Monday, November 21, 2005

Fisika-matematica

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Autores: Jorge Acosta, Rey Ubillus

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1.- ¿Qué es la física?

La física es la ciencia que estudia las propiedades, cambios, interacción y otros aspectos de la materia y la energía.

*Glosario de términos frecuentemente utilizados, Letra A http://www.geocities.com/cienciayfe/glosario.html

2.- ¿Qué es una cometa y cuáles son sus partes?

La cometa es es un artefacto volador, mas pesado que el aire que vuela gracias a la fuerza del viento y a uno o varios hilos que la mantienen desde tierra en su postura correcta de vuelo, es un tradicional juego infantil, pero tambien ha sido utilizado con fines cientificos por la sencillez de su construcción.

Las partes de una cometa son las que se observan en la siguiente imagen:

*Wikipedia, La enciclopedia libre, Cometa (juego) http://es.wikipedia.org/wiki/Cometa_(juego)

*Kite plan base, El mayor archivo de planos de cometa http://www.vientocero.com/kpb/accesible.php?tipo=01

*Altovuelo, Partes de una cometa http://www.altovuelo.com/biblioteca/desarrollo_biblioteca.htm

3.- ¿Como ha sido la presencia de la cometa a través de la historia?

Las cometas nacieron en la antigua China. Se sabe que alrededor del año 1200 a.C. se utilizaban como dispositivo de señalización militar. Los movimientos y los colores de las cometas constituían mensajes que se comunicaban en la distancia entre destacamentos militares.

En el siglo XII, en Europa los niños ya jugaban con cometas a las que añadían cuerdas para hacerlas sonar.

Es de destacar también la labor desempeñada por las cometas como equipos de medición atmosférica.
El inventor estadounidense Benjamin Franklin utilizó una cometa para investigar los rayos e inventar el pararrayos.

*Wikipedia, La enciclopedia libre, Cometa (juego) http://es.wikipedia.org/wiki/Cometa_(juego)

*Imagen de na cometa, Ya.com http://personales.ya.com/casanchi/fis/image372.jpg

*Lycos, Juan Miguel Suay Belenguer, Cometa http://usuarios.lycos.es/jmsuay/articulo/articulo.htm

4.- ¿Qué otro nombre tiene la cometa enn otro países de la orbe?

Los otros nombres que recibe la cometa en otros países de la orbe:

  • Pájara
  • Milocha
  • Volantín
  • Barrilete
  • Birlocha
  • Sierpe
  • Rosa
  • Celular
  • Papalote

5.- ¿Qué usos se le ha dado a la cometa?

La cometa tiene diversos usos como los siguientes:

Las cometas como arte de pesca

Desde China hasta las islas de la Polinesia, la cometa se ha utilizado para pescar. Fabricada con hojas de plantas, se hace volar a una altura considerable, desde la orilla de la playa o de una canoa. En la parte inferior de la cometa cuelga un hilo distinto al que controla el vuelo, que desciende hasta la superficie del agua, en cuyo extremo se ata el anzuelo.

Cometas de salvamento marítimo

Una de las múltiples aplicaciones de las cometas durante el siglo XIX fue la de salvamento marítimo. Puesto que la mayoría de los naufragios ocurrían cerca de la costa, era factible emplear una cometa para tender un cabo entre el barco y la costa y, así, rescatar a los náufragos.

Cometas meteorológicas

También en el siglo XIX se emplearon regularmente cometas para elevar instrumentos en observaciones meteorológicas. Usando cometas individuales o formando trenes de hasta ocho cometas se logró alcanzar alturas de hasta 9740 metros. La aparición de los primeros aviones y la mejora de los globos sonda hicieron que las cometas entraran en desuso. Se dejaron de utilizar en la década de los años treinta del siglo XX.

Fotografía aérea con cometas

Antes de la aparición de los aerostatos y los aviones se emplearon cometas para realizar fotografías aéreas. El sistema era tan simple como colgar en una cometa o en su hilo una cámara fotográfica, con un mecanismo remoto, que disparaba la cámara mientras estaba en el aire.

Cometas y radio

El 12 de diciembre de 1901, Guglielmo Marconi usó una cometa para elevar una antena a una altura de 122 metros en la primera transmisión de radio transatlántica desde Poldhu (Inglaterra) a San Juan de Terranova. Durante la Segunda Guerra Mundial se empleó una cometa del tipo caja rectangular como equipamiento de los botes salvavidas de los aviones. Ésta se empleaba para tender un cable que se utilizaba como antena de un radiotransmisor de socorro.

Cometas militares

Las cometas se han empleado con fines militares desde épocas remotas en China y Japón. Los estrategas encontraron un valioso elemento auxiliar en la cometa, de la cual hicieron uso en la transmisión de señales de día y noche, para medir distancias y, por supuesto, para la elevación de observadores humanos, en clara competencia con los globos a finales del XIX. Los servicios de aerostación militar de algunos países dispusieron de cometas en sus equipamientos, dado que éstas son más fáciles de transportar y, bajo ciertas circunstancias meteorológicas, son más estables que los globos. Si bien el avión dejó obsoletos estos sistemas, en 1943, durante la Segunda Guerra Mundial, los submarinos alemanes empleaban un autogiro sin motor para observación -el observador se sentaba en el aparato y volaba al ser arrastrado por el submarino, elevándose sobre la superficie del mar-, al que los alemanes denominaron Focke Achgelis FA330. En esta guerra también se emplearon cometas como blancos en prácticas de tiro y como barreras antiaéreas.

Otros usos

Otras aplicaciones de las cometas son con fines publicitarios, para elevar carteles y anuncios, como elemento de tracción de carricoches y barcos, para transportar los cables-guías para la construcción de puentes, elemento de experimentación de los primeros aviones, etc.

También se le da uso para celebrar tradiciones y costumbres, sobre todo en el continente asiatico como vemos a continuación:

  • Para comunicarse con espíritus y dioses - Tailandia y otras culturas

  • Para anunciar el nacimiento de un niño - Corea

  • Cometas chillantes durante batallas - China

  • Para llevar una persona por el aire - China y Japón

  • Cometas luchadoras (cometas que luchan contra otras cometas) - la India y Japón

La cometa también ha recibido un uso cientifico, como el que le dió Benjamín Franklin en 1972, para averiguar si había una carga eléctrica en las nubes.También fue usada para llevar instrumentos para experimentos científicos como el Dr. Alexander Wilson quien en 1750 envió un termómetro sujeto a una cometa para medir la temperatura del aire en las diferentes altitudes.

*The National Business Aviation Association, Cometas http://wings.avkids.com/Libro/Vehicles/advanced/kites-01.html

*Wanado, El rincón del vago, Cometa http://html.rincondelvago.com/cometa.htmle

*Juan Miguel Suay Belenguer, Portal Militar, Las cometas de uso militar. http://www.europa1939.com/documentos/cometas.html

6.-¿Cuales son los tipos de cometas que existen?

Los tipos de cometas se pueden clasificar de la siguiente manera:

Las cometas, por su número de hilos, se pueden clasificar en dos tipos:

  • Cometas de un hilo o cometas estáticas: aquellas que permanecen estables en el aire alrededor de una posición de equilibrio. Necesitan un solo hilo para su control.

  • Cometas deportivas (acrobáticas y de tracción): las que posen más de un hilo - dos, tres y cuatro-, por medio de los cuales se puede dirigir a la cometa en su vuelo.

Atendiendo a su forma las cometas de un solo hilo se pueden clasificar en:

  • Planas: formadas por un armazón plano recubierto con la vela, que necesita de una cola para su estabilización.

  • Curvadas o de ángulo diedro: originarias de la isla de Java, se caracterizan por no tener cola. Su estabilidad se consigue por la forma que se produce al arquear el travesaño horizontal.

  • Cometas de caja o celulares: estructuras tridimensionales consistentes en varias cajas conectadas entre sí con los extremos abiertos.

  • Semiflexibles: cometas con o sin varillas, con una vela flexible, que adquieren su forma por la acción del viento.

  • Parafoils: este tipo de cometas no necesita de ninguna varilla, su forma y rigidez de vuelo se consiguen por medio de unas bolsas internas que se hinchan con el viento, lo que permite obtener una forma alar de gran estabilidad y una gran fuerza de sustentación.

  • Rotor: cometas que son básicamente un autogiro sin motor. Su principio de funcionamiento se basa en que un cuerpo en rotación inmerso en una corriente de aire, además de ser arrastrado por la misma, experimenta una fuerza de sustentación vertical hacia arriba.

*Wanado, El rincón del vago, Cometa http://html.rincondelvago.com/cometa.html

*Juan Miguel Suay Belenger, Indice, Las formas de las cometas http://usuarios.lycos.es/jmsuay/formas/formas0.htm

7.- ¿Cómo se construye una cometa?

Para construir una cometa se debe seguir el siguiente procedimiento:

  • Decide la forma de la cometa. Las cometas tienen varias formas. Las variaciones no tienen fin pero las formas básicas son las mismas: plana o arqueada, rectángular o celular y semirrígida o flexible.

  • Diseña los palillos y los marcos para la cometa. Cerciórate que sea un marco fuerte pero también que sea ligero.

  • Elije el material para la cubierta - fuerte pero ligero.

  • Elije cómo estabilizarás tu cometa. ¿Le pondrás una cola? Utilizarás un pequeño paracaíidas o una taza de viento que capture el aire y actúe como ancla? Estos dispositivos estabilizan la cometa.

  • ¿Arquearás tu cometa? El arco o arqueo de la cometa puede tener diferentes presentaciones. Puede ser una curva suave o un ángulo en el centro de la cometa; o puede también ser que los ángulos estén en otras partes de la cometa. El arco puede ser sutil (difícil de notar) o exagerado (muy visible). El arco o arqueo tiende a estabilizar la cometa.

  • ¿Quieres dar ventilación a tu cometa? Esto se logra haciendo aberturas (agujeros) deliberadamente en el material de la cubierta de la cometa. Estos orificios permiten que un poco de aire pase a través de la cometa, lo cual puede agregarle estabilidad a la cometa.

Una recomendación antes de volar una cometa es hacerlo en una área libre de arboles para evitar que se atasquen o se choquen.

*The National Business Aviation Association, Cometas http://wings.avkids.com/Libro/Vehicles/advanced/kites-01.html

8.- ¿Por qué vuelan las cometas?

Hay dos principios implicados en la aerodinámica del vuelo de cometas. Con el primer principio, la cometa ejerce una fuerza hacia abajo sobre el aire. El aire pasa sobre el borde superior de la cometa y se desliza hacia abajo en la superficie superior de la cometa. Al empujar hacia abajo, la cometa recibe un empuje del aire de igual magnitud pero ascendente. Al ocurrir esto, la cometa recibe una fuerza contraria ascendente y vuela! La segunda ley de Newton indica que para cada acción hay una reacción igual y opuesta.

El segundo principio, que es el del matemático Bernulli, indica que cuando el aire pasa por encima de una superficie (como una ala o una cometa), el aire arriba de la tapa cubre una distancia mayor. El aire se mueve más rápidamente y reduce la presión. El aire debajo de la superficie se mueve más lentamente y aumenta la presión. Es el cambio en presiones relativas sobre y debajo de la superficie de la cometa que permite que la cometa se eleve.

También hay que considerar que la elevación debe ser mayor que el peso de la cometa.

*The National Business Aviation Association, Cometas http://wings.avkids.com/Libro/Vehicles/advanced/kites-01.html

9.- ¿Que es la aerodinamica?

Es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se hallan en su seno.

*M.A.Muñoz, Principios básicos http://inicia.es/de/vuelo/PBV/PBV12.html

*Vientocero http://www.vientocero.com/kpb/planos/tradicional/cabecera.jpg

10- ¿A qué velocidades vuela la cometa?

La cometa vuela a las siguientes velocidades:

  • Velocidad del viento: Vector que definela velocidad y dirección del viento respecto a tierra.
  • Velocidad de la cometa: Vector que define la velocidad y dirección de la cometarespecto a tierra.
  • Velocidad relativa: Vector que define la velocidad y la dirección del viento respectoa la cometa.

11.- ¿Cuáles son los centros de una cometa?

Los centros de una cometa son:

  • Centro de presiones: Punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzasaerodinámicas debidas al viento.
  • Centro de gravedad: Punto de aplicación de todas las fuerzas debidas a la gravedad o peso de la cometa.
  • Centro de embriado: Punto de aplicación de la fuerza de tensión del hilo.

12.- ¿Cuáles son las fuerzas de vuelo?

El vuelo de cualquier objeto involucra cuatro fuerzas las cuales son:

  • Sustentación

Es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinámico moviéndose en el aire, ejercida de abajo arriba, y cuya dirección es perpendicular al viento relativo y a la envergadura del avión (no necesariamente perpendiculares al horizonte). Se suele representar con la letra L del inglés Lift = Sustentación.

Perpendicularidad de la sustentación

  • Resistencia

La resistencia es la fuerza que impide o retarda el movimiento de un aeroplano. La resistencia actúa de forma paralela y en la misma dirección que el viento relativo, aunque también podríamos afirmar que la resistencia es paralela y de dirección opuesta a la trayectoria.

Dirección y sentido de la resistencia

  • Empuje

Se le llama empuja a toda fuerza que empuja o impulsa al avión hacia delante.

Dirección y sentido del empuje

  • Peso

El peso es la fuerza de atracción gravitatoria sobre un cuerpo, siendo su dirección perpendicular a la superficie de la tierra, su sentido hacia abajo, y su intensidad proporcional a la masa de dicho cuerpo. Esta fuerza es la que atrae al avión hacia la tierra y ha de ser contrarrestada por la fuerza de sustentación para mantener al avión en el aire.

Dirección y sentido del peso

*M.A.Muñoz, Principios básicos http://inicia.es/de/vuelo/PBV/PBV12.html

*Cislunar Aerospace, Fuerzas de Vuelo http://wings.avkids.com/Libro/Flight/advanced/forces-01.html

*Juan Miguel Suay Belenger, Aspectos físicos elementales del vuelo de las cometas estáticas planas http://ticat.ua.es/curie/al_final_del_hilo/materials/fisica-vol-milotxes.pdf

13.- ¿En qué consiste el ángulo de una cometa?

El ángulo de vuelo de una cometa también puede cambiarse haciendo ajustes a los accesorios pegados a la cometa como el "frenillo" o la cola. Todos estos ajustes agregarán o restarán a la capacidad de la cometa de mantener el ángulo de ataque, el balance y la estabilidad. Porque, en realidad, las cometas no tienen equilibrio y estabilidad perfectos. Por lo tanto, necesitamos idear algunas maneras de agregar esas cualidades. Una cometa pude inclinarse hacia adelante, hacia atrás y de lado a lado. Se puede parar en el aire y zambullirse. Todas estas características hacen que el volar una cometa sea muy divertido y emocionante, pero también es un reto el poder diseñar una cometa de tal manera que vuele tal y como se quiere.

La cola de una cometa contribuye a su estabilidad y equilibrio. También agrega fricción o resistencia y puede poner un límite a la la altitud máxima que algunas cometas pueden alcanzar. Al diseñar cometas, uno debe considerar los pros y los contra de cada elemento del diseño. Por ejemplo, uno puede eliminar la cola, pero arquear (curvar) el diseño para lograr má's estabilidad y así alcanzar mayor altitud. Otras maneras de lograr estabilidad pueden estar relacionadas con el material de la cubierta, los palillos o marcos, la adición de alas o quillas o el uso de superficies de ala deformadas. Otras alternativas de diseño incluyen timones, superficies en forma de superficie de sustentación y el afilar.

*The National Business Aviation Association, Cometas http://wings.avkids.com/Libro/Vehicles/advanced/kites-01.html

14.- ¿Cuáles son los ángulos en que puede estar una cometa?

Los ángulos en que puede estar una cometa son:

  • Ángulo de ataque: Es el ángulo que existe entre la cuerda y el vector de velocidadrelativa.
  • Ángulo de incidencia: Es el ángulo queexiste entre la cuerda y el vector de velocidad del viento. En una cometa de un solo hilo a=a.
  • Ángulo de elevación: Es el ángulo que forma el hilo y el suelo.

15.- ¿Cómo hallamos la altura a que se encuentra una cometa?

Para hallar la altura de una cometa se pueden utilizar varios metodos como:

Teorema de Pitagoras

Para conocer la altura que ha alcanzado el volantín, se aplica el Teorema de Pitágoras, para lo cual se requieren las siguientes medidas:

  • Longitud de la cuerda utilizada, la que fue previamente marcada al llegar el volantín a su altura máxima. Esta longitud corresponde a la hipotenusa.
  • Longitud recorrida por el volantín, ésta se mide entre la persona que está elevando el volantín y otra que se ha colocado debajo de éste, estimando el punto vertical desde el suelo al volantín. Esta distancia corresponde a la medida del cateto adyacente.
  • La altura que ha alcanzado el volantín, corresponde al cateto opuesto.

El Teorema de Pitágoras nos indica:

H2 = b2 + a2

Por lo tanto

a = ( H2 – b2)½

a = cateto opuesto, altura del volantín .

b= cateto adyacente, distancia que recorrió en volantín.

H= hipotenusa, longitud de la cuerda utilizada.

Método de los triángulos

Cuando la cometa sea visible desde tierra y se desee obtener su altura, con gran exactitud sobre el terreno, se puede emplear el método de triangulación.

Este procedimiento, aunque es muy exacto, presentaba algunos inconvenientes, como el de ser laborioso y precisar el visado de la cometa desde dos estaciones en tierra, esta hacía que solo se usara en determinadas ocasiones que se necesitaba una gran precisión. Existía otro método, análogo al anterior, que era más rápido en cuanto a su aplicación.

En este caso, como se ve en la figura, las estaciones E y E', se encuentran emplazadas en el mismo plano vertical del cable de retención, separadas una distancia b conocida y equipadas como en el caso anterior. Desde ambas estaciones se visa la cometa en los momentos de antemano convenido anotando los ángulos de elevación a y a '.

CC' = h = EC' tag a = (EE' + E'C') tag a = b tag a + E'C' tag a

CC' = h = E'C' tag a '

Que puesto en la ecuación primera:

h tag a ' = b tag a tag a ' + h tag a

h (tag a - tag a ') = b tag a tag a '

Finalmente queda la expresión:

*El aire 1M Química - Biología - Matemática, Volantín inspector http://www.ecolideres.cl/aire/actividades/1m/volantin/inspector.htm

*RAM - Revista del aficionado a la meteorología, Juan Miguel Suay Belenguer, Sondeos de la atmósfera con globos y cometas a principios del siglo XX http://www.meteored.com/ram/numero29/sondeo_atmosfera_globos_cometas.asp

16.- ¿Cuál es el balance de una cometa plana ideal?

Para que una cometa alcance el balance ideal debe tener los siguientes requisitos: Superficie plana, rígida, muy larga, rectangular y mucho más ancha que alta.

Para un el balance ideal también se deben t9ener en cuenta los siguientes elementos.

  • Envergadura (e): Anchura máxima de la cometa.
  • Cuerda (c): Dimensión de la sección central de la cometa.
  • Brida: Dispositivo formado por uno o más cabos de cuerda que sirven para unir la cometa con la línea o hilo y permiten fijar el ángulo de ataque.
  • Hilo: Este es el elemento de unión entre la cometa y el piloto. En el caso de la cometa ideal tiene que ser resistente, ligero, largo e inextensible.
  • Borde de Ataque: Borde de la cometa por donde incide el viento.
  • Borde de Fuga o Salida: Borde de la cometa por donde sale el viento.
  • Cola o elemento estabilizador: Las cometas tienen tres ejes de rotación: cabeceo, balanceo y guiñada. Para que la cometa tenga un vuelo estable es necesario el control de los tres ejes, impidiendo su giro respecto a los mismos. Mediante el hilo y las bridas se consigue el control del cabeceo y el balanceo.

17.- ¿Cómo hallar el perímetro y área de uuna cometa?

Para hallar el perímetro y área de una cometa se tiene primero que saber que forma tiene. Las formas que puede tener son las siguientes:

  • Cuadrado

Perímetro

.

El perímetro del cuadrado es equivalente a la suma de todos los lados del cuadrado.

.

P = l + l + l + l = 4 l

.

Área

.

El área del cuadrado es igual a:

.

l2

.

  • Rectángulo

Perímetro

.

El perímetro del rectángulo es equivalente a la suma de todos los lados del rectángulo.

.

P = 2a + 2b = 2 (a + b)

.

Área

.

El área del rectágulo es igula a:

.

a.b

.

  • Triángulo

Perímetro

.

El perímetro del Triángulo es equivalente a:

.

P = a + b +c

.

.

Área

.

El área del triángulo es igual a:

.

  • Paralelogramo

Perímetro

.

El perímetro del paralelogramo es equivalente a:

.

P = 2 (b + a)

.

Área

.

El área del paralelogramo es igual a:

.

b.h

.

  • Trapecio

Perímetro

.

El perímetro del trapecio es equivalente a la suma de todos los lados del trapecio.

.

P = a + b + c + d

.

Área

.

El área del trapecio es igual a:

.

.

  • Rombo

Perímetro

.

El perímetro del rombo es equivalente a:

.

P = 4l

.

Área

.

El área del rombo es igual a:

.

.

  • Pentágono

Perímetro

.

El perímetro del pentágono es equivalente a:

.

P = 5l

.

Área

.

El área del pentágono es igual a:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Área del pentágono = (perímetro.apotema) / 2

.

  • Hexágono

Perímetro

.

El perímetro del hexágono es equivalente a:

.

P = 6l

.

Área


El área del hexágono es igual a:

.

Área del hexágono = (perímetro.apotema) / 2

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

  • Círculo

Longitud

.

La longitud del círculo es igual a:

.

L = 2*PI*Radio

.

Área

.

El área del círculo es igual a:

,

un círculo = pi r2

  • ……

*Tablas Matemáticas de David: Áreas, Volúmenes, Áreas de Superficie

http://www.math2.org/math/geometry/es-areasvols.htm

.

*Agustín Muñoz Núñez, Descartes 2D, Ministerio de Educación y Ciencia, Figuras Geométricas en el Plano

http://descartes.cnice.mecd.es/3_eso/Figuras_geometricas_del_plano/Indice%20de%20figugeo.htm

.

*Arakis.es, Pentágono

http://www.arrakis.es/~bbo/geom/pent1.htm

.

*Arakis.es, Hexágono

http://www.arrakis.es/~bbo/geom/hexa1.htm

.

*Educared.cl, Perímetros y áreas de figuras semejantes

http://www.educared.cl/e5_area_semejantes.htm

.

18.- ¿Cómo calculo el volumen, área lateral y total de las cometas?

.

Para hallar el volumen, área lateral y total de las cometas se tiene primero que saber que forma tiene. Las formas que puede tener son las siguientes:

.

  • Cubo

Volumen de un cubo


un cubo = a3


Área total de un cubo


un cubo = 6 a2


  • Prismas

Volumen de un prisma

un prisma rectangular = a b c


un prisma irregular = b h

Área total de un prisma

un prisma:
(área lateral) = perímetro (b) L
(área total) = perímetro(b) L + 2b

  • Pirámides

Volumen de una pirámide

una pirámide = (1/3) b h

  • Cilindro

un cilindro = b h = pi r2 h

  • Cono

un cono = (1/3) b h = (1/3) pi r2 h

  • Esfera

Volumen de una esfera

una esfera = (4/3) pi r3

Área total de una esfera

una esfera = 4 pi r2

  • ….

*Tablas Matemáticas de David: Áreas, Volúmenes, Áreas de Superficie
http://www.math2.org/math/geometry/es-areasvols.htm

La cometa

.

3 Comments:

Blogger Jonh Neo said...

Hi fisikosm, You can sign up Party Pokerwith CODE: RB2006 to get bounus :20% upto $100. regard

7:54 AM  
Blogger UM Científica said...

excelente trabajo. Sobre todo en la parte del cálculo para demostrar científicamente su funcionamiento.
Es una pena que este blog solo se componga de un post.
Lo invito a que viswite el mio.
Saludos desde Mendoza. Argentina

3:01 PM  
Blogger Jonathan said...

muy bueno

9:21 AM  

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