LABORATORIOS VIRTUALES PARA FÍSICA MECÁNICA, FÍSICA ELÉCTRICA Y ESTADÍSTICA
En el estudio de las materias de física mecánica, física eléctrica, electrónica, matemáticas y estadística entender los enunciados de los problemas es crucial para la realización o desarrollo de trabajos y talleres tanto de la universidad como de colegio. Estos a veces manejan aspectos que son de difícil visualización o imaginación, por lo que interactuar con programas o laboratorios virtuales facilita el entendimiento de los mismo.
Presentaremos varios laboratorios virtuales de diferentes temas de física eléctrica, física mecánica, electrónica, matemática, y estadística que están disponibles online para hacer practicas desde tu computadora de casa, tableta o teléfono.
En este laboratorio vamos aprender como se mueven los cuerpos cuando son lanzados con un velocidad inicial (vo) y un angulo desde el piso o una altura inicial (yo), esta dividido en cuatro simulaciones. En la primera simulación del movimiento parabólico el cañón se encuentra en altura inicial la cual podemos variar según nuestro gusto, la otra variable que podemos modificar es el angulo de tiro, podemos observar la magnitud del vector velocidad y aceleración en toda la trayectoria, ademas podemos calcular en ciertos puntos de la trayectoria, el tiempo de vuelo, la distancia horizontal, y la altura.
Si queremos que la simulación sea mas realista podemos agregar un coeficiente de arrastre que hagas la veces de resistencia del aire en el ambiente. En la segunda simulación podemos variar la masa del proyectil y su diámetro, ademas de agregar el vector de aceleración y los vectores de fuerza que actúan sobre el proyectil cuando se encuentre en vuelo. En la tercera simulación podemos cambiar el coeficiente de arrastre a voluntad para ver su incidencia en la trayectoria del proyectil. En la cuarta simulación podemos variar la aceleración de la fuerza gravitacional que ejerce la tierra sobre todos los cuerpos que se encuentra en sus cercanías.
En esta serie de cuatro simulaciones, podrás experimentar las leyes de newton sobre objetos o cuerpos en movimiento. La primera simulación es sobre la fuerza resultante sobre un objeto, y su dirección. En la segunda simulación se tratar sobre la segunda ley de Newton, donde podrás aplicar una fuerza contante sobre un objeto y podrás observar como este cambia de velocidad a medida que se mueve, debido a su aceleración constante producida por la fuerza aplicada, las variables que podamos cambiar es la masa (Kg) y la Fuerza (N). En la tercera simulación se adiciona la variable de fricción , donde podrás cuadrar coeficiente de fricción. En la cuarta simulación podemos observar la variable de la aceleración cuando se le aplica un fuerza constante al objeto y este comineza a moverse.
Laboratorio Virtual de Péndulo Simple
En este laboratorio virtual podrás analizar el movimiento de un objeto sujeto al extremo de una cuerda de masa despreciable e inextensible. En la primera parte podrás ajustar tres variables, la longitud de la cuerda (m), la masa del objeto que cuelga (Kg), y una opcional que seria poder cambiar la gravedad donde se ejecutaría el experimento. Las herramientas con que contamos es un cronometro para calcular el tiempo de las n oscilaciones, un transportador que nos indica el angulo del péndulo, ademas podemos agregar el trazo de un oscilación del péndulo simple. En la segunda parte del laboratorio podemos observar como se transforma la energía mecánica de energía potencial y energía cinética en su movimiento periódico. En la tercer parte contamos con un cronometro que nos calcula exactamente el periodo del péndulo simple, ademas de poder indicar los vectores de velocidad y aceleración en la trayectoria.
En este podrás aprender de como la energía de un sistema se mantiene constante o se conserva cuando este cambia de posición en el espacio en que se mueve y no existe fuerzas de fricción. También puedes ver de como la fricción entre las superficies afecta el movimiento y la energía mecánica. Las variables que podrás cambiar serian la masa y posición de la patinadora. Ademas podrás visualizar estos cambios de energía cinética y potencial en diferentes gráficas. También podrás ver los cambios de velocidad que sufren en cada tramo de la rampa.
En este laboratorio virtual podemos estudiar el comportamiento de los rayos de luz que atraviesan dos diferentes medios contiguos, estos fenómenos son llamados refracción y reflexión de la luz. En la primera parte contamos con rayo laser monocromático, dos superficies que podemos variar su indice de refracción, un transportador para medir los ángulos de los rayos refractados y reflejados. En el segundo laboratorio contamos con varia figuras geométricas donde podemos hacer incidir el rayo laser y ver su comportamiento, ademas podemos cambiar la fuente por varios rayos de luz, los cuales podemos variar su longitud de onda dentro del espectro visible. En la tercera simulación contamos con muchas herramientas, como la lineal normal sobre la superficie, el angulo de incidencia del rayo de luz, el angulo de reflexión y de refracción, podemos medir la velocidad de los rayos de luz en los medios de prueba, etc.
En esta simulación observaremos la relación que existe entre el voltaje (V), y la corriente (I) que atraviesa cierta resistencia (Ω), conocida como ley de Ohm. En esta podemos fijar el voltaje deseado entre la resistencia, y variar la resistencia, y así calcular la corriente que pasa sobre ella. Sabemos que la corriente es directamente proporcional al voltaje suministrado a la resistencia, e inversamente a la resistencia.
En esta simulación observamos como dos placas paralelas separadas por el aire (dieléctrico) a corta distancia pueden almacenar carga cuando se le aplica un voltaje entre sus terminales. Esta capacidad de almacenar carga se denomina capacitancia y su unidad de medida es el Faraday (F), usualmente se utiliza fracciones de Faraday (pF, nF, uF) para los condensadores comúnmente utilizados. En la primera parte podemos variar el voltaje que se le suministra al condensador e invertir la polaridad de sus terminales, también podemos variar el área de las placas y su distancia de separación. También se puede visualizar la carga en las placas, el campo eléctrico, la dirección de la corriente cuando el condensador se esta cargando, y el voltaje por medio de un medidor. En la segunda parte se puede visualizar la energía almacenada en el condensador, ademas contamos con un pequeño bombillo donde podemos descargar el condensador cuando la carga comienza a circular por su filamento produciendo luz, hasta que la diferencia de potencial entre las placas sea cero.
En este laboratorio virtual podemos realizar algunos montajes sencillos de electrónica, con alambres, resistencia, interruptores, bombillas, baterías. También se cuenta con voltimetro y amperimetro para analizar el circuito en cualquier punto. Podemos visualizar el sentido de la corriente convencional o de electrones, variar la resistencia de los alambres y la resistencia interna de las baterías.
En esta simulación se puede entender el concepto de pendiente a través de gráficas instantáneas de rectas que unen dos puntos sobre el plano cartesiano. También podemos aprender el concepto de intersección o punto de intercepción con el eje y, visualizar la ecuación de la recta, y plantear la ecuación de punto pendiente.
En este laboratorio virtual entenderemos la relación lineal que pueden tener dos variables bivariadas y determinar si esta relación es causal, con el coeficiente de correlación lineal, o el coeficiente de Pearson. Para ello contamos con un método manual en el cual construimos un diagrama de dispersión con puntos, o también con variables ya predeterminadas. Podemos visualizar la recta de mínimos cuadrados o de regresión lineal y su ecuación de predicción.
Creditos: Los laboratorios virtuales son creados y de propiedad de PhET de la Universidad de Colorado.
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