una temperatura.
• Resultado: El termómetro colocado en la parte superior marca más temperatura que el de la parte inferior, ya que el aire caliente se coloca por encima del aire frío porque pesa menos.
• Conclusión: Las masas de aire caliente se filtran por la parte superior de la puerta porque al pesar menos que las frías ascienden, dejando a las últimas citadas por debajo de ellas.

IES Suel-El sonido

   

Si hacemos vibrar una regla o una goma, tal como muestran estos dibujos, se produce un sonido. Estos sonidos se perciben mejor cuando el extremo de la regla es corto o la goma está más tensa, porque vibran más rápido.


Siempre que hay un sonido es porque hay vibraciones (1) u oscilaciones (2).
(1) Vibración: movimiento que realiza un cuerpo de un lado a otro de su posición de equilibrio.
(2) Oscilación: vibración completa. Es el movimiento efectuado por un cuerpo desde uno de los extremos más alejados de suposición de equilibrio hasta el otro y vuelta al primero.



Para que escuchemos un sonido, algo tiene que vibrar entre 20 y 20000 veces por segundo. El número de veces que algo vibra por segundo recibe el nombre de frecuencia del sonido. Si vibra menos de 20 veces por segundo o más de 20000, no escucharemos la vibración: no percibiremos ningún sonido.



Los sonidos que escuchamos vibran entre 20 y 20000 veces por segundo. La frecuencia de un sonido es el número de vibraciones u oscilaciones que se efectúan en un segundo.


La unidad de medida de la frecuencia de un sonido es el hercio (Hz).
Si algo vibra 250 veces por segundo, se producirá un sonido con una frecuencia de 250 hercios.
Si una cosa vibra 19 veces en un segundo, o menos, no escucharemos nada. Si algo vibra 20001 veces, o más, tampoco. La frecuencia de un sonido está comprendida entre los 20 y los 20000 Hz.


Se producen sonidos audibles cuando un cuerpo vibra con una frecuencia comprendida entre 20 y 20000 Hz.

 

El sonido necesita un medio material de propagación. Los sonidos que oímos normalmente se producen por la vibración del aire. También podemos oír sonidos a través del agua, por ejemplo si buceamos.
Si no hay materia, si no hay "nada" que propague una vibración, no habrá sonido.

 

Astronautas en apuros

Pepe y Ana son dos astronautas que han salido al espacio para reparar una avería en el exterior de su nave. Pepe necesita que Ana le dé instrucciones, pero cuando estaba un poco lejos de ella se da cuenta que la radio que les comunica no funciona. Como tiene problemas con la radio de su traje, empieza a gritar y a mover los brazos, pero Ana, que lo ve desde lejos, no puede oírlo.
Finalmente, Ana se da cuenta de sus gestos, se acerca a él y junta su escafandra a la de su compañero. ¡Qué alivio, ahora ya pueden oírse! Es curioso: si se separan no oyen la voz del otro, pero si juntan los cascos ¡sí se oyen!

 

¿Qué es una escafandra?

1.   Un casco que cubre completamente la cabeza de los astronautas o algunos buzos.
2.   El casco de la nave espacial o el casco de un barco o un submarino.

¿Por qué Pepe no podía oír los gritos de Ana cuando estaban lejos y se averió la radio?

1.   Porque Pepe se quedó sordo al estar su cabeza en el vacío.
2.   Porque las escafandras impiden totalmente los sonidos (el sonido no puede atravesar el cristal).
3.   Porque entre ellos había vacío y el sonido no puede propagarse por el vacío.

Cuando Ana y Pepe juntan sus escafandras, ¿a través de qué medios viajó el sonido?

1.   El cristal y el vacío (fuera lo que hay es vacío)
2.   La frecuencia de la vibración
3.   Dos medios: el aire (del interior de las dos escafandras) y el cristal de las dos escafandras

¿Un sonido puede propagarse por un cristal?

1.   No
2.   Sí

¿Las ondas de radio pueden propagarse por el vacío?

1.   No. Sólo pueden propagarse por el aire.
2.   Sí
3.   Sí: únicamente pueden propagarse en el vacío.

¿A través de que medio material de propagación oímos normalmente los sonidos aquí en la Tierra?

1.   A través del aire
2.   A través del vacío
3.   Por el agua

¿Hay alguna diferencia entre las ondas de radio y las ondas sonoras?

1.   Sí: las de radio no necesitan un medio de propagación y las sonoras sí.
2.   No, ninguna diferencia.

¿Cómo pueden oír los auriculares de sus radios de comunicación? (cuando no está averíada)

1.   Muy fácil: dentro de las escafandras hay aire.
2.   Porque unos auriculares siempre se oirán: haya aire o vacío.
3.   Porque dentro de las escafandras hay vacío.

¿Las ondas sonoras pueden propagarse por el vacío?

1.   Sí
2.   No

¿Cómo oiríamos una explosión en el espacio exterior?

1.   Con algo de retraso (como ocurre con los fuegos artificiales)
2.   La oiríamos amplificada
3.   No podríamos oirla

¿Leyenda o realidad? Lo cierto es que sí que es posible percibir sonidos, si son lo bastante fuertes, a través del suelo. Además, la velocidad con que viaja un sonido a través de un sólido como el suelo es mayor que la velocidad a la que viaja por el aire: el sonido de una manada llega mucho antes por el suelo que por el aire.

Como ya hemos visto, para que haya sonido tiene que haber un medio de propagación. Este medio puede ser sólido (como la madera), líquido (como el agua de una piscina) o gaseoso (como el aire).
Cuentan que los indios americanos podían saber, a kilómetros de distancia, dónde se encontraban los bisontes que cazaban. Dicen que, incluso, calculaban con gran exactitud a qué distancia se encontraba la manada y a dónde se dirigía.

 

En un sonido hay unos “altibajos” en la presión del aire.En esta animación podemos ver muy bien qué ocurre con los gases como el aire. Las partículas se juntan (se comprimen) para luego separarse y después volverse a comprimir. Las partículas del aire, cuando hay un sonido, transmiten la perturbación a las partículas vecinas y la onda avanza. Pero el aire sigue en el mismo sitio.Fíjate bien en esta animación y no te dejes "hipnotizar". Observa lo que ocurre con cada punto: se mueve en la vertical y va de arriba a abajo y vuelta a empezar, pero no avanza hacia la derecha ni hacia la izquierda.

 

¿Qué se propaga en toda onda?

1.   Materia, pero no energía
2.   Energía, pero no materia
3.   Materia y energía

¿Los puntos negros avanzan en el sentido de la onda?

1.   No. Suben y bajan, pero no avanzan en la dirección de propagación de la onda.
2.   Sí. Avanzan hacia la derecha.
3.   Sí. Avanzan con la onda hacia adelante.

1. ¿Los puntos negros avanzan en el sentido de la onda?
   1.   No. Suben y bajan, pero no avanzan en la dirección de propagación de la onda.
   2.   Sí. Avanzan con la onda hacia adelante.
   3.   Sí. Avanzan hacia la derecha.
2. ¿Qué se propaga en toda onda?
   1.   Energía, pero no materia
   2.   Materia y energía
   3.   Materia, pero no energía
3. ¿Podemos decir que la onda avanza en alguna dirección?
1.   No. Una onda nunca avanza.
2.   Sí. En esta animación, la onda avanza hacia la derecha.
3.   Sí, porque la energía no se propaga nunca en una onda.

El sonido y la audición
En un sonido hay unos “altibajos” en la presión del aire. Cuando estos “altibajos” de presión llegan a nuestros oídos, producen vibraciones en el tímpano que se transmiten por la cadena de huesecillos y llegan al caracol. Allí se convierten en impulsos nerviosos, que el nervio auditivo capta y envía al cerebro, donde se transforman en una sensación sonora.

 

El sonido no se propaga siempre a la misma velocidad. En esta tabla puedes ver la velocidad (en metros / segundo) del sonido según viaje por diferentes medios. Podemos ver cómo viaja o se propaga mucho más rápido por el hierro y otros metales que por el aire. También va más rápido por el agua que por el aire.

 

Esta animación representa las ondas que se forman cuando agitamos una cuerda por un extremo. En las ondas como esta hay una perturbación que avanza, pero la cuerda, el medio material de propagación, no se desplaza. Lo mismo ocurre cuando el aire lleva a tu oído algún sonido.  

Decimos que el sonido se propaga por ondas porque el aire se comporta de forma semejante a lo que vemos en esta animación. Las partículas del aire se comprimen y se vuelven a separar.
Si tomas una cuerda y la agitas puedes hacer ondas como las de la animación. La perturbación avanza, pero la cuerda se queda en el mismo sitio. En cualquier onda, se propaga energía, pero el medio material no viaja.

 

 Si observamos objetos flotantes cuando hay ondas en el agua, notaremos que se mueven hacia arriba y hacia abajo, pero no se desplazan siguiendo la dirección de la onda. Los objetos flotando se desplazan verticalmente (suben y bajan), pero no avanzan.
En una onda se propaga energía pero no materia.

20 Hz

19 Hz

348 Hz

34289 Hz

18965

200000000 Hz

13527 Hz

3475 Hz

20001 Hz

IES Suel-El calor y la temperatura

Estado sólido

Estado gaseoso

Estado líquido

Mueve la palanca para variar la temperatura. Tomado de la página web "Iniciación Interactiva a la Materia" (Autor: Mariano Gaite Cuesta)

      

Como sabes, a medida que se eleva la temperatura, un cuerpo pasa del estado sólido al líquido y, finalmente, del estado líquido al gaseoso. Así, se puede afirmar que la temperatura se relaciona con el movimiento de las partículas que constituyen las sustancias.
Incluso en estado sólido las partículas no paran de vibrar. Sólo a una temperatura bajísima (a - 273ºC) las partículas dejan de vibrar por completo.

Mueve la palanca para variar la temperatura. Tomado de la página web "Iniciación Interactiva a la Materia" (Autor: Mariano Gaite Cuesta)

      

En el estado líquido las partículas están más o menos unidas. Pero si agitamos o aumentamos la temperatura las partículas pueden deslizarse unas sobre otras. La temperatura se relaciona con el movimiento de las partículas que constituyen las sustancias.
A mayor tempertatura, más deprisa de mueven y mayor es el número de deslizamientos de unas partículas sobre otras.

Mueve la palanca para variar la temperatura.

Tomado de la página web "Iniciación Interactiva a la Materia" (Autor: Mariano Gaite Cuesta)

     

Si siguiéramos el rastro de cualquier pequeña partícula de una sustancia, también en estado gaseoso, veríamos cómo su movimiento se acelera cuando subimos la temperatura, al igual que vimos que ocurría con los sólidos y líquidos.
Al aumentar la temperatura aumenta la energía cinética de las partículas. Se denomina energía térmica a la energía cinética media de un conjunto muy grande de partículas.

La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Esta medida se realiza con un termómetro. Los termómetros tradicionales basan su funcionamiento en la dilatación de mercurio o alcohol.

 
¿Quieres verlo mejor?: amplía este esquema

    

Cuando dos sistemas o cuerpos que se encuentran en desequilibrio térmico entran en contacto, el de mayor temperatura transfiere energía térmica al de menor temperatura hasta conseguir un equilibrio térmico.
El calor es la transferencia de energía de un sistema o cuerpo que se halla a mayor temperatura a otro de menor temperatura.

   100      212      273,15      373,15      evaporación      fusión      gaseoso      hielo      líquida      sólido   

El punto de del agua es 0ºC (grados Celsius) = K (Kelvin) = 32 F (grados Fahrenheit). Por debajo de 0ºC el agua se encuentra en estado , es decir, como .

El punto de ebullición del agua es ºC = K = Fahrenheit. El agua permanece entre los 0ºC y los 100ºC y en este estado puede pasar lentamente a estado (vapor) gracias a la , por ejemplo cuando se seca la ropa tendida.

     

El calor es la trasferencia de energía de un sistema o un cuerpo que se halla a mayor temperatura a otro de menor temperatura.
La transmisión de energía cesa cuando ambos cuerpos o sistemas alcanzan la misma temperatura, es decir, cuando se alcanza el equilibrio térmico.
El calor se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura, independientemente de sus tamaños.

Cuando dos sistemas o cuerpos en desequilibrio térmico entran en contacto, el de mayor temperatura transfiere energía térmica al de menor temperatura hasta conseguir el equilibrio térmico. El calor es la transferencia de energía desde un cuerpo que se halla a mayor temperatura a otro de menor temperatura.

En la conducción se transmite energía térmica, pero no materia
La radiación es el proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse por el vacío.
Los convección es el proceso por el que se transfiere energía térmica de un punto a otro de un fluido (líquido o gas) por el movimiento del propio fluido. En la convección se transmite energía térmica mediante el transporte de materia.

   conducción      convección      corrientes      descendentes      propagarse      radiación      temperatura   

El calor puede transmitirse o propagarse por conducción, por convección y por radiación.
Cuando servimos sopa caliente en un plato y este aumenta su temperatura, la transferencia de calor ha ocurrido por conducción.
Cuando se forman corrientes ascendentes de agua o aire caliente y corrientes frías descendentes se está produciendo convección.
La energía del Sol llega a la Tierra por radiación.

Si calientas un extremo de una varilla de metal sujetando por el otro extremo, al final te puedes quemar porque la energía térmica llega a tus dedos. Lo que ha ocurrido es que las partículas de metal "contagian" su vibración a toda la varilla.

    

Para que se transfiera energía térmica mediante conducción no hace falta que se propage la materia (al contrario de lo que ocurre con la convección). Cuando hay conducción térmica lo que ocurre es que las partículas de un cuerpo o sistema transmiten su energía cinética a las partículas de otro cuerpo o sistema, es decir, transmiten su movimiento o vibración.

Los números que aparecen en esta tabla indican la conductividad térmica de distintas sustancias o materiales. Algunos materiales son buenos aislantes térmicos mientras que otros son buenos conductores del calor.

     

Las distintas sustancias, los distintos materiales, no tienen la misma conductividad térmica. Así, por ejemplo, los metales son buenos conductores del calor, mientras que otros materiales como la madera o el corcho son buenos aislantes térmicos por tener una conductividad térmica muy baja. Por eso nos podemos quemar si , como vemos en la imagen, calentamos el extremo de una varilla de metal, pero no ocurre lo mismo si la varilla es de madera.

  

No hace falta aire ni otra materia para que una radiación se propague. Por eso nos llega energía térmica del Sol: no hay aire, sino vacío, entre nuestro planeta y la estrella más cercana a nosotros (fuera de la atmósfera hay vacío).

    

 

¿Qué ventajas tiene un suelo de madera?

1.   Que la madera es un mal aislante térmico.
2.   Que la madera da calor
3.   Que la madera tiene una alta conductividad térmica
4.   Que la madera es un buen aislante térmico

¿Qué tipo de termómetro es?

1.   Un termómetro clínico digital
2.   Un termómetro de Kelvin
3.   Un termómetro clínico de alcohol
4.   Un termómetro clínico de mercurio

¿Qué camiseta te pondrías un soleado día de verano para pasar menos calor?

1.   La camiseta negra
2.   La camiseta blanca
3.   Cualquiera de las dos
4.   La blanca, porque proporciona frío.

¿Cuál es el punto de ebullición del agua? (¿a qué temperatura hierve?) (con una presión atmosférica normal)

1.   A 173 K
2.   A 100ºC
3.   A 273 ºC
4.   A 0ºC    

¿Cómo se transmite la energía térmica en este dibujo?

1.   Por radiación
2.   Por conducción
3.   Por convección
4.   Por convicción

¿Qué tipo de radiación la sentimos como calor?

1.   Las ondas de radio
2.   La radiación infrarroja
3.   La luz
4.   Los rayos gamma

¿A cuántos grados Celsius o centígrados no se mueven los átomos en absoluto?

1.   A - 273ºC
2.   A 273 K
3.   La pregunta está mal hecha, porque eso nunca puede ocurrir.
4.   A 0ºC

¿Cómo se transmite la energía térmica en este dibujo?

1.   Por convección
2.   Por transmisión
3.   Por radiación
4.   Por conducción

¿Cómo se transmite la energía térmica en este dibujo?

1.   Por aislamiento térmico
2.   Por convección
3.   Por conducción
4.   Por radiación

¿A qué temperatura se congela el agua?

1.   A 0ºC
2.   A - 273 ºC
3.   A 173 K
4.   A 371 K

¿Cómo es la conductividad térmica de la madera?

1.   Muy alta
2.   Igual que la de cualquier otro material
3.   Bastante baja
4.   Infrarroja

¿Cómo les llega el calor a estas personas?

1.   Principalmente por radiación. Otra parte por convección: el aire caliente va subiendo y al enfriarse volverá a bajar
2.   Por conducción, a través del aire. Pero el aire no se mueve nunca de su sitio.
3.   Por sublimación, es decir, porque el aire se calienta y se mueve
4.   Por radiactividad

¿Cómo llega el calor al bulbo del termómetro?

1.   Por convección
2.   Principalmente por radiación
3.   Por el vacío
4.   Por el aire

¿Qué podrá ocurrirte si sujetas así una varilla de cobre?

1.   Acabaré quemándome porque el cobre tiene una alta conductividad térmica
2.   Me quemaré igual que si se tratase de cualquier otro material distinto al cobre
3.   Nada, porque el calor no puede propagarse por la varilla. El calor sólo se transmite por el aire
4.   Que me quemaré en menos de un segundo, porque el calor se transmitirá rapidísimo

¿Por qué el calor se conserva en el interior de un iglú habitado?

1.   Porque el hielo tiene una baja conductividad térmica
2.   Porque el hielo es un mal aislante térmico
3.   Porque el hielo es un buen conductor del calor
4.   Porque se ha alcanzado un equilibrio térmico con el exterior

¿Qué es en realidad la energía térmica?

1.   La energía potencial media de un cuerpo o sistema material
2.   El punto de ebullición de una sustancia
3.   La energía hidráulica del agua o de cualquier otra sustancia
4.   La energía cinética media de un cuerpo o sistema material

¿Por qué el doble acristalamiento de las ventanas es tan útil para aislar térmicamente las casas?

1.   Por la alta conductividad térmica del aire
2.   Porque el aire es muy mal conductor del calor
3.   Porque el vidrio tiene una conductividad térmica mucho más baja que el aire
4.   Porque los dos cristales conducen poco el calor

¿Qué tipo de radiación ha sido captada en estas fotografías especiales?

1.   Radiación ultravioleta
2.   Rayos X
3.   Rayos gamma
4.   Radiación infrarroja

¿Por qué sentimos frío o calor?

1.   Por la energía térmica de Kelvin
2.   Porque nuestra piel es un aislante térmico
3.   Porque la piel es un mal aislante térmico
4.   Porque tenemos receptores térmicos en la piel

Si ponemos a calentar un fluido (líquido o gas) por un extremo, se forman corrientes de convección. La parte más caliente sube y la más fría baja.
De este modo se originan los movimientos de las masas de aire, es decir, el viento, ya que cuando el aire cercano al suelo se calienta asciende deja un hueco para el aire frío y más pesado, que desciende.

 

¿Qué ocurrirá al cabo de un buen rato?

1.   Que la energía térmica desaparecerá sin dejar rastro
2.   Que nunca se alcanzará el equilibrio
3.   Que el frío pasará al sitio más caliente
4.   Que se igualará la temperatura de los dos recipientes