Nikoláyev O.S. Física y astronomía:
curso facultativo de trabajos prácticos

Índice

Introducción

El presente curso facultativo de trabajos prácticos de física y astronomía puede ser dictado tanto en los grupos habituales como en los grupos especializados en física y matemática.

Este libro se diferencia de todos los manuales publicados anteriormente en que en él se propone un nuevo orden de determinación de las constantes físicas y astronómicas fundamentales. Los trabajos están interrelacionados, y realizándolos en el orden sugerido los alumnos podrán descubrir:

Por razones evidentes, junto con los trabajos "prácticos" propiamente dichos, el curso contiene trabajos en los que sólo se realizan cálculos. El valor de los últimos no es menor que el de los primeros. Además, muchos trabajos admiten diferentes variantes de realización.

Dependiendo de la complejidad y de los instrumentos disponibles, cada trabajo puede tomar entre 2 y 4 horas. El curso está dividido en seis partes. Se sabe que la física y la astronomía que se imparten en los últimos grados de la escuela finalizan la formación en ciencias físico-matemáticas y naturales. Pero, como muestra el trabajo en las instituciones de educación superior, incluso en las facultades de física se advierte una preparación débil de los estudiantes de los cursos inferiores en cuanto a su capacidad para realizar trabajos prácticos. Este curso debe contribuir a corregir este defecto.

En la primera parte del curso se muestra, mediante dos trabajos simples, que el experimentador mismo es una fuente de errores, los cuales es necesario tomar en consideración en algunos casos.

En la segunda parte se determinan las constantes físicas, las cuales desempeñan un papel significativo no sólo en el curso escolar de física. Algunas de ellas, por ejemplo R y e, se determinan en los trabajos de laboratorio establecidos en el programa oficial. En estos trabajos todos los alumnos utilizan un mismo dispositivo o instrumento. En las clases facultativas los estudiantes tienen la posibilidad de elaborar ellos mismos estos instrumentos, adaptándolos con el fin de disminuir los errores.

Durante la realización de esta parte de los trabajos los estudiantes determinan los valores de las siguientes constantes físicas universales:

R, k, (N_А), epsilon₀, mu₀, (c), e, (F), h, (r₀),

donde las notaciones son las mismas que se utilizan en los libros de texto. Si una constante aparece entre paréntesis, por ejemplo (N_A), es que ella se calcula a partir de las anteriores.

Aunque la constante gravitatoria G desempeña un papel importante en la física, el método directo para su determinación es difícil desde el punto de vista técnico. Es cómodo utilizar la ecuación

rho=3pi/(GT²)

para calcular la densidad media de un cuerpo cósmico. Por esta razón, G se incluyó entre las constantes dadas.

La tercera parte está dedicada a la determinación de las coordenadas geográficas del punto de observación. La habilidad de determinar en la práctica las coordenadas propias con los instrumentos más sencillos es muy importante no sólo para los pilotos, navegantes y geólogos, sino también para todo aquél que corre el riesgo de caer en una situación inesperada o extraordinaria en la que necesite determinar su posición en la superficie de la Tierra.

En la cuarta parte se determinan experimentalmente los siguientes parámetros físicos del cuerpo cósmico en el que vivimos, la Tierra:

g_T, R_T, (M_T), (rho_T), (v₁), (v₂).

En la quinta parte se determinan los parámetros físicos de la Luna:

d_L, delta_L, (R_L), (m_L), (g_L), (v_1L), (v_2L).

En la sexta parte se determinan los parámetros físicos del Sol:

l_UA, delta_C, (R_C), (M_C), (rho_C), (g__C), Q_C, (T_sup), P(R_C}/2), T(R_C/2).

Durante todo el curso se realizan 25 trabajos. Para la realización de los trabajos prácticos se utilizan, como regla, instrumentos sencillos o fáciles de construir con los medios disponibles, lo que es de mucha importancia en el colegio.

Para cada trabajo práctico de determinación de las constantes físicas y astronómicas se da una fórmula de estimación del error. Las fórmulas del Apéndice 4 ayudan a hallar correctamente el error de las mediciones indirectas.

Cuando el profesor está preparando los trabajos, así como durante su realización por parte de los alumnos, pueden ser útiles las referencias a pie de página a distintos manuales de física, literatura científica y textos de estudio, donde se describen con más detalle algunos métodos físicos, instrumentos y metodologías.

El método de presentación de los trabajos prácticos es dictado por la comodidad para su comprensión y realización por parte de los alumnos. En los trabajos se exponen los objetivos principales, la información sobre los métodos de determinación de la constante física, la lista de instrumentos y materiales, las fórmulas necesarias, el orden de realización del trabajo, la tabla de los parámetros a medir, etcétera. Los valores estándares de los parámetros aparecen en los apéndices 1, 2 y 3.

El curso es útil para los estudiantes que no sólo conocen el material del manual, sino que desean realizar por sí mismos las mediciones y los cálculos. La experiencia adquirida por ellos en este caso es un caudal muy valioso para la vida práctica futura.