AY Honors/Physics/Answer Key/es

Física

Nivel de destreza

2

Año

1989

Version

16.11.2024

Autoridad de aprobación

Asociación General

1

Definir los siguientes términos:

1a

Física

La física es una rama de la ciencia que se ocupa de la materia, la energía, el movimiento, la carga y la fuerza.

La física comienza con la observación. Se puede observar el mundo que rodea con nuestros 5 sentidos, o se puede utilizar una serie de herramientas tales como la balanza, la regla de un metro o una regla, el reloj o cronómetro para proporcionar una medición más precisa. Galileo usó su pulso en cuando sus experimentos, pero un cronómetro habría mejorado la precisión de sus mediciones. Los físicos también utilizan herramientas más complicadas mientras miran eventos más complicados, como la colisión de partículas subatómicas en un acelerador atómico. La herramienta más importante de la física es la matemática. Puede pensar en la matemática como el lenguaje de la física.

1b

Masa

La masa es la cantidad de materia relacionada con el peso por medio de la segunda ley del movimiento de Newton.

[math]\displaystyle{ Fuerza=masa \cdot Aceleración }[/math].

Solo se puede saber si un objeto tiene masa si se trata de acelerarlo.

[math]\displaystyle{ Masa = \frac{Fuerza}{Aceleración} }[/math]

Si se mide la masa de un objeto con una báscula común de baño en la Tierra, en la Luna y en Marte, se encontraría que pesaría más en la Tierra y lo menos en la luna. En cada caso, la masa no cambió, pero el peso sí. Esto es porque la fuerza gravitacional de cada planeta es diferente, pero el resorte en la báscula no ha cambiado. Por esta razón, se utiliza una balanza para determinar la masa de un objeto.

Con una balanza, mientras la fuerza de la gravedad cambia, se está halando por igual en ambos lados de la balanza. Ahora se está midiendo realmente la masa del objeto, no su peso. Piense en un balancín (sube y baja) en la luna. Si su amigo pesa más que usted, usted todavía será más ligero en la Luna, pero si usted y su amigo están equilibrados en la Tierra, usted seguirá siendo equilibrado en el balancín en la luna.

El peso es equivalente a la fuerza en la segunda ley del movimiento de Newton. Realmente se sentirá más ligero en la Luna, pero no ha perdido ninguna masa. Simplemente está en un campo de gravedad diferente o marco inercial.

1c

Trabajo

El trabajo es una medida de la energía. Si se empuja una carga pesada, entonces el trabajo que se hace es cuán duro es empujar la carga multiplicado por cuán lejos se empuja.

[math]\displaystyle{ Trabajo=Fuerza \cdot Distancia }[/math]

1d

Fuerza

La fuerza es una influencia sobre un objeto que hace que el objeto cambie su movimiento - ya sea su velocidad o la dirección en que se mueve.

1e

Poder

El poder es la cantidad de energía consumida por una unidad de tiempo. Si se puede hacer un montón de trabajo de forma rápida, entonces se utiliza más poder.

[math]\displaystyle{ Poder= \frac{(Trabajo\ completo)}{(Tiempo\ que\ tomó\ para\ hacer\ el\ trabajo)} }[/math]

1f

Energía potencial

La energía potencial es la energía de un objeto basado en su posición relativa a otros objetos. Por ejemplo, si se levanta una pelota del suelo a una cierta distancia, entonces la pelota tiene el potencial de caerse la misma distancia a la que fue subida. La energía potencial de una pelota se puede medir por medio de qué tan alto se eleva la pelota contra la fuerza de la gravedad sobre la masa de la pelota.

La energía potencial de la pelota está dada por la relación:

[math]\displaystyle{ E = m \cdot g \cdot a }[/math]

Dónde

• E = energía
• m = masa de la pelota
• g = la aceleración de la gravedad (9,8 m/seg/seg en la Tierra)
• a = la altura que se eleva la pelota

También se ve la energía potencial como la energía almacenada de una batería. La energía de una batería se almacena químicamente. Se convierte en energía cinética en forma de calor y luz cuando se enciende el interruptor de la linterna.

1g

Energía cinética

La energía cinética es la cantidad de energía que un objeto ha basado en su movimiento en relación con otros objetos. La energía cinética en su forma más simple está relacionada con la velocidad de un objeto en relación con el observador. La energía cinética en su forma más compleja puede ser el calor.

La energía cinética de una pelota en movimiento se puede medir por saber dos cosas sobre el objeto

1 La masa del objeto (determinado utilizando una balanza)

2 La velocidad del objeto (medir cuánto tiempo se tarda en recorrer una distancia determinada) [math]\displaystyle{ velocidad=\frac{distancia}{tiempo} }[/math]

[math]\displaystyle{ \ Energía\ cinética = \frac{1}{2} \times (la\ masa\ del\ objeto) \times (la\ velocidad\ del\ objeto)^2 }[/math]

Se escribe esto como [math]\displaystyle{ E_k=\frac{1}{2} m v^2 }[/math]

1h

Peso

El peso es la fuerza que la gravedad ejerce sobre un cuerpo. Según la segunda ley del movimiento de Newton:

[math]\displaystyle{ El\ peso = (masa\ del\ objeto) \times (aceleración\ local\ de\ la\ gravedad) }[/math]

El peso es comúnmente confundido con la masa, pero el peso podría ser significativamente más en un planeta con una gravedad mayor, o podría ser significativamente menos en un planeta con una gravedad menor. La masa por otra parte es el mismo en ambas circunstancias.

1i

Materia

La materia es todo aquello que tiene masa. Hay cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gas y plasma. Los físicos tienden a dividir el universo en dos categorías generales

Energía

Materia

Eintstein mostró ques estos estaban relacionados ([math]\displaystyle{ E=mc^2 }[/math]).

1j

Inercia

La inercia es una propiedad de la materia que va en contra de una fuerza externa. Según la primera ley del movimiento de Newton, un cuerpo en reposo tiende a permanecer en reposo a menos que actúe por una fuerza externa. Un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a menos que actúe por una fuerza.

1k

Fricción

La fricción es el frotamiento de la superficie de un objeto contra la superficie de otro.

A nivel atómico se puede pensar en una superficie llena de baches como papel de lija frotándose contra otra superficie. Cuando las dos superficies están en reposo, los puntos altos de una superficie encajan en los valles de la otra superficie y se necesita un poco de fuerza para mover uno sobre el otro. Una vez que están en movimiento, las dos superficies rebotan de pico a pico como un esquiador solamente tocando las copas de las montañas. Se observa que se necesita más energía para empezar a empujar un objeto que mantenerlo en movimiento.

Se llaman a estas dos fuerzas de fricción

1 La fricción estática

2 fricción cinética

La energía que se pierde a la fricción se convierte en calor. Frote las palmas de las manos. Sus manos empezarán a sentir calor, de hecho, esta es una buena manera de calentar las manos cuando hay frío. Esta clase de calor puede causar problemas en el ventilador de la computadora o los cilindros de un carro, así que los cojinetes, el aceite y la grasa se utilizan para ayudar a reducir el calor y el daño que puede ser causado por la fricción.

1l

Onda

Las olas pueden ser representados por un movimiento armónico simple.

Una onda es una perturbación en movimiento hacia adelante que viaja sin avanzar las partículas del medio a través del cual se mueve.

En una cuerda de guitarra, por ejemplo, la cuerda vibrará arriba y abajo, pero las partículas que forman la cuerda no se mueven horizontalmente a lo largo de la cuerda. Del mismo modo, si usted lanza una piedra en el agua, el agua sube y baja y la ola se extiende desde el punto de donde cayó la piedra, pero no hay un flujo de líquido a lo largo de la superficie del agua.

1m

Centro de gravedad

El centro de la gravedad es el punto desde el que aparecen venir todas las fuerzas gravitacionales dentro de un objeto. Este punto es el mismo que el centro de masa en un campo gravitatorio uniforme.

1n

Notación exponencial

Una notación exponencial es una notación matemática que hace que sea más fácil trabajar con números muy grandes o con números muy pequeños. En la física, es muy común tener números muy grandes, tales como el número de átomos en una gota de agua, o el número de estrellas en una galaxia. También es muy posible tener un número muy pequeño como la constante de Planck (0.0000000000000000000000000000000006626068 m²kg/s).

Se escribe los números en notación científica mediante la eliminación de los titulares de espacio para cero.

En números grandes

[math]\displaystyle{ 1\times10^9 }[/math]	[math]\displaystyle{ = }[/math]	[math]\displaystyle{ 1.000.000.000 }[/math]
[math]\displaystyle{ 6,02\times10^{23} }[/math]	[math]\displaystyle{ = }[/math]	[math]\displaystyle{ 602.000.000.000.000.000.000.000 }[/math]
[math]\displaystyle{ 2,9979\times10^8 }[/math]	[math]\displaystyle{ = }[/math]	[math]\displaystyle{ 299.790.000 }[/math]

Para los números pequeños donde el exponente es negativo

[math]\displaystyle{ 0,00001 }[/math]	[math]\displaystyle{ = }[/math]	[math]\displaystyle{ 1\times10^{-5} }[/math]
[math]\displaystyle{ 0,000000015 }[/math]	[math]\displaystyle{ = }[/math]	[math]\displaystyle{ 1,5\times10^{-8} }[/math]
La constante de Planck	[math]\displaystyle{ = }[/math]	[math]\displaystyle{ 0,0000000000000000000000000000000006626068 m^2kg/s }[/math]
	[math]\displaystyle{ = }[/math]	[math]\displaystyle{ 6,626068\times10^{-34} m^2kg/s }[/math]

El exponente dice cuántos lugares hay que mover la coma decimal. Se mueve hacia la derecha para los exponentes positivos y se mueve hacia la izquierda para los exponentes negativos.

La notación exponencial se usa en muchas calculadoras y lenguajes de programación. El ×10 se sustituye por la letra E, ebntonces se puede escribir 31E6 en lugar de 31×10⁶.

1o

Cero absoluto

El cero absoluto es la temperatura mínima teórica en la que todo movimiento de un átomo cesa.

Esta temperatura mínima es:

0 Kelvin = -273.15° C = –459.67° F

La temperatura más fría fue medida por un equipo del MIT en 2003. La temperatura era de 450 picoKelvin. Esto es 450x[math]\displaystyle{ 10^{- 12} }[/math] Kelvin o 450 billonésimos de un grado de cero absoluto.

1p

Fulcro

El principio de la palanca dice que lo de arriba está en equilibrio estático, con todas las fuerzas en equilibrio, si F₁D₁ = F₂D₂.

Un fulcro es el soporte sobre el cual una palanca gira en el movimiento de un cuerpo.

Al cambiar la distancia entre la carga y el fulcro, se puede aumentar o disminuir la ventaja mecánica de la máquina conocida como una palanca.

El apoyo del centro de un balancín es el fulcro del balancín.

2

¿Cuál es el método científico? ¿Cómo puede el método científico ser utilizado para estudiar la Biblia?

Toda la ciencia comienza con observaciones. Un biólogo puede observar un pájaro y describir sus colores o sus acciones. Un químico puede notar un aroma penetrante. Un físico podría observar un objeto que cae. Cada uno de estos eventos sería una observación. Utilizamos nuestros sentidos o utilizamos máquinas que pueden aumentar el poder de nuestros sentidos.

La observación nos lleva a hacer preguntas básicas sobre el evento. Estas preguntas pueden formar la base de una hipótesis. Una hipótesis es la suposición de un científico sobre lo que podría explicar las observaciones. Una hipótesis es más útil si se sugiere un experimento que se puede hacer para probar o refutar las ideas que tenemos en cuanto a cómo funcionan las cosas.

Cuando se hace un experimento para probar la hipótesis, esto lleva a más observaciones y se inicia el proceso de nuevo.

Se resume esto por:

Método científico

Cuando una idea se ha probado muchas veces se le llama una teoría, y si se prueba tan a fondo que estamos seguros que describe con precisión el fenómeno, se podría llamarse una Ley.

El método científico se puede aplicar a cualquier campo de estudio y tiende a ser auto-correctiva. Los errores no pueden soportarse por mucho tiempo - cuando otros hacen el mismo experimento, obtendrán los mismos resultados o resultados diferentes. Si consiguen resultados diferentes, se necesitará entonces más de observación, otra hipótesis y más experimentos.

El método científico se puede aplicar a cualquier campo de estudio, incluyendo el estudio de la Biblia. No se trata de la aplicación de la ciencia a la Biblia, a pesar de que puede ser muy útil. La ciencia de la arqueología añade más a nuestra comprensión del mundo de la Biblia con cada nuevo descubrimiento.

También se puede aplicar la física a la Biblia. Por ejemplo, la Biblia no dice cuán alto el candelero era en el santuario, pero sí dice cuánto pesaba el soporte de la lámpara y los utensilios, en Éxodo 25:39 (un talento de oro tendría un volumen de aproximadamente 2 litros). Se puede utilizar el conocimiento de la ciencia (densidad, resistencia a la malla, etc.) para hacer una estimación de su altura.

El uso de la ciencia añade detalles a la historia, pero no mejora la espiritualidad de la lectura de la Biblia. Lo importante para los cristianos no es saber cada estadística en la Biblia, sino conocer el Dios de la Biblia (Juan 17:3). Esto requiere el conocimiento del carácter de Dios, pero también requiere de la interacción personal con Dios (Juan 17:23). Con esto en mente, hay varias maneras útiles para utilizar el método científico para aprender más acerca de Dios y para mejorar nuestra relación con él.

Observaciones

El método científico del estudio comienza con una observación y, en el mundo espiritual, hay dos clases de observaciones:

1 - Observaciones basadas en texto

Se observa el texto de la Biblia y luego, usando esta observación como un punto de partida, se empieza a hacer preguntas y comparar la Escritura con la Escritura para encontrar respuestas.

2 - Observaciones basadas en la vida

Se observan eventos en la vida. Estas observaciones llevan a hacer preguntas. Estas preguntas llevan a buscar respuestas en la Biblia. Entonces se decide actuar, ya sea aceptando el consejo de la Biblia o rechazándolo.

Hipótesis

Cuando se hacen preguntas, se empieza a formular una hipótesis. Una buena hipótesis conduce a predicciones que se pueden mostrar ser verdaderas o falsas mediante el uso de un experimento.

Mientras se utiliza el método científico en el estudio de la Biblia, la observación lleva a crear una hipótesis. Esta hipótesis ayuda a crear un marco de trabajo que se utiliza para estudiar la Biblia. Por ejemplo, el texto: «Porque Yo Jehová no cambio...» en Malaquías 3:6 podría ser utilizado para crear una hipótesis de que «Dios es consistente». Entonces se fija en la acción de Dios para ver si esto es cierto. Vamos a buscar en la Escritura, para comparar Escritura con Escritura, para encontrar otros ejemplos de Dios que actúan de una manera consistente.

Este es el método utilizado por los cristianos de Berea:

«Y éstos eran más nobles que los que estaban en Tesalónica, pues recibieron la palabra con toda solicitud, escudriñando cada día las Escrituras para ver si estas cosas eran así.»
-- Hechos 17:11

Todos hemos aceptado la hipótesis como verdadera. Estas hipótesis se basan en nuestra formación y experiencias. Todas las experiencias que hemos tenido en el pasado guían las hipótesis que hacemos hoy en día. Por ejemplo, si alguien ha tenido una relación difícil con su padre, puede ser que tengan una visión diferente de Dios el Padre que alguien que ha tenido una maravillosa relación con su padre.

Es imposible para nosotros abrir la Biblia sin tener hipótesis subyacentes que filtramos a través de la Biblia. Estas hipótesis afectan a nuestra comprensión del texto. Reconociendo nuestros propios prejuicios puede ser difícil, pero mirando con sinceridad en nuestras propias hipótesis subyacentes, podemos empezar a ver el mundo con mayor claridad.

Tomás Jefferson, autor de la Declaración de Independencia de los Estados Unidos, pensó que Cristo era un hombre bueno y que se puede aprender de Él moralmente. Jefferson no creía las cuentas milagrosas de la Biblia. Él creó lo que se conoce comúnmente como la «Biblia de Jefferson», cortando estas cuentas de los libros de Mateo, Marcos, Lucas y Juan, y organizando los segmentos restantes para formar una historia.

La historia está en orden cronológico y contiene la mayor parte de las palabras de Cristo, pero no dice de los ángeles anunciando Su nacimiento, no habla de los milagros y no hay ninguna mención de la resurrección. Tomás Jefferson comenzó con la hipótesis de que todas estas cosas eran, según sus palabras, «tonterías».

Martín Lutero, en cambio, creía que la Biblia completa era verdadera, incluyendo los milagros. Lutero creía esto tanto que quería que todo el mundo fuera capaz de leer sus palabras en su propio idioma. Por eso, tradujo la Biblia al alemán.

Jefferson y Lutero tuvieron una hipótesis diferente con respecto a la verdad de la Biblia. Sus hipótesis los conducieron a totalmente diferentes relaciones con Dios. Como se puede ver, la hipótesis con que se comienza el de la Biblia es muy importante.

Experimento

Al aplicar el método científico al estudiar la Biblia, se puede econtrar que hay dos clases de experimentos:

1 - Experimento aplicado

Aplicar la hipótesis a las situaciones de la vida real.

Al poner realmente el texto de la Biblia en práctica, se puede ver si la hipótesis es válida. por ejemplo, si lee el texto en Malaquías 3:10

Traed todos los diezmos al alfolí y haya alimento en mi casa; y probadme ahora en esto, dice Jehová de los ejércitos, si no os abriré las ventanas de los cielos, y derramaré sobre vosotros bendición hasta que sobreabunde.
-- Malaquías 3:10

Su hipótesis podría ser que Dios le bendecirá si da su diezmo. Si toma acción con estos pensamientos y hace el experimento, se puede averiguar si es cierto.

Se puede ver en Proverbios 25:21-22

Si el que te aborrece tuviere hambre, dale de comer pan, Y si tuviere sed, dale de beber agua;

Porque ascuas amontonarás sobre su cabeza,

Y Jehová te lo pagará.
-- Proverbios 25:21-22

La hipótesis podría entonces ser «nuestros enemigos cambian más rápidamente por ser amable con ellos en vez de ser mezquino».

El experimento entonces sería intentar a tratar el acosador de la clase de una manera amable.

2 - Estudio de la Biblia o experimento de investigación

Se toma el enfoque de los de Berea y se estudia la Biblia para tratar de verificar o anular la hipótesis basada en la comparación de escritura con escritura.

No siempre hay que hacer el experimento uno mismo. La Biblia puede ser visto como una serie de experimentos «espirituales». Se lee de personas que tenían fe y estaban firmes por lo correcto, y de personas que fracasaron en repetidas ocasiones pero volvieron a Dios. Se lee de otros que han rechazado a Dios por completo. Cada una de estas historias es un experimento en la espiritualidad. La vida no es lo suficientemente largo para que se hagan todos los errores por la propia cuenta de uno; por lo tanto, un libro como la Biblia puede ayudar a ver cómo se debe vivir para tener una vida espiritual exitosa. También muestra los que fracasaron para que se pueda saber qué comportamiento aleja a uno de Dios.

Cuando se encuentra un principio espiritual en la Biblia, se puede encontrar un experimento que se realizó en la vida de los patriarcas, reyes, profetas y apóstoles comparando la Escritura con Escritura.

Uno de los distintos mensajes de la Iglesia Adventista del Séptimo Día es que hay una «»controversia» entre Cristo y Satanás (Job 1). Se ve en las Escrituras que Dios es amor abnegado (Juan 3:16, 1 Juan 4:8) y que Satanás se define por el amor propio (Isaías 14:12-14). Se puede utilizar este «marco de hipótesis» para estudiar las Escrituras. En cada historia de las Escrituras, ¿cómo se puede ver las fuerzas del bien luchando contra las fuerzas del mal? ¿Qué enseñan acerca del amor de Dios por Sus hijos, y más específicamente Su amor por usted?

Una vez se haya hecho el experimento o estudiado alguien que ha hecho el experimento, se debe fijar en la hipótesis de nuevo. ¿Los resultados del experimento apoyan a la hipótesis? Si lo hacen, la hipótesis podría ser válido; si no, hay que cambiar la hipótesis y comenzar el proceso de experimentación y evaluación de nuevo.

El marco de hipótesis constituye nuestras creencias, y una vez estamos más seguros de nuestras creencias, vamos a empezar a tomar medidas. Nuestras acciones serán moldeadas por nuestras hipótesis subyacentes.

3

¿Qué es un experimento controlado?

Un experimento controlado es un experimento en el que se trata de eliminar otros factores que podrían afectar el resultado. Echemos un vistazo a uno de los más famosos experimentos de la física y posiblemente uno de los más importantes de todos los tiempos. Ilustrará cómo se puede tratar y controlar las variables. El experimento se llevó a cabo por un científico italiano por el nombre de Galileo Galilei.

Durante casi 2.000 años la gente creía que el filósofo Aristóteles, quien dijo que los objetos más pesados caen más rápido que los objetos ligeros. En la época de Galileo, no había ningún método científico, y entonces la gente creía Aristóteles basado en su autoridad. La idea de Aristóteles era más que una hipótesis; en la mente de la gente esto era una ley de la física.

Galileo hizo preguntas sobre esta ley. Es obvio que una pluma realmente cae más lento que un martillo, pero supyso de que esto se debía a la resistencia del aire impidiendo la pluma de caerse a toda velocidad. En lugar de pensar, como Aristóteles lo hizo con que los objetos en movimiento tienden a venir a descansar, pensó que podría haber algo que aguantaba un objeto, «las fuerzas de fricción» que frenaban el objeto.

Galileo probablemente no dejo caer objetos de la Torre inclinada de Pisa, pero hizo experimentos con un plano inclinado o una rampa donde hizo rodar objetos. Esto le permitió disminuir la velocidad de la acción de caer y así minimizar la «fricción del aire». Él determinó que los objetos estaban acelerando y que la masa no afecta a la aceleración.

Galileo fue capaz de eliminar la variable de la «fricción del aire» y esto le permitió «ver» la física subyacente de la caída de objetos. Publicó sus teorías en su libro titulado Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze (Discurso y demostración matemática, en torno a dos nuevas ciencias) en 1638.

En el diseño de un experimento, debe tratar de averiguar qué variables pueden afectar al experimento y luego tratar de eliminar esas variables. A veces, las variables no se descubren hasta después del primer o segundo experimento. La hipótesis de Galileo era que el aire estaba afectando a la caída de objetos.

Como una demostración, deje caer un pedazo de papel y un libro a la misma vez. Pregunte a los estudiantes que formulen una hipótesis de cuál llegará primero, y luego haga el experimento. ¿Sus hipótesis eran correctas?

Haga el mismo experimento con una bola de papel.

¿Qué pasó?

¿Por qué?

Este sería un buen momento para hacer el experimento del requisito 10 a continuación.

4

Explicar los términos en la ecuación de Alberto Einstein [math]\displaystyle{ E=mc^2 }[/math].

La Teoría de la Relatividad Especial de Alberto Einstein fue publicado el 30 de junio de 1905. La mayor parte de la teoría de la relatividad especial tiene que ver con la relación entre los objetos en movimiento y la luz que se pasa entre ellos.

Aunque la luz es un fenómeno ondulatorio, el experimento Michelson Morley en 1887 había mostrado que no hay medio necesario para que viaje a través del espacio.

E - es el símbolo para la energía.

La energía es una unidad de trabajo. En el sistema MKS es [math]\displaystyle{ Kg \cdot M^2/seg^2 }[/math], que se conoce como un vatio.

En el sistema CGS system es [math]\displaystyle{ g \cdot m^2/seg^2 }[/math], que se conoce como un ergio. La energía puede tomar

la forma de calor y se mide en calorías, o kilocalorías cuando se habla de calor. Las caloría se miden en

un calorímetro, midiendo el cambio en la temperatura del agua por medio de añadir calor en el sistema. Una caloría de

calor sube un gramo de agua un centígrado. Para mostrar cómo la energía mecánica o el trabajo está relacionado con

la energía de calor, paletas dan vuelta en el calorímetro y el cambio en la temperatura se mide.

m- es la masa en reposo de una partícula.

Esta masa puede ser medido en kilogramos o gramos.

c- es la velocidad de la luz.

C significa celeritas, que en latín significa rapidez, y se utiliza para representar la velocidad de la luz.

299.792.458 metros/segundo o 186.282,397 millas/segundo

2- El 2 en la derecha de la C representa la acción conocida como la cuadratura de un número.

Se cuadra un número multiplicándolo por sí mismo. En esta ecuación se está cuadrando un número muy grande que produce un número aun más grande: [math]\displaystyle{ 299792458m/seg\cdot299792458m/seg = 8,98755179\times10^{16}m/s^2 }[/math]

Lo que esta ecuación indica es que la masa y la energía son intercambiables. La masa puede convertirse en energía y la energía puede convertirse en masa. Antes de Einstein, había dos leyes de la física  

Ley de conservación de la materia- Esta ley establece que las partículas de la materia no se crean ni se destruyen

La ley de la conservación de la energía- Esta ley establece que no se crea ni se destruye la energía, sólo cambia de forma

La ecuación [math]\displaystyle{ E=mc^2 }[/math] dice que sólo hay una ley:

La conservación de la materia y la energía - la materia y la energía no se crea ni se destruye

No fue hasta 1938 que Lise Meitner y Otto Hahn fueron capaces de dividir un núcleo y ver esa energía liberada. La energía liberada correspondió a la pérdida de masa según la ecuación de Einstein.

Se demostró que un átomo con un núcleo grande puede romperse en dos partes, emitiendo un rayo gamma. Si la masa de las dos partes se sumaban, un poco de la masa faltaba. El rayo gamma no tenía masa, sólo energía, pero la energía era equivalente a la masa que faltaba si se usa la ecuación de Einstein.

Cuando se habla de partículas muy energéticas, como los rayos gamma, usualmente se ve el rayo gamma convertirse en un par de partículas y luego unirse de nuevo para convertirse en un rayo gamma.

Un rayo gamma con una energía de 1,022MeV (millón de electronvoltios) puede formar espontáneamente un par de elctrón anti-electrón (positrón). Cada partícula tiene una masa que tiene la energía equivalente de 0,511MeV y uno tiene una carga positiva y otro una carga negativa. Como uno se carga negativamente y uotrono está cargado positivamente, son susceptibles de ser atraídos el uno al otro y se recombinan y forman un rayo gamma de nuevo. El rayo gamma no tiene carga o masa.

5

¿Qué unidades de medida de masa, longitud y tiempo son utilizados donde usted vive?

Unidades de Medida

Sistema de Medida	Longitud	Masa	Tiempo
Sistema inglés	Pie	Slug	Segundos
Sistema SI	Metro	Kilogramo	Segundos
Sistema Métrico Decimal (MKS)	Metro	Kilogramo	Segundos
Sistema Métrico Decimal (CGS)	Centímetro	Gramo	Segundos

La mayor parte del mundo utiliza el SI o Système International d'Unités para todas las mediciones. Es sólo en los Estados Unidos de América, Birmania, Liberia y algunos otros países que el sistema inglés se utiliza para la mayoría de las actividades.

Desde un punto de vista científico, es muy sorprendente que el sistema inglés se encuentra todavía en uso en un país tecnológicamente avanzado. Su uso en los Estados Unidos llevó a una falla catastrófica en la misión de la nave de órbite a Marte de la NASA en 1999. La nave de órbite a Marte, que costó $125 millón, se perdió debido a que un equipo de ingenieros de Lockheed Martin utilizaron unidades inglesas de medida, mientras que el equipo de la NASA utilizó el sistema métrico para la navegación de naves espaciales.

Mucha gente piensa que la libra es la unidad de masa del sistema inglés. En realidad, es la unidad de fuerza. Al continuar a convertir de libras a kilogramos, se comfunde aún más la diferencia entre unidades de fuerza y de masa.

6

¿Qué unidades de medida para el tiempo son utilizados en la profecía de la Biblia? ¿Cuál es el capítulo y el versículo donde se puede encontrar?

Un día es usado para representar un año en dos lugares de la Biblia:

Cumplidos éstos, te acostarás sobre tu lado derecho segunda vez, y llevarás la maldad de la casa de Judá cuarenta días; día por año, día por año te lo he dado.
-- Ezequiel 4:6

Conforme al número de los días, de los cuarenta días en que reconocisteis la tierra, llevaréis vuestras iniquidades cuarenta años, un año por cada día; y conoceréis Mi castigo.
-- Números 14:34

Esto se usa en las profecías de Daniel, especialmente en Daniel 8:14

Y él dijo: Hasta dos mil trescientas tardes y mañanas; luego el santuario será purificado.
-- Daniel 8:14

Isaac Newton es conocido como uno de los más grandes físicos, pero pocos recuerdan que dedicó más tiempo al estudio de la Biblia y la alquimia que al estudio de la física, y en Observaciones Sobre las Profecías de Daniel y los Apocalipsis de San Juan él escribió:

«El santuario y el ejército fueron pisoteados 2300 días; y en las profecías de Daniel los días se ponen por años, pero la profanación del Templo en el reinado de Antíoco no duró tantos días naturales. Estos fueron para durar hasta el tiempo del fin, hasta el último extremo de la indignación contra los judíos; y esta indignación aún no ha terminado. Tenían que durar hasta el Santuario que había sido arrojado debía ser limpiado, y el Santuario aún no se ha limpiado.»

7

Hacer una lista de las tres leyes del movimiento de Newton.

Primera ley

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

Experimento - Puede hacer el experimento en el requisito 8 de la especialidad de Física para demostrar la inercia.

Segunda ley

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime; esto se escribe como [math]\displaystyle{ F=mA }[/math].

Experimento - Utilice cucharas de plástico y malvaviscos, nueces, manzanas u otros objetos para demostrar cómo la misma fuerza (la curva de la cuchara) acelera los objetos de diferente masa, diferentes distancias.

¿Cómo puede asegurarse de que consiga la misma fuerza cada vez?

¿La masa de los objetos afectan a la distancia que viaja?

¿La masa afecta a la velocidad del objeto?

Experimento - Conecte una escala de equipaje a un pequeño peso y vea qué medida consigue si se hala el peso lentamente o rápidamente.

Tercera ley

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria.

Si alguien le empuja, entonces usted empuja con la misma cantidad de fuerza, pero en la dirección opuesta.

Experimento - Puede hacer el experimento en el requisito 9 de la especialidad de Física para demostrar la acción--principio de reacción.

8

Usando un mantel de tela y varios libros pesados, demostrar la primera ley de Newton del movimiento.

Teoría -

Un objeto en reposo permanecerá en reposo y un objeto en movimiento permanecerá en movimiento a menos que actúe sobre una fuerza.

Materiales -

Mesa

Mantel de mesa

Libros (de varios tamaños)

Método -

En este experimento, coloque un mantel sobre una mesa y luego coloque los libros en la parte superior del mantel.

Preguntas -

¿Qué sucede si se intenta halar el mantel lentamente?

¿Qué sucede si se intenta halar el mantel rápidamente?

¿Qué sucede si los libros son livianas?

¿Importa la clase de tela? ¿Qué si es suave como la seda? ¿o áspera como papel de lija?

¿Qué dice este experimento acerca de la primera ley del movimiento de Newton?

¿Hay otro experimento que se pueda hacer para probar o refutar la primera ley del movimiento de Newton?

Aplicación espiritual-

Todos nos resistimos al cambio en nuestra vida. Llegamos a ser cómodos con una rutina. A veces un impulso lento pero persistente puede superar nuestra inercia y dirigirno en la dirección correcta espiritualmente.

9

Usando un globo lleno de aire, demostrar la tercera ley de Newton del movimiento.

Teoría -

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime

Imagínese estar sentado en el espacio (sin fricción para que lo mantenga en su lugar) con un ladrillo. Si lanza el ladrillo, el ladrillo se irá de donde usted está, pero también usted se irá de su lugar original (su velocidad será más lenta que la del ladrillo porque pesa muchos más que el ladrillo). Un cohete hace lo mismo con las moléculas de los gases de escape. Las moléculas son muy ligeras pero están viajando muy rápidas, y por lo tanto pueden acelerar el cohete a velocidades muy altas.

Material

Globos (esto será su cohete)

Sorbetos (pajillas, popotes)

Cinta adhesiva

Cuerda

Papel

Tijeras

Método -

Proporcione poca orientación cuanto sea posible.

La competencia entre dos o más grupos puede ser motivada por ver cuál equipo puede conseguir el globo volar a un destino específico.

Una vez que un equipo se da cuenta de la manera de cómo guiar el globo, entonces pueden hacer carreras entre los varios equipos.

Preguntas -

Si infla un globo y luego lo deja ir sin hacerle un nudo en la apertura, ¿qué sucede?

¿Esto está de acuerdo con la tercera ley de Newton del movimiento?

¿Cómo puede hacer que el globo vaya donde usted quiere que vaya? (¿orientar el globo?)

¿Qué proporciona la fuerza?

Aplicación espiritual -

Cuando Dios actúa, el universo reacciona. Se ve esto en varias ocasiones en la historia de la Creación. Dios habló y aparacieron cosas. Él dice: «Hágase la luz» y fue la luz. «Para cada acción hay una reacción».

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Demostrar el experimento de Galileo sobre la caída de los cuerpos dejando caer dos botellas de plástico (una llena de agua, la otra media llena), al mismo tiempo, desde una altura de siete pies (dos metros). Registrar los resultados y encontrar una aplicación espiritual de este experimento.

Teoría

La Tierra atrae todo a sí mismo. Se representa la atracción newtoniana con una G mayúscula que significa la constante de gravitación. En unidades MKS tiene un valor de 6.67x [math]\displaystyle{ 10^{-11}m^3/(kgS^2) }[/math] y se escribe la ecuación de la siguiente manera:

[math]\displaystyle{ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} }[/math]

Mientras más masa tenga un objeto, más fuerza es ejercida, esta fuerza adicional cancela exactamente la inercia del objeto. No importa cuán grande o pequeño sea un objeto, tendrá la misma aceleración de la gravedad especificada por la g miníscula. En la Tierra se puede decir que [math]\displaystyle{ m_1= }[/math] la masa de la tierra y [math]\displaystyle{ m_2= }[/math] la masa del objeto, que es m. Entonces se puede establecer la fuerza de la gravedad = ma por la primera ley del movimiento de Newton:

[math]\displaystyle{ F = G \frac{m_e m}{r^2} = ma }[/math]

Fíjese que ahora m está de ambos lados de la ecuación. Entonces m se cancela completamente y deja

[math]\displaystyle{ a = G \frac{m_e }{r^2} }[/math]

G es constante, la masa de la Tierra [math]\displaystyle{ M_e }[/math] es constante y, cerca de la superficie de la tierra, la distancia desde el centro de la tierra no cambia mucho, por lo que [math]\displaystyle{ r^2 }[/math] es casi una constante. Esto significa que a es igual a una constante. Se llama a esta constante la aceleración de gravedad cerca de la superficie de la Tierra y se representa con el símbolo g = 9,8 m/[math]\displaystyle{ seg^2 }[/math].

[math]\displaystyle{ x=\frac12gt^2 }[/math]

Note que no hay masa indicada en la ecuación que especifica la aceleración de un objeto en un campo gravitatorio.

Materials

Botellas de plástico

Agua

Método

Haga que los estudiantes dejen caer botellas de plástico y determinar cuál da el piso primero. Una debe de estar llena a la mitad de agua y otra completamente llena de agua. Asegúrese de que la tapa esté bien puesta.

Preguntas

¿Cuál dio al piso primero?

¿Qué pasaría si la botella estuviera completamente vacía? ¿Por qué?

Aplicación espiritual

En un sentido espiritual, todos están atraídos por la Gracia de Dios, G mayúscula, mostrada en la cruz de Cristo. No importa cuánto pecado haya en nuestras vidas, la cruz de Cristo nos atrae por igual y supera todo el pecado. En Cristo todos son sin pecado, no importa lo mal que hemos sido en el pasado.

Galileo puedo ejercer su fe en que las fricciones en el aire estaban desacelerando objetos ligeros como una pluma, y es por eso que Aristóteles había dicho que los objetos más pesados caen más rápido. Se imaginó un mundo que no tenía la fricción del aire, y por lo tanto fue capaz de ver la física subyacente. Se debe confiar en la fe cuando se mira hacia el reino celestial e imaginar un mundo sin sufrimiento, sin enfermedad y sin muerte.

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Demostrar la ventaja mecánica de las palancas, sacando un clavo largo, clavado profundamente en una tabla, usando solamente un martillo. Sacar un segundo clavo utilizando un martillo y un pequeño bloque de madera, ubicado cerca del clavo, bajo la cabeza del martillo. Notar la diferencia en la fuerza necesaria para sacar el clavo con las diferentes posiciones sobre el martillo en el bloque (fulcro) y sacar una aplicación espiritual de este experimento.

Teoría -

Las máquinas simples se utilizan para crear una ventaja mecánica. Lo hacen mediante la reducción de la cantidad de fuerza necesaria para llevar a cabo un trabajo. La lista de las máquinas por lo general incluye las siguientes máquinas

Plano inclinado - Se necesita menos fuerza para empujar una carga por una inclinación que levantarla directamente hacia arriba.

Eje y Rueda - La rueda es posiblemente la máquina más importante. Se reduce la cantidad de fuerzas de fricción.

Palanca - se compone de un punto de apoyo o de pivote y una barra rígida larga o una viga. Cuando el objeto está más cerca al punto de apoyo, es más fácil levantarlo.

Polea - es una rueda que se utiliza con una cuerda para cambiar la dirección de una fuerza. Múltiples poleas se pueden utilizar para crear un polipasto que aumentará la ventaja mecánica.

Cuña - Esta máquina es sólo dos planos inclinados, pero usualmentese incluye porque es tan útil.

Tornillo - Esto es simplemente un plano inclinado circular, pero porque se necesita una fuerza de rotación y la convierte en una fuerza lineal, casi siempre se incluye en una lista de máquinas simples.

Esta máquina es una simple palanca. El mango del martillo es el brazo de palanca y la curva de la cabeza forma el punto de apoyo. La garra del martillo es también una cuña o plano inclinado. A veces se utiliza un martillo con una palanca, tirador de clavo u otro martillo para calzar la garra debajo de la cabeza del clavo.

La Palanca utiliza el principio de la física de torque o fuerza de rotación. Torque (par motor)=fuerza*distancia.

Materiales- Martillo, clavos, pequeño bloque de madera al menos 60 cm de largo

Método - Entrar un número de clavos grandes hasta la mitad de una madera de 2 por 4 y haga que la clase intente de halar un clavo. Entonces demuestre cómo colocar el bloque de madera para que actúe como un punto de apoyo. Pida a la clase que haga de nuevo el experimento utilizando el bloque de madera.

Preguntas -

Comience con una descripción o demostración de diversas máquinas como se describe en la sección teórica. Luego, pídale a la clase «qué clase de máquina es un martillo».

¿Dónde está el punto de apoyo en el martillo?

¿Dónde está el punto de apoyo cuando se utiliza el bloque de madera?

¿Qué manera es más fácil?

¿Qué diferencia hace que tan cerca del punto de apoyo está el bloque de madera?

¿Qué diferencia hay donde agarrar el martillo? ¿Es más fácil cerca de la cabeza o en el extremo del mango?

Aplicación de ejemplo espiritual - Si el punto de apoyo de la palanca representa a Cristo, entonces cuanto más cerca estemos a Cristo, más fácil será para levantarno a un plano espiritual superior.

Referencias

Leyes de Newton
Palanca
Cero absoluto