Experimentos de física para preescolares en Venezuela | ORBITECH

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Equilibrio y palancas

Fórmulas para entender cómo se equilibran objetos y fuerzas en balancines y juguetes.

Ley de la palanca law

F_{1} \times d_{1} = F_{2} \times d_{2}

Formes alternatives

$F_{1} = \frac{F_{2} \times d_{2}}{d_{1}}$ — Despejar la fuerza desconocida en el lado izquierdo.
$d_{2} = \frac{F_{1} \times d_{1}}{F_{2}}$ — Calcular la distancia necesaria para equilibrar con fuerzas conocidas.

Symbole	Signification	Unité
`F_1`	fuerza en el lado izquierdo Peso del objeto o niño en el lado izquierdo del balancín.	N
`d_1`	distancia al punto de apoyo (izquierda) Distancia horizontal desde el punto de apoyo hasta el centro de masa del objeto izquierdo.	m
`F_2`	fuerza en el lado derecho Peso del objeto o niño en el lado derecho del balancín.	N
`d_2`	distancia al punto de apoyo (derecha) Distancia horizontal desde el punto de apoyo hasta el centro de masa del objeto derecho.	m

Dimensions : $[M] {[L]}^{2} {[T]}^{- 2}$

Exemple : En un balancín del Parque del Este (Caracas), un niño de 25 kg (F₁=250 N) se sienta a 1.2 m del centro. ¿A qué distancia debe sentarse otro niño de 20 kg (F₂=200 N) para equilibrarlo? d₂ = (250 × 1.2) / 200 = 1.5 m.

Momento de una fuerza definition

M = F \times d

Symbole	Signification	Unité
`M`	momento de la fuerza Capacidad de una fuerza para hacer girar un objeto alrededor de un punto.	N·m
`F`	fuerza aplicada Magnitud de la fuerza perpendicular al brazo de palanca.	N
`d`	brazo de palanca Distancia perpendicular desde el punto de giro hasta la línea de acción de la fuerza.	m

Dimensions : $[M] {[L]}^{2} {[T]}^{- 2}$

Exemple : Empujas una puerta de 0.8 m de ancho con una fuerza de 5 N perpendicularmente. El momento aplicado es M = 5 × 0.8 = 4 N·m.

Centro de gravedad definition

x_{c g} = \frac{\sum m_{i} \times x_{i}}{\sum m_{i}}

Symbole	Signification	Unité
`x_{cg}`	posición del centro de gravedad Distancia desde un punto de referencia hasta el centro de gravedad.	m
`m_i`	masa del objeto i Masa de cada objeto en el sistema.	kg
`x_i`	posición del objeto i Distancia desde el punto de referencia hasta el centro de masa del objeto i.	m

Dimensions : $[L]$

Exemple : Dos bloques de 1 kg y 2 kg se colocan en una regla: el de 1 kg en x=0 m y el de 2 kg en x=1 m. $x_{c} g$ = (1×0 + 2×1)/(1+2) = 0.67 m desde el bloque de 1 kg.

Flotación y densidad

Fórmulas para entender por qué algunos objetos flotan y otros se hunden en líquidos.

Densidad definition

ρ = \frac{m}{V}

Formes alternatives

$ρ = \frac{m}{V} \times \frac{10^{6}}{10^{6}}$ — Convertir g/cm³ a kg/m³ multiplicando por 1000.

Symbole	Signification	Unité
`\rho`	densidad Masa por unidad de volumen. En agua: 1000 kg/m³.	kg/m³
`m`	masa del objeto Cantidad de materia del objeto.	kg
`V`	volumen del objeto Espacio que ocupa el objeto.	m³

Dimensions : $[M] {[L]}^{- 3}$

Exemple : Un barco de papel hecho con una hoja de 3 g tiene un volumen de 80 cm³ (0.00008 m³). Su densidad es ρ = 0.003 / 0.00008 = 37.5 kg/m³, menor que la del agua (1000 kg/m³), por lo que flota.

Principio de Arquímedes law

E = ρ_{f l u i d o} \times V_{d e s p l a z a d o} \times g

Symbole	Signification	Unité
`E`	empuje hidrostático Fuerza vertical hacia arriba que ejerce el fluido.	N
`\rho_{fluido}`	densidad del fluido Para agua dulce: 1000 kg/m³.	kg/m³
`V_{desplazado}`	volumen desplazado Volumen del objeto sumergido.	m³
`g`	aceleración gravitatoria En Venezuela: g ≈ 9.78 m/s² (valor estándar).	m/s²

Dimensions : $[M] [L] {[T]}^{- 2}$

Exemple : Un barco de juguete desplaza 50 cm³ (0.00005 m³) de agua al flotar. El empuje es E = 1000 × 0.00005 × 9.78 ≈ 0.49 N, igual a su peso.

Presión hidrostática law

P = ρ \times g \times h

Symbole	Signification	Unité
`P`	presión hidrostática Presión ejercida por el peso del fluido.	Pa
`\rho`	densidad del fluido Para agua: 1000 kg/m³.	kg/m³
`g`	aceleración gravitatoria En Venezuela: g ≈ 9.78 m/s².	m/s²
`h`	altura de la columna de fluido Profundidad bajo la superficie del fluido.	m

Dimensions : $[M] {[L]}^{- 1} {[T]}^{- 2}$

Exemple : En una pileta de 30 cm de profundidad en Valencia, la presión en el fondo es P = 1000 × 9.78 × 0.3 ≈ 2934 Pa.

Movimiento y velocidad

Fórmulas para describir cómo se mueven los objetos en experimentos con carritos y pelotas.

Velocidad media definition

v = \frac{d}{t}

Formes alternatives

$d = v \times t$ — Calcular distancia recorrida en un tiempo dado.
$t = \frac{d}{v}$ — Tiempo necesario para recorrer una distancia a velocidad constante.

Symbole	Signification	Unité
`v`	velocidad media Distancia recorrida por unidad de tiempo.	m/s
`d`	distancia recorrida Longitud del trayecto en línea recta.	m
`t`	tiempo empleado Duración del movimiento.	s

Dimensions : $[L] {[T]}^{- 1}$

Exemple : Un carrito de juguete recorre 2 metros en 4 segundos en el patio de la escuela. Su velocidad media es v = 2 / 4 = 0.5 m/s.

Aceleración definition

a = \frac{Δ v}{Δ t}

Symbole	Signification	Unité
`a`	aceleración Cambio de velocidad por unidad de tiempo.	m/s²
`\Delta v`	cambio de velocidad Diferencia entre velocidad final e inicial.	m/s
`\Delta t`	intervalo de tiempo Tiempo durante el cual ocurre el cambio.	s

Dimensions : $[L] {[T]}^{- 2}$

Exemple : Un carrito pasa de 0 m/s a 0.6 m/s en 3 segundos al bajar una rampa. Su aceleración es a = (0.6 - 0) / 3 = 0.2 m/s².

Distancia con aceleración constante theorem

d = v_{0} t + \frac{1}{2} a t^{2}

Formes alternatives

$d = \frac{v_{f}^{2} - v_{0}^{2}}{2 a}$ — Usar cuando se conoce la velocidad final y no el tiempo.

Symbole	Signification	Unité
`d`	distancia recorrida Desplazamiento total del objeto.	m
`v_0`	velocidad inicial Velocidad al inicio del movimiento.	m/s
`a`	aceleración constante Aceleración durante el movimiento.	m/s²
`t`	tiempo Duración del movimiento acelerado.	s

Dimensions : $[L]$

Exemple : Un carrito parte del reposo (v₀=0) con aceleración a=0.2 m/s² durante 5 segundos. La distancia recorrida es d = 0 + 0.5 × 0.2 × 25 = 2.5 m.

Sonido

Fórmulas para entender cómo viaja el sonido y cómo producir diferentes tonos.

Velocidad del sonido en aire approximation

v = 331 + 0.6 \times T

Symbole	Signification	Unité
`v`	velocidad del sonido Velocidad a la que viaja el sonido en el aire.	m/s
`T`	temperatura del aire Temperatura ambiente en grados Celsius.	°C

Dimensions : $[L] {[T]}^{- 1}$

Exemple : En Caracas, donde la temperatura media es 28°C, la velocidad del sonido es v = 331 + 0.6×28 = 347.8 m/s.

Frecuencia de una onda sonora definition

f = \frac{1}{T}

Symbole	Signification	Unité
`f`	frecuencia Número de vibraciones por segundo.	Hz
`T`	periodo Tiempo que tarda una vibración completa.	s

Dimensions : ${[T]}^{- 1}$

Exemple : Si una cuerda vibra cada 0.002 segundos, su frecuencia es f = 1 / 0.002 = 500 Hz (nota musical La).

Longitud de onda definition

λ = \frac{v}{f}

Symbole	Signification	Unité
`\lambda`	longitud de onda Distancia entre dos crestas consecutivas de la onda.	m
`v`	velocidad de la onda Velocidad del sonido en el medio.	m/s
`f`	frecuencia Frecuencia de la onda sonora.	Hz

Dimensions : $[L]$

Exemple : Para una frecuencia de 440 Hz (nota La) y velocidad del sonido de 340 m/s, la longitud de onda es λ = 340 / 440 ≈ 0.77 m.

Magnetismo

Fórmulas básicas para entender la atracción magnética con imanes y clips metálicos.

Fuerza magnética inversamente proporcional al cuadrado law

F \propto \frac{1}{r^{2}}

Formes alternatives

$F = k \times \frac{1}{r^{2}}$ — Donde k es una constante que depende de los imanes.

Symbole	Signification	Unité
`F`	fuerza magnética Fuerza de atracción o repulsión entre polos magnéticos.	N
`r`	distancia entre polos Separación entre los polos de los imanes.	m

Dimensions : $[M] [L] {[T]}^{- 2}$

Exemple : Si duplicas la distancia entre dos imanes, la fuerza se reduce a la cuarta parte (1/2² = 1/4).

Campo magnético de un imán approximation

B = \frac{μ_{0}}{4 π} \times \frac{2 m}{r^{3}}

Symbole	Signification	Unité
`B`	campo magnético Intensidad del campo magnético en un punto.	T
`m`	momento magnético Propiedad del imán, depende de su tamaño y material.	A·m²
`r`	distancia al imán Distancia desde el centro del imán.	m
`\mu_0`	permeabilidad magnética del vacío Constante: 4π × 10⁻⁷ T·m/A.	T·m/A

Dimensions : $[M] {[T]}^{- 2} {[I]}^{- 1}$

Exemple : Un imán pequeño con m=0.5 A·m² a r=0.1 m tiene B = (10⁻⁷) × (2×0.5) / (0.1)³ = 0.001 T (10 gauss).

Flujo magnético definition

Φ = B \times A \times \cos θ

Formes alternatives

$Φ = B \times A$ — Cuando el campo es perpendicular a la superficie (θ=0°).

Symbole	Signification	Unité
`\Phi`	flujo magnético Cantidad de campo magnético que atraviesa una superficie.	Wb
`B`	campo magnético Intensidad del campo magnético.	T
`A`	área de la superficie Área perpendicular al campo.	m²
`\theta`	ángulo entre B y la normal Ángulo entre el campo y la perpendicular a la superficie.	°

Dimensions : $[M] {[L]}^{2} {[T]}^{- 2} {[I]}^{- 1}$

Exemple : Un imán con B=0.01 T atraviesa una superficie de A=0.01 m² perpendicularmente. El flujo es Φ = 0.01 × 0.01 = 0.0001 Wb.

Equilibrio y palancas

Flotación y densidad

Movimiento y velocidad

Sonido

Magnetismo

Fuentes