Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
23Circuitos en serie
El año pasado, una guirnalda de luces de fiesta se quedó a oscuras porque faltaba una sola bombilla — y prometimos que su colocación tenía nombre. Aquí está: el circuito en serie, la manera más sencilla de poner muchos jugadores en un solo bucle. Tiene reglas de la casa estrictas, y una linterna de tu cajón lleva toda la vida obedeciéndolas.
23.1 Un bucle, varios jugadores
Definición 23.1 (En serie)
Los jugadores de un circuito están en serie cuando se sientan en un único bucle, uno detrás de otro, como las cuentas de un collar: la carretera de la corriente pasa por el primero, después por el segundo y después por el tercero, sin bifurcarse en ningún sitio. Un circuito construido así es un circuito en serie.
Método 23.2 (Construirlo)
Con una pila, dos bombillas, un interruptor y cables:
- sal del borne de la pila con un cable hasta el interruptor;
- lleva un cable del interruptor a la primera bombilla y otro de la primera bombilla a la segunda;
- cierra el bucle: de la segunda bombilla de vuelta al borne de la pila;
- pulsa el interruptor y mira las dos bombillas a la vez.
Recorre el bucle con el dedo antes de encender: si tu dedo tiene que elegir en algún momento entre dos carreteras, no es un circuito en serie.
23.2 Las reglas de la casa
Proposición 23.3 (Reglas del bucle único)
En un circuito en serie:
- todo o nada: un hueco en cualquier sitio — un interruptor abierto, una bombilla fundida, un cable suelto — y todos los jugadores paran a la vez;
- el orden no importa: intercambia las bombillas, mueve el interruptor al otro lado del bucle — todo se comporta exactamente igual que antes;
- reparto: cuantas más bombillas hay en el bucle, más débil brilla cada una; el empuje de la pila se reparte a lo largo de todo el collar.
Ejemplo 23.4 (Ver las reglas)
Construye el circuito de dos bombillas y pon a prueba cada regla. Desenrosca cualquiera de las dos bombillas: las dos se apagan — regla uno (el casquillo vacío es un hueco). Intercambia las dos bombillas, o mueve el interruptor entre ellas: ningún cambio — regla dos. Vuelve a montarlo ahora con una sola bombilla: brilla claramente más sola que cuando tenía compañera — la regla tres, al revés.
Ejemplo 23.5 (Las luces de fiesta, resueltas)
El viejo misterio ya no es ningún misterio: las bombillas de fiesta están en serie, decenas de cuentas en un solo collar. Una bombilla que falta es un hueco, y la regla uno apaga la guirnalda entera. Buscar a la bombilla culpable probándolas una a una le enseñó la regla uno por las malas a generaciones enteras de familias — las guirnaldas modernas están construidas de otra manera, como enseñará el año que viene.
Observación 23.6 (El interruptor manda sobre todos)
La regla dos tiene una consecuencia muy cómoda: un solo interruptor, colocado en cualquier punto del bucle, manda sobre todos los jugadores. Por eso un solo interruptor de pared puede controlar toda una fila de luces del techo — y por eso mismo no puedes apagar solo una bombilla de una guirnalda en serie sin apagarlas todas.
23.3 Más pilas en el collar
Ejemplo 23.7 (Nariz contra cola)
Las pilas también pueden hacer cola en serie — pero son más quisquillosas que las bombillas: tienen que colocarse nariz contra cola, con el de cada pila tocando el de la siguiente. Dos pilas en cola de esta manera empujan juntas, y la bombilla brilla claramente más que con una sola. Da la vuelta a una pila — nariz contra nariz — y los dos empujes se pelean entre sí: la bombilla no da nada.
Ejemplo 23.8 (Por dentro de la linterna)
Abre una linterna: las pilas entran una detrás de otra en un tubo — una cola nariz contra cola ya montada —, y después la bombilla y el pulsador completan un único bucle a través de la carcasa. Una linterna es un circuito en serie de bolsillo. Y ahora ya sabes por qué se queda apagada si una sola pila se mete del revés: nariz contra nariz, los empujes se anulan.
23.4 Ejercicios
Ejercicio 23.1 ★
¿Qué significa “en serie”? ¿Qué imagen de la vida diaria usa el capítulo para explicarlo?
Solución
Solución de Ejercicio 23.1.
Los jugadores se sientan en un único bucle, uno detrás de otro y sin bifurcaciones — como las cuentas ensartadas en un collar.
Ejercicio 23.2 ★
Enuncia las tres reglas de la casa del circuito en serie.
Solución
Solución de Ejercicio 23.2.
Todo o nada (un hueco para a todos); el orden no importa (intercambiar jugadores no cambia nada); reparto (cuantas más bombillas hay en el bucle, más débil brilla cada una).
Ejercicio 23.3 ★
En el circuito de dos bombillas se desenrosca la bombilla 2. ¿Qué le pasa a la bombilla 1 y por qué? ¿Qué regla está actuando?
Solución
Solución de Ejercicio 23.3.
La bombilla 1 se apaga también. El casquillo vacío es un hueco en el bucle único, y la regla uno — todo o nada — para a todos los jugadores a la vez.
Ejercicio 23.4 ★
Zoe mueve el interruptor de delante de la bombilla 1 a detrás de la bombilla 2. ¿Qué cambia en el comportamiento del circuito? ¿Qué regla lo dice?
Solución
Solución de Ejercicio 23.4.
No cambia nada: el interruptor sigue mandando sobre las dos bombillas exactamente igual que antes. La regla dos — el orden en el bucle no importa.
Ejercicio 23.5 ★
Una pila enciende bien una bombilla. Predice el brillo con: dos bombillas en serie; tres bombillas en serie. ¿Qué es lo que se está repartiendo?
Ejercicio 23.6 ★
¿Cómo tienen que colocarse dos pilas para empujar juntas? Dibuja la cola con el y el marcados en cada pila.
Solución
Solución de Ejercicio 23.6.
Nariz contra cola: el de una tocando el de la siguiente, para que las dos empujen en el mismo sentido a lo largo del bucle. Dibujo: en una sola fila.
Ejercicio 23.7 ★
Recorre el bucle de una linterna: nombra los jugadores que visita la corriente desde el de la pila hasta su .
Solución
Solución de Ejercicio 23.7.
Desde el : por la tira metálica de la carcasa hasta el pulsador, por el interruptor hasta la bombilla, por el hilo incandescente de la bombilla y de vuelta por el tubo — a través de la segunda pila, nariz contra cola — hasta el de la primera pila. Un bucle, sin bifurcaciones.
Ejercicio 23.8 ★
El circuito de un timbre tiene una pila, un pulsador y el timbre en serie. ¿Dónde podrías añadir un segundo pulsador para que el timbre suene solo cuando se aprieten los dos?
Solución
Solución de Ejercicio 23.8.
En cualquier punto del mismo bucle — por ejemplo, justo después del primer pulsador. En serie, los dos pulsadores tienen que estar cerrados para completar la única carretera, así que el timbre suena solo cuando se aprietan los dos a la vez.
Ejercicio 23.9 ★
Una guirnalda de diez luces de fiesta en serie está apagada. Todas las bombillas parecen estar bien. Describe un plan paciente, con una bombilla que sepas que funciona, para encontrar la fundida.
Solución
Solución de Ejercicio 23.9.
Se sustituye la primera bombilla por la que sabemos que funciona; si la guirnalda se enciende, la culpable era la que se ha quitado. Si no, se vuelve a poner la original y se pasa al segundo casquillo, y así sucesivamente a lo largo de la guirnalda. En algún casquillo la guirnalda se encenderá — la bombilla que se acaba de quitar es la cuenta rota.
Ejercicio 23.10 ★★
La linterna de Tom lleva dos pilas y alumbra estupendamente. Después de cambiar las pilas a oscuras, no da nada — y sin embargo las dos pilas nuevas están llenas, la bombilla está bien y no hay ningún cable suelto. ¿Qué ha hecho Tom y por qué se queda apagada la linterna? (Mira el Ejemplo 23.7.)
Solución
Solución de Ejercicio 23.10.
A oscuras, Tom metió una pila del revés. Nariz contra nariz, los empujes de las dos pilas se pelean en vez de hacer cola, y la bombilla no recibe nada — unas tablas a toda potencia siguen siendo tablas. Girando una pila se recupera la cola nariz contra cola y la luz.
Ejercicio 23.11 ★★
Una ingeniera tiene que colocar un interruptor de parada de emergencia para una máquina cuyo motor está en un único bucle con su pila. Dice: “Sirve cualquier punto del bucle”. ¿Tiene razón? ¿Y por qué fallaría su plan si el circuito de la máquina tuviera carreteras con bifurcaciones? (El capítulo del año que viene les pone nombre.)
Solución
Solución de Ejercicio 23.11.
Tiene razón: en un bucle único, un interruptor colocado en cualquier punto manda sobre todo — el orden no importa. Con carreteras que se bifurcan, la corriente podría rodear su interruptor por otra rama y el motor podría seguir en marcha; los circuitos con ramas exigen colocar los interruptores con más cuidado (son los circuitos en paralelo del año que viene).