1

2

ÍNDICE

PÁGINA

BLOQUE I LA DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Y LA FUERZA

El movimiento de los objetos 1

ACTIVIDAD 1 1

ACTIVIDAD 2 2

ACTIVIDAD 3 4

ACTIVIDAD 4 6

ACTIVIDAD 5 8

Repaso 11

ACTIVIDAD 6 14

ACTIVIDAD 7 15

ACTIVIDAD 8 16

ACTIVIDAD 9 17

El trabajo de Galileo 19

ACTIVIDAD 10 19

ACTIVIDAD 11 20

ACTIVIDAD 12 22

ACTIVIDAD 13 23

ACTIVIDAD 14 24

Repaso 26

La descripción de las fuerzas en el entorno 29

ACTIVIDAD 15 30

ACTIVIDAD 16 32

ACTIVIDAD 17 33

ACTIVIDAD 18 34

3

PÁGINA

ACTIVIDAD 19 35

ACTIVIDAD 20 36

Proyecto: Imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar 37

ACTIVIDAD 21 38

BLOQUE II LEYES DEL MOVIMIENTO

La explicación del movimiento en el entorno 39

ACTIVIDAD 22 40

ACTIVIDAD 23 40

ACTIVIDAD 24 41

ACTIVIDAD 25 43

ACTIVIDAD 26 43

ACTIVIDAD 27 44

Efectos de las fuerzas en la tierra y en el Universo 46

ACTIVIDAD 28 46

ACTIVIDAD 29 46

ACTIVIDAD 30 48

ACTIVIDAD 31 50

ACTIVIDAD 32 52

La energía y el movimiento 52

ACTIVIDAD 33 52

ACTIVIDAD 34 53

ACTIVIDAD 35 55

BLOQUE III UN MODELO PARA DESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE

LA MATERIA

Los modelos en la ciencia 56

4

PÁGINA

ACTIVIDAD 36 57

ACTIVIDAD 37 57

ACTIVIDAD 38 58

ACTIVIDAD 39 59

ACTIVIDAD 40 60

ACTIVIDAD 41 61

ACTIVIDAD 42 61

ACTIVIDAD 43 62

La estructura de la materia a partir del modelo cinético de partículas 63

ACTIVIDAD 44 63

ACTIVIDAD 45 64

ACTIVIDAD 46 65

ACTIVIDAD 47 67

ACTIVIDAD 48 68

ACTIVIDAD 49 68

ACTIVIDAD 50 69

ACTIVIDAD 51 70

ACTIVIDAD 52 71

ACTIVIDAD 53 71

ACTIVIDAD 54 72

ACTIVIDAD 55 72

ACTIVIDAD 56 72

ACTIVIDAD 57 73

ACTIVIDAD 58 73

5

PÁGINA

ACTIVIDAD 59 73

BLOQUE IV MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA

DE LA MATERIA

Explicación de los fenómenos eléctricos. El modelo atómico 74

ACTIVIDAD 60 76

ACTIVIDAD 61 77

ACTIVIDAD 62 77

Los fenómenos electromagnéticos y su importancia 79

ACTIVIDAD 63 79

ACTIVIDAD 64 82

ACTIVIDAD 65 82

ACTIVIDAD 66 83

ACTIVIDAD 67 84

ACTIVIDAD 68 85

ACTIVIDAD 69 85

La energía y su aprovechamiento 86

ACTIVIDAD 70 87

ACTIVIDAD 71 87

ACTIVIDAD 72 88

ACTIVIDAD 73 90

ACTIVIDAD 74 90

ACTIVIDAD 75 91

BLOQUE V CONOCIMIENTO, SOCIEDAD Y TECNOLOGÍA

El Universo 92

ACTIVIDAD 76 92

6

PÁGINA

ACTIVIDAD 77 93

ACTIVIDAD 78 93

ACTIVIDAD 79 95

ACTIVIDAD 80 95

ACTIVIDAD 81 96

ACTIVIDAD 82 97

ACTIVIDAD 83 98

7

CIENCIAS II (Énfasis en Física)

COMPETENCIAS QUE SE FAVORECEN: Comprensión de fenómenos y procesos naturales desde la perspectiva científica

Comprensión de los alcances y limitaciones de la ciencia y del desarrollo tecnológico en diversos contextos

Toma de decisiones informadas para el cuidado del ambiente y la promoción de la salud orientadas a la cultura de la prevención

BLOQUE I LA DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Y LA FUERZA

Varios tipos de movimiento

ACTIVIDAD 1 A continuación te vamos a dar 6 tipos de movimientos diferentes. Tu tarea será describirlos con tus propias palabras. Para esto, en cada una de las figuras siguientes, te mostramos las posiciones de un objeto esférico que se mueve sobre un eje de coordenadas. Los números sobre el objeto representan los tiempos en segundos. En cada uno de los seis casos describe si el objeto se mueve en un solo sentido o en ambos sentidos, si siempre se mueve a la misma rapidez, es decir que recorre distancias iguales en intervalos de tiempo iguales, o si su movimiento es variable, es decir que su velocidad cambia, también deberás escribir si en algún punto de la trayectoria se detuvo o cambió de sentido el movimiento.

Movimiento #1:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 tiempos

Describe el movimiento: ___________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

CONTENIDOS: El movimiento de los objetos

Marco de referencia y trayectoria; diferencia entre desplazamiento y distancia recorrida.

Velocidad: desplazamiento, dirección y tiempo.

Interpretación y representación de gráficas posición-tiempo.

Movimiento ondulatorio, modelo de ondas, y explicación de características del sonido.

APRENDIZAJES ESPERADOS Interpreta la velocidad como la relación entre desplazamiento y tiempo, y la diferencia de la rapidez,

a partir de datos obtenidos de situaciones cotidianas.

Interpreta tablas de datos y gráficas de posición-tiempo, en las que describe y predice diferentes movimientos a partir de datos que obtiene en experimentos y/o de situaciones del entorno.

Describe características del movimiento ondulatorio con base en el modelo de ondas: cresta, valle, nodo, amplitud, longitud, frecuencia y periodo, y diferencia el movimiento ondulatorio transversal del longitudinal, en términos de la dirección de propagación.

Describe el comportamiento ondulatorio del sonido: tono, timbre, intensidad y rapidez, a partir del modelo de ondas.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

8

Movimiento #2:

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 tiempos

Describe el movimiento: ___________________________________________________

______________________________________________________________________

Movimiento #3:

0 1 2 3,4y5 6 7 8 9 ti empos

Describe el movimiento: ___________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Movimiento #4:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 tiempos

Describe el movimiento: __________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

Movimiento #5:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 …

Describe el movimiento: ___________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Movimiento #6:

0y18 1y17 2y16 3y15 4y14 5y13 6y12 . . . tiempos

Describe el movimiento ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Gráficas de movimiento ACTIVIDAD 2 En esta actividad vas a tomar datos de una gráfica para que puedas interpretarla.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

9

En la actividad anterior describiste el movimiento de una esfera pequeña por medio de palabras. Otra manera de registrar el movimiento es por medio de una gráfica de posición contra el tiempo como la siguiente:

Describe el movimiento que tú crees está representado en la gráfica anterior: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Analizando la gráfica anterior podemos ver que inicialmente (tiempo = 0), la esfera se encontraba en la posición x = 0. En la gráfica marca el punto que da esta información. También vemos que después de dos segundos (t = 2), la esfera se encontraba en la posición x = 8. En la gráfica marca el punto que da esta información. En el tiempo t = 4, el balín se encontraba en la posición x = ______ En el tiempo t = 14, el balín se encontraba en la posición x = ______ En el tiempo t = 9, el balín se encontraba en la posición x = ______ En la tabla siguiente da los valores de la posición del balín para cada uno de los tiempos (los que ya encontraste arriba, están incluidos en la tabla para que verifiques tus valores):

Tiempo t: Posición x:

0 (inicio) 0

2 8

4 14

6

8

9 20.2 (aprox)

10

12

14 14

16

18

x

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

tiempo (s)

10

De acuerdo a los valores de la tabla anterior, describe nuevamente el movimiento del balín: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ La gráfica de la hoja anterior representa exactamente el Movimiento #6 dado en la actividad anterior (Movimiento 1

era parte) en el que el balín se mueve hacia la derecha hasta el tiempo

9 y después se regresa a su posición original. Compara el movimiento real del balín dado en aquella actividad con la tabla anterior. ¿Representan el mismo movimiento? Explica: ____________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Compara el movimiento real del balín dado en aquella actividad con la gráfica de la hoja anterior. ¿Representan el mismo movimiento? Explica: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Compara el movimiento real del balín dado en aquella actividad con tus dos descripciones anteriores. ¿Describiste correctamente el movimiento del balín? Explica: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Discute con tu profesor y toda tu clase sobre el significado correcto de la gráfica de la hoja anterior.

Rapidez constante

ACTIVIDAD 3 En la figura siguiente, te mostramos las posiciones de un objeto esférico que se mueve sobre un eje de coordenadas (los números sobre el objeto representan los tiempos en segundos): 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 tiempos

Para el movimiento anterior, toma los datos necesarios para llenar la tabla siguiente:

Tiempo t: Posición x:

0 (inicio)

1

2 4

3

4

5

6

7

8

9

10 20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

11

Supongamos que la posición del objeto tiene las unidades de metros y el tiempo tiene unidades de segundos. ¿Cuántos metros se mueve el objeto hacia la derecha cada segundo? _____ metros. ¿Es este cambio de la posición constante o varía con el tiempo? ______________________ ¿Cuál es la rapidez del objeto en metros por segundo? ______ m/s. Nota que, por moverse hacia la derecha, la posición del objeto va aumentando con el tiempo y por lo cuál su velocidad, al igual que su rapidez, es positiva. En el plano siguiente, traza la gráfica de la posición del objeto contra el tiempo (usa los valores de la tabla anterior):

Esta recta es otra manera de registrar un movimiento con velocidad constante. Extiende la recta para que puedas obtener la posición del objeto a los 15 segundos: x = ______ m. ¿Cuál será la posición del objeto a los 60 segundos? _______ m. ¿Cuál de las dos ecuaciones siguientes representa el movimiento anterior:

x = 2 t o t = 2 x Explica por qué: _____________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Piensa ahora en otro objeto que se mueve a 5 m/s. En el eje de coordenadas siguiente, dibuja la posición del balín para los tiempos: 1, 2, 3, 4 y 5 (escribe sobre el objeto los tiempos correspondientes): 0 tiempos

Con la información de arriba, traza la gráfica de posición de este objeto contra el tiempo en el mismo plano de la hoja anterior (marca ambas rectas con su velocidad respectiva: 2 m/s y 5 m/s). ¿Cuál sería la ecuación del movimiento de este objeto: ____________ En general, la ecuación del movimiento de un objeto que se mueve con velocidad constante v es: x = v t Explica por qué:________ ___________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

x (m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

t (s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

12

En el mismo plano, traza la gráfica de un carrito que se mueve a una velocidad constante de 1 m/s (marca la recta con su velocidad: 1 m/s). Compara las tres gráficas para decidir que efecto tiene el valor de la velocidad en la gráfica de posición. Escribe abajo tus conclusiones: ___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

Discute tus conclusiones de arriba con tu profesor y toda tu clase.

Rapidez constante (Segunda parte) ACTIVIDAD 4 En la figura siguiente, te mostramos las posiciones de un balín que se mueve sobre un eje de coordenadas (los números sobre el balín representan los tiempos en segundos): 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 tiempos

Para el movimiento anterior, toma los datos necesarios para llenar la tabla siguiente:

Tiempo t: Posición x:

0 (inicio) 22

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 2

Supongamos que la posición del balín tiene las unidades de metros y el tiempo tiene unidades de segundos. ¿Cuántos metros se mueve el balín hacia la izquierda cada segundo? _____ metros. ¿Es este cambio de la posición constante o varía con el tiempo? ______________________ ¿Cuál es la rapidez del balín en metros por segundo? ______ m/s. Nota que, por moverse hacia la izquierda, la posición del balín va decreciendo con el tiempo. Por esto, en este caso asignamos un valor negativo a la velocidad de –2 m/s.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

13

En el plano siguiente, traza la gráfica de la posición del balín contra el tiempo (usa los valores de la tabla anterior):

¿Cuál será la posición del balín a los 11 segundos? _______ m. ¿Cuál será la posición del balín a los 12 segundos? _______ m. Piensa ahora en otro balín que inicia su recorrido en x = 20 y se mueve a una velocidad negativa de –5 m/s. En el eje de coordenadas siguiente, dibuja la posición del balín para los tiempos: 1, 2, 3 y 4 (escribe sobre el balín los tiempos correspondientes): 0 tiempos

Con la información anterior, traza la gráfica de posición de este balín contra el tiempo en el mismo plano de arriba (marca ambas rectas con su velocidad respectiva: –2 m/s y –5 m/s). En el mismo plano, traza la gráfica de otro balín que se mueve con la misma velocidad de –5 m/s, pero que inicia su recorrido en x = 15 (marca la recta con su velocidad: –5 m/s). Compara las tres gráficas para decidir que efecto tiene el valor de la velocidad en la gráfica de posición. Escribe abajo tus conclusiones: ___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

Discute tus conclusiones de arriba con tu profesor y toda tu clase.

En el siguiente plano, traza las gráficas de las siguientes cuatro ecuaciones. De acuerdo a las gráficas que obtengas, describe el movimiento que representa cada una de ellas: a) x = 3 t b) x = 3 t + 4 c) x = 30 – 3 t d) x = 30 – 2 t

x (m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

t (s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

14

Aceleración constante

ACTIVIDAD 5 En la figura siguiente, te mostramos las posiciones de un objeto esférico que se mueve sobre un eje de coordenadas. Los números sobre el objeto representan los tiempos en segundos. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 tiempos

¿Es éste un movimiento con velocidad constante? ____ Explica: _____________________ __________________________________________________________________________ ¿Es éste un movimiento con aceleración? ____ Explica: ____________________________ __________________________________________________________________________ La tabla siguiente da las posiciones precisas del objeto (supongamos que están dadas en metros):

Tiempo t (s): Posición x (m):

0 (inicio) 0

1 0.25

2 1

3 2.25

4 4

5 6.25

6 9

7 12.25

8 16

9 20.25

10 25

Necesitaremos más adelante calcular la distancia recorrida por el objeto en varios intervalos de tiempo. Aquí mostraremos cómo. Por ejemplo, entre los tiempos 2 y 4 segundos, el objeto se mueve de la posición 1 metro a la posición 4 metros. ¿Qué distancia recorrió? ________

x (m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

t (s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

15

Esta distancia se puede calcular restando las dos posiciones: 4 – 1 = 3 metros. La distancia recorrida entre el segundo 5 y el 7 es igual a 12.25 – 6.25 = ____ metros La distancia recorrida entre el segundo 6 y el 10 es igual a ____ – ____ = ____ metros Usando los valores de la tabla anterior, calculemos la rapidez media (distancia recorrida /

tiempo transcurrido) del balín en cada segundo. Estudia los dos primeros ejemplos y continúa los cálculos:

Distancia recorrida entre 0 y 1 segundos = 0.25 – 0 = 0.25 m Rapidez media entre 0 y 1 segundos = 0.25 / 1 = 0.25 m/s Distancia recorrida entre 1 y 2 segundos = 1 – 0.25 = 0.75 m Rapidez media entre 1 y 2 segundos = 0.75 / 1 = 0.75 m/s Distancia recorrida entre 2 y 3 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 2 y 3 segundos = _____ / 1 = _____ m/s Distancia recorrida entre 3 y 4 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 3 y 4 segundos = _____ / 1 = _____ m/s Distancia recorrida entre 4 y 5 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 4 y 5 segundos = _____ / 1 = _____ m/s Distancia recorrida entre 5 y 6 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 5 y 6 segundos = _____ / 1 = _____ m/s Distancia recorrida entre 6 y 7 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 6 y 7 segundos = _____ / 1 = _____ m/s

¿Qué patrón observas en los resultados de la rapidez media? _________________________ __________________________________________________________________________ ¿En cuánto aumenta la rapidez media en cada segundo? ________ ¿Es este incremento constante a través del tiempo? ______ Lo que acabamos de demostrar es que el movimiento mostrado en la primera hoja tiene una aceleración constante. La aceleración representa el cambio en la velocidad por unidad de tiempo. Como la rapidez media aumenta 0.5 m/s cada segundo, la aceleración del balín es de 0.5 m/s en cada segundo. Encontremos de la misma manera, la aceleración del movimiento mostrado en la figura siguiente (los números sobre el objeto esférico representan los tiempos en segundos): 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9…

¿Es éste un movimiento con aceleración constante? ____ Explica: ____________________ __________________________________________________________________________ Primero, toma algunos datos de la figura anterior y completa la tabla siguiente:

Tiempo t (s): 0 (inicio) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Posición x (m):

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

16

Usando los valores de la tabla anterior, calcula la rapidez media (distancia recorrida / tiempo transcurrido) de la esfera en cada segundo:

Distancia recorrida entre 0 y 1 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 0 y 1 segundos = _____ / 1 = _____ m/s Distancia recorrida entre 1 y 2 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 1 y 2 segundos = _____ / 1 = _____ m/s Distancia recorrida entre 2 y 3 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 2 y 3 segundos = _____ / 1 = _____ m/s Distancia recorrida entre 3 y 4 segundos = _____ – _____ = _____ m Rapidez media entre 3 y 4 segundos = _____ / 1 = _____ m/s

¿En cuánto disminuye la rapidez media en cada segundo? ________ ¿Es este incremento constante a través del tiempo? ______ Lo que acabas de demostrar es que el movimiento anterior tiene una aceleración constante, realmente una desaceleración constante. Como la rapidez media disminuye 0.5 m/s cada segundo la aceleración del balín es de –0.5 m/s en cada segundo. Esto se escribe como:

Aceleración = –0.5 m/s2

En la figura siguiente encontrarás las gráficas de los dos movimientos estudiados en esta actividad.

Decide cuál de ellas corresponde al movimiento acelerado y cuál al desacelerado. Ambas son curvas llamadas parábolas que son típicas de para movimientos con aceleración constante. Estudia las gráficas y explica en la parte de atrás, por qué una representa movimiento acelerado y la otra movimiento desacelerado:

x (m)

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t (s)

17

Repaso La siguiente gráfica de velocidad contra tiempo corresponde al movimiento de un carrito. Lee las preguntas 1,2 y 3 y elige la respuesta correcta en cada caso. Para cada pregunta analiza bien los datos de la gráfica.

1. En qué intervalo de tiempo el objeto aumentó su velocidad? a) De el inicio hasta los 2 segundos. b) De los 4 a los 7 segundos. c) De los 2 a los 4 segundos. d) De los 3 a los 5 segundos.

2. En qué intervalo de tiempo el carrito se movió a velocidad constante.

a) De el inicio hasta los 2 segundos. b) De los 4 a los 7 segundos. c) De los 2 a los 4 segundos. d) De los 3 a los 5 segundos.

3. Qué aceleración tenía el objeto de los 7 a los 9 segundos. a) 2 m/s 2 b) 9 m/s 2 c) 3 m/s 2 d) 1 m/s 2

Observa las cuatro gráficas siguientes contesta la pregunta 4.

Gráfica 1 Gráfica 2

Gráfica 3 Gráfica 4

Velocidad en

metros por

segundo (m/s)

18

4. Qué gráficas representen el movimiento de un objeto con aceleración constante

a. Gráficas 1 y 2 b. Gráficas 2 y 3 c. Gráficas 1 y 4 d. Gráficas 3 y 4

5. Si un cuerpo lleva velocidad constante ¿Cómo es su gráfica de distancia contra tiempo?

1 2

3 4

a. Gráficas 1 b. Gráficas 2 c. Gráficas 3 d. Gráficas 4

19

6. Luis, Ricardo, Arturo y Jorge juegan con sus carritos de pilas, cada uno registra la gráfica del movimiento de su carrito. Observa las gráficas de posición contra tiempo y contesta la opción correcta. ¿Cuál es el carrito que se mueve a mayor velocidad? a. El carrito de Arturo b. El carrito de Ricardo c. El carrito de Luis d. El carrito de Rodolfo 7. Luis, Arturo, Ricardo y Rodolfo siguen jugando con sus carritos pero ahora los carritos de dos de ellos se mueven a la misma velocidad. ¿Cuáles son? Encierra las gráficas correspondientes.

20

8-En un cuarto juego tres carritos se movieron a velocidad constante y uno de ellos se movió con aceleración. ¿Cuál es este último carrito?. Encierra su gráfica

El movimiento ondulatorio Repasa tus conocimientos previos: ¿Qué significa la palabra onda? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Escribe en tu cuaderno algunos casos de la vida cotidiana en los que se usa la palabra onda. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ¿Qué es el sonido? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 6 Lee con atención el siguiente tema: Supón que varias bolas de billar están colocadas en línea recta y en reposo.

Vamos a suponer que todas las bolas son iguales, excepto por sus colores. Ahora lanzamos desde el extremo izquierdo una bola, la negra, de manera que choque con la blanca. Después del choque veremos que la bola negra queda en reposo y la bola blanca empieza a moverse hacia la derecha y choca con la bola gris.

21

Después del choque de las bolas blanca y gris, la bola blanca queda en reposo La bola gris empieza a moverse hacia la derecha y choca con la otra bola negra. De esta manera vemos que cada bola que estaba en reposo, es golpeada por otra bola desde la izquierda y empieza a moverse a la derecha, hasta que finalmente la última bola, se empieza a mover a la derecha Cada una de las cinco bolas de la figura fue sacada del reposo por el efecto de la bola negra, que estaba moviéndose. Date cuenta de que cada una de las bolas empezó a moverse sucesivamente, no todas las bolas se movieron al mismo tiempo. Además, fíjate que cada bola se movió a la derecha. La bola negra perturba a la bola blanca. Esta perturbación que se propaga de izquierda a derecha se llama onda Investiga en un diccionario el significado de la palabra ―onda” ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 7 Objetivo: Observar la propagación de una onda en un estanque de agua. Material: • Un trozo de corcho. • Una piedra. • Un estanque o un recipiente (palangana transparente) con de agua

Procedimiento

1. Conformen un grupo de trabajo de tres compañeros. 2. Vayan a algún estanque, por ejemplo, en un parque. También pueden utilizar un

recipiente grande y extendido que contenga agua. 3. Antes de empezar, esperen a que la superficie del agua esté quieta. 4. Coloquen el corcho en algún punto intermedio de la superficie del estanque o del

recipiente. 5. Desde un extremo del estanque o del recipiente suelten la piedra sobre la superficie

de agua. 6. Describan lo que ocurre

Reflexionen y contesten

22

Un instante después de soltar la piedra, ¿qué ocurre con la superficie del agua?

En ese instante inicial, ¿qué sucedió con el corcho?

¿Llega un instante en el que el corcho se mueve? Si su respuesta a la última pregunta es afirmativa, contesten las siguientes cuestiones.

¿Tocó acaso la piedra al corcho?

¿Qué fue lo que tocó la piedra?

Explica lo que ocurrió a continuación hasta que el corcho empezó a moverse.

Una vez que el corcho se empieza a mover, ¿en qué dirección se mueve?

¿Qué es lo que se transportó desde el punto en que cayó la piedra al estanque hasta el corcho?

¿Se puede hablar de que se generó una onda? Expliquen con todo detalle su respuesta

Comenten entre ustedes el tipo de movimiento que dio lugar a la onda que observaron.

Escriban en sus cuadernos las conclusiones a las que hayan llegado. Las actividades anteriores ilustran los dos tipos de ondas que existen. Investiga y contesta:

_________________. Son aquellas en las que la dirección de propagación de la onda y la dirección en que se mueven las partículas del medio son las mismas. Un ejemplo de esta onda ______________ es la que se propagó en las bolas de billar.

La onda es _____________porque las direcciones de su propagación y del movimiento de las bolas son las mismas.

__________________. Son aquellas en las que la dirección de propagación de la onda y la dirección en que se mueven las partículas del medio son perpendiculares entre sí. Un ejemplo de onda ________________es la que se propagó en el estanque cuando lanzamos la piedra. En este caso, el medio en que se propaga la onda es el _______del estanque.

ACTIVIDAD 8 Determinar la velocidad de propagación de una onda en un estanque de agua.

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Material: • Un trozo de corcho. • Una piedra. • Un estanque o un recipiente con agua. • Una cinta métrica. • Un reloj con segundero o cronómetro digital. Procedimiento:

1. Conformen el mismo grupo 2. Vayan al mismo estanque o utilicen la palangana 3. Vuelvan a colocar el corcho en el mismo lugar, después de que la superficie del agua

esté quieta. 4. Entre dos compañeros midan con la cinta métrica, la distancia entre el punto en que

soltarán la piedra y la posición del corcho. Anoten el valor medido: distancia = m. 5. El compañero que está separado del corcho suelta la piedra. En ese instante, el otro

compañero empieza a contar el tiempo con el segundero. 6. Otro compañero está pendiente del corcho. En el instante en que se empiece a mover

da aviso. 7. Anoten el valor medido: tiempo = s. 8. Con los valores que obtuvieron, calculen la velocidad con la que se propagó la

perturbación causada por la piedra (usen la ecuación. Velocidad = distancia/tiempo ¡No olviden la unidad!

Reflexionen y contesten: En el caso del estanque o el recipiente vieron que la perturbación que se creó al caer la piedra en el agua tardó cierto tiempo en recorrer la distancia hasta el corcho. En consecuencia, se le puede asociar una velocidad a esta perturbación, que se llama velocidad de la onda.

1. ¿Se puede hablar de velocidad de la onda en el caso de las bolas de billar? 2. Expliquen las similitudes y diferencias de la velocidad de un cuerpo, como se estudió

anteriormente, con la velocidad de una onda. 3. Obtengan conclusiones y preséntenlas al resto del grupo en plenaria.

Para establecer vínculos entre los conceptos estudiados y los sucesos cotidianos analiza situaciones cercanas y de interés para ti. Por ejemplo, la formación de ondas al tirar una piedra en el agua, los sismos y su relación con las ondas, y la velocidad del sonido en diferentes medios. Bajo la guía y orientación de tu maestro interactúa con programas de simulación de las actividades ―Movimiento ondulatorio‖ y ―Propiedades de las ondas‖, del proyecto ECAMM, analiza una representación de tren de ondas con su longitud y frecuencia en un determinado tiempo. Así como las propiedades de las ondas.

Comportamiento ondulatorio del sonido

ACTIVIDAD 9 Esta actividad ilustra el hecho de que el sonido que percibes con tu oído está relacionado con la vibración de algún objeto.

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Procedimiento:

Formen un grupo de trabajo de dos compañeros; trabajen en una habitación.

Amarren un extremo de alambre a la manija de una cerradura. Debe quedar lo más fijo posible.

Uno de ustedes sostenga con el pie el otro extremo, lo más fijo posible.

Mantengan el alambre lo más tenso posible.

El otro compañero tira, con un dedo, de la parte media del alambre.

Fíjense bien qué ocurre con el alambre. Describan lo que ocurre. Toquen ligeramente el alambre con un dedo.

¿Oyeron algún sonido?

Ahora, alguno de ustedes ponga la mano encima del alambre, de manera que esté en reposo.

¿Oyen algún sonido? En esta actividad te diste cuenta de que al tirar con el dedo del alambre delgado, éste empieza a realizar un movimiento de vibración, es decir, el alambre ―va y viene‖. Al mismo tiempo oíste un sonido producido por el alambre. Cuando pusiste la mano encima del alambre y éste dejo de moverse, o sea, dejó de vibrar, ya no oíste sonido alguno. Reflexionen y contesten:

1. Cuando tiraron del alambre y lo tocaron con el dedo, ¿sintieron algo? En caso afirmativo, ¿qué sintieron?, ¿realiza el alambre algún movimiento?, ¿de qué tipo? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Oyeron algún sonido al mismo tiempo? ____________________________________ 3. ¿Hay alguna relación entre el movimiento que sintieron el que realiza el alambre y el

sonido? ______________________________________________________________ 4. Una vez que el alambre está en reposo, ¿se seguía oyendo algún sonido? _________ 5. Obtengan conclusiones, regístrenlas en sus libretas y discútanlas con el resto del

grupo. Algunas características del sonido, en la forma en que el oído humano lo percibe, son:

a. La frecuencia. Es el número de ciclos que se repiten en cada segundo. b. El tono: El oído humano es capaz de distinguir un sonido grave de otro agudo, es

decir, el oído es sensible al tono del sonido. El tono de un sonido depende de su frecuencia. Un sonido de tono grave está formado de frecuencias bajas, y un sonido de tono agudo está formado de frecuencias altas.

c. La intensidad: El oído humano también puede distinguir entre sonidos que tengan distintas intensidades. Podemos decir cuál de dos sonidos es de intensidad alta y cuál de intensidad baja.

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¿Cuál llega primero?

Seguramente han visto cómo caen las hojas de los árboles o cómo cae una pelota cuando la sueltan. ¿A qué se debe que la pelota llegue primero al piso aun cuando ambos cuerpos se suelten desde la misma altura y al mismo tiempo?

Aristóteles pensaba que la rapidez con que un cuerpo se mueve al caer, es proporcional a su peso, es decir, entre más pesado más rápido cae. Por otro lado, Galileo pensaba que todos los objetos al caer (en ausencia de aire) se mueven con una rapidez que aumenta en una proporción constante, sin importar su peso, forma o tamaño.

ACTIVIDAD 10

1. ¿De qué depende la rapidez con la que caen los objetos en la Tierra? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿A qué se debe que una pluma de ave caiga lentamente? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Cuando un objeto cae, ¿cómo se mueve? ¿Se mueve más rápido, más lento o igual mientras se va acercando al suelo? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. ¿Qué le sucederá a un cuerpo que se suelta cerca de la superficie lunar, donde no existe aire? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Qué caerá más aprisa: un objeto grande o uno pequeño que caen de la misma altura hasta la superficie de nuestro planeta? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONTENIDOS: El trabajo de galileo

Explicaciones de Aristóteles y Galileo acerca de la caída libre.

Aportación de Galileo en la construcción del conocimiento científico.

La aceleración; diferencia con la velocidad.

Interpretación y representación de gráficas: velocidad-tiempo y aceleración-tiempo.

APRENDIZAJES ESPERADOS: Identifica las explicaciones de Aristóteles y las de Galileo respecto al movimiento de caída libre,

así como el contexto y las formas de proceder que las sustentaron.

Argumenta la importancia de la aportación de Galileo en la ciencia, como una nueva forma de construir y validar el conocimiento científico basado en la experimentación y el análisis de los resultados.

Relaciona la aceleración con la variación de la velocidad en situaciones del entorno y/o actividades experimentales.

Elabora e interpreta tablas de datos y gráficas de velocidad-tiempo y aceleración tiempo para describir y predecir características de diferentes movimientos, a partir de datos que obtiene en experimentos y/o situaciones del entorno.

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ACTIVIDAD 11

En esta actividad observarán la caída de varios objetos y medirán el tiempo que le toma a cada uno llegar al suelo.

Para realizar el experimento, procederán como se les indica a continuación:

- Dibujen una marca sobre la pared de al menos 2 metros de altura. Ésta será la altura desde la que se van a dejar caer los cuerpos.

- Las características de cada objeto se anotarán en la tabla que aparece más adelante junto con el tiempo que tarda cada uno en llegar al piso. Antes de medir el tiempo que le toma a los objetos llegar al piso, obsérvenlos cuidadosamente. Fíjense bien cómo son en su forma y peso. En seguida llenen la tabla. En cada columna anoten las características que se piden y en la columna llamada "Predicción" anoten el objeto que crean tardará menos en llegar al piso y la razón por qué piensan lo anterior.

Recuerden que el compañero que mide el tiempo y el que suelta el objeto deben hacerlo simultáneamente, para lo cual les recomendamos que el tercer compañero del equipo, que será el encargado de anotar los resultados, dé la señal de salida contando "1, 2 y 3". El compañero que mide el tiempo debe fijarse atentamente cuando el objeto llegue al piso para que justo cuando ocurra, detenga el cronómetro. Las predicciones se deben discutir por equipos y escribir antes de realizar el experimento.

Material

- Lápiz

- Cronómetro

- Balanza

- Cinta métrica -Hoja de papel

- Pelota de hule

- Pluma de ave

-Un trozo de madera (de preferencia de forma cúbica)

- Una canica

-Pelota de unicel, de ser posible del mismo tamaño que la pelota de hule

Objeto Peso Forma Predicción y justificación

Tiempo de caída

Hoja de papel

Misma hoja de papel arrugada

Pelota de hule

Pelota de polietileno

Trozo de madera

Canica de vidrio

Pluma de ave

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Una vez que la tabla esté completa y hayan averiguado qué objeto llega primero al piso, contesten las siguientes preguntas.

1. ¿Cuál objeto llega primero al piso? ____________________________________________________________________

2. ¿Por qué consideran que algunos objetos llegan primero al piso y otros después? ¿Está esto relacionado con la forma y/o con su peso? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Qué creen que sucedería si los objetos no tuvieran peso? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Aristóteles pensaba que la velocidad que lleva un objeto al caer debe ser proporcional a su peso. Además que la velocidad aumenta conforme se acerca al suelo porque éste es el lugar "natural" de las cosas. Además pensaba que el movimiento en el vacío no era posible.

4. ¿Estarían de acuerdo con él? ¿Por qué? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Galileo descubrió que todos los cuerpos en caída libre tienen la misma aceleración en ausencia de la resistencia del aire. Éste resultado lo expresó en la siguiente forma: "Dos objetos sin importar su tamaño ni su masa caen con la misma aceleración en ausencia de aire".

5. Si se fijan bien hay una propiedad que les hace falta cumplir en sus mediciones experimentales para que sus condiciones sean exactamente iguales a las del postulado de Galileo, ¿cuál es esa propiedad? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. ¿Quién describe mejor lo que observan en los datos: Aristóteles o Galileo? Recuerden tener en cuenta que hay una condición distinta al postulado de Galileo. Pista: Recuerden la hoja de papel que pesa siempre lo mismo. __________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Caída libre ACTIVIDAD 12

En ésta y la siguiente actividad estudiaremos la caída libre de los cuerpos. La figura de la izquierda muestra una pelota que se ha lanzado hacia arriba con una velocidad de 60 m/s (216 km/hr). Los números a la derecha de la pelota dan el tiempo en segundos. Primero obtengamos el tiempo que le lleva a la pelota en llegar hasta arriba. Éste depende de la aceleración gravitatoria que para la superficie de la Tierra es aproximadamente igual a –10 m/s2. Este valor quiere decir que la velocidad de la pelota debe disminuir 10 m/s cada segundo. Con esta información y recordando que la velocidad inicial de la pelota era de 60 m/s, podemos formar la tabla siguiente:

Tiempo t (s): 0 1 2 3 4 5 6 7

Velocidad v (m/s):

60 50 40

De acuerdo a los valores de la tabla anterior, contesta las preguntas siguientes: ¿En qué tiempo la velocidad de la pelota se hace cero? ____ segundos. ¿En qué tiempo la pelota llegará a su máxima altura? ____ segundos. ¿Por qué la velocidad de la pelota se vuelve negativa a partir de t = 6? ________________ _________________________________________________________________________ Si queremos obtener la altura máxima de la pelota, razonaremos de la siguiente manera: En los 6 segundos del trayecto hacia arriba de la pelota, su velocidad promedio es de 30 m/s. Estudia los valores de la tabla anterior y de ellos explica este valor de la velocidad promedio: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Así, a una velocidad promedio de 30 m/s durante 6 segundos, la distancia recorrida (altura máxima) por la pelota será de ______ metros. El razonamiento anterior puede aplicarse a cada segundo del movimiento de la pelota: Por ejemplo, en el primer segundo, de t = 0 a t = 1, la velocidad de la pelota disminuyó de 60 a 50 m/s. Esto quiere decir que su velocidad promedio en este segundo era de 55 m/s.

Así, la distancia recorrida en este segundo fue de 55 1 = 55 metros. En el segundo, de t = 1 a t = 2, la velocidad de la pelota disminuyó de ____ a ____ m/s. Así, su velocidad promedio en este segundo era de ____ m/s y la distancia recorrida en este segundo fue de ____ metros. En el tercer segundo, la velocidad promedio de la pelota era de ____ m/s y la distancia recorrida en este segundo fue de ____ metros. En el cuarto segundo, la velocidad promedio de la pelota era de ____ m/s y la distancia recorrida en este segundo fue de ____ metros. En el quinto segundo, la velocidad promedio de la pelota era de ____ m/s y la distancia recorrida en este segundo fue de ____ metros. En el sexto segundo, la velocidad promedio de la pelota era de ____ m/s y la distancia recorrida en este segundo fue de ____ metros. Si sumas las seis distancias recorridas por la pelota en los primeros seis segundos, te debe dar un total de 180 metros. Esta es la altura máxima a la que subió la pelota. Repite el análisis que se hizo en esta actividad para una pelota que se ha lanzado hacia arriba con una velocidad de 30 m/s (108 km/hr). Para esto, completa la información que se te pide a continuación:

6

5

4

3

2

1

0

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Primero obtén el tiempo que le lleva a la pelota en llegar hasta arriba, completando la tabla siguiente:

Tiempo t (s): 0 1 2 3 4 5 6

Velocidad v (m/s): –30

¿En qué tiempo la pelota llegará a su máxima altura? ____ segundos. En el trayecto hacia arriba, la velocidad promedio de la pelota es de ____ m/s. Por lo

tanto, la distancia recorrida (altura máxima) por la pelota será de ______ m. En el primer segundo, la velocidad promedio de la pelota era de ____ m/s y la

distancia recorrida en este segundo fue de ____ m. En el segundo segundo, la velocidad promedio de la pelota era de ____ m/s y la

distancia recorrida en este segundo fue de ____ m. En el tercer segundo, la velocidad promedio de la pelota era de ____ m/s y la distancia

recorrida en este segundo fue de ____ m. Si sumas las tres distancias recorridas por la pelota en los primeros tres segundos, te debe dar igual a la altura máxima que subió la pelota. Compara los dos movimientos analizados en esta actividad. El primero comienza con 60 m/s y el segundo con 30 m/s (la mitad). Por ejemplo, ¿en cuánto se reduce el tiempo de subida?, ¿en cuánto se reduce la altura máxima?

Caída libre (Segunda parte) ACTIVIDAD 13 En esta actividad continuaremos el estudio de la caída libre de los cuerpos.

Las fórmulas más importantes de caída libre son las dos siguientes:

h = vo t – 12

g t2

v = vo – g t Donde:

vo representa la velocidad inicial del objeto (positiva hacia arriba y negativa hacia abajo).

g es la aceleración gravitacional (por simplicidad, aquí tomaremos el valor aproximado de 10 m/s2).

t es el tiempo h es la altura del objeto en el instante t (relativa a su posición inicial) v es la velocidad del objeto en el instante t

Regresando a la situación de la actividad anterior en la que una pelota se lanza hacia arriba con una velocidad de 60 m/s, podemos escribir las fórmulas anteriores como sigue: h = 60 t – 5 t2 v = 60 – 10 t Así por ejemplo, para t = 2, h = 60 (2) – 5 (2)2 = 120 – 20 = 100 m v = 60 – 10 (2) = 60 – 20 = 40 m/s Esto nos dice que a los dos segundos, la altura de la pelota era de 100 metros y su velocidad de 40 m/s. Para t = 6, h = ________ v = ________ Esto nos dice que a los seis segundos, __________________________________________ _________________________________________________________________________ Para t = 10, h = ________ v = ________ Esto nos dice que a los diez segundos, la pelota está otra vez a una altura de 100 metros y su velocidad es de –40 m/s, es decir, va hacia abajo.

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Para t = 12, h = ________ v = ________ Esto nos dice que a los doce segundos, __________________________________________ _________________________________________________________________________ Para t = 14, h = ________ v = ________ Esto nos dice que a los catorce segundos, la pelota estará a una altura de –140 metros (140 metros por debajo de donde inició su movimiento) y su velocidad es de –80 m/s, es decir, continúa moviéndose hacia abajo. Como te darás cuenta, las dos fórmulas de arriba guardan toda la historia de la pelota…. Regresando ahora a la segunda situación de la actividad anterior en la que una pelota se lanza hacia arriba con una velocidad de 30 m/s, podemos escribir las fórmulas como sigue: h = ___ t – 5 t2 v = ___ – 10 t Usando estas, completa la tabla siguiente:

t (s): 0 1 2 3 4 5 6 7

h (m):

v (m/s):

De los valores obtenidos en la tabla anterior, describe abajo el movimiento completo de la pelota: ___________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Caída libre (Análisis gráfico)

ACTIVIDAD 14 Regresemos nuevamente a la situación en la que una pelota se lanza hacia arriba con una velocidad de 60 m/s. Las gráficas correspondientes a este movimiento son:

h (m)

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

t (s)

GRÁFICA 1

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Como observarás, las gráficas anteriores se obtuvieron. Con los datos de la tabla de posición y velocidad media de la pelota. De acuerdo a las gráficas anteriores, contesta lo siguiente: ¿Cuál es la altura de la pelota a los 4 segundos?____ ¿Cuál es la altura de la pelota a los 8 segundos? ______ ¿Por qué coinciden estos dos valores? _________________________________________________________________________ ¿Cuál es la velocidad de la pelota a los 4 segundos? _______¿Cuál es la velocidad de la pelota a los 8 segundos? ______ ¿Por qué estos dos valores tienen valores iguales pero con signo diferente? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ¿En qué tiempo llega la pelota a su máxima altura? _____ ¿Qué velocidad tiene la pelota en este punto? ______ ¿Por qué la velocidad antes de los 6 segundos es positiva y después es negativa? ________________________________________________________________________ ¿Cuál es el valor de la altura de la pelota a los 12 segundos? _____ ¿Qué quiere decir esto? ________________________________________________________________________ Después de los 12 segundos la altura de la pelota se hace negativa, ¿qué quiere decir esto? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Ahora, regresamos nuevamente a la segunda situación en la que una pelota se lanza hacia arriba con una velocidad de 30 m/s y analizamos las gráficas correspondientes a este movimiento (la gráfica de la altura h debe ser una parábola, la de la velocidad v debe ser una recta):

v (m)

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

t (s)

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7

x (m)

t (s)

GRAFICA 2

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Con base en el análisis, describe con detalles el movimiento que representan. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Repaso

1. Se lanza una pelota hacia arriba. Ver dibujo en el que las flechas representan la aceleración de la gravedad. ¿Cuál de los siguientes casos es el que representa su movimiento? a. A) b. B) c. C) d. Ninguno

A) B) C)

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2. Si dejas caer un martillo desde diversas alturas de un edificio: del piso 2, del piso 3, del piso 4 y del piso 5. ¿En cuál de los casos el martillo llega al piso con mayor velocidad? a. Cuando se suelta del piso 2 b. Cuando se suelta del piso 3 c. Cuando se suelta del piso 4 d. Cuando se suelta del piso 5 3. Si dejas caer un martillo y una bola de boliche y un destornillador desde el sexto piso de un edificio. ¿Cuál llegaría más rápido al suelo? a. El martillo. b. El destornillador c. la bola de boliche d. Todos llegan al mismo tiempo. 4. Si dejas caer un martillo desde diversas alturas de un edificio: del piso 2, del piso 3, del piso 4 y del piso 5. ¿En cuál de los casos el martillo llega al piso con mayor aceleración? a. Cuando se suelta del piso 2 b. Cuando se suelta del piso 3 c. Cuando se suelta del piso 4 d. Todos llegan con la misma aceleración Observa la gráfica de altura contra tiempo de un objeto que se lanza verticalmente hacia arriba. Contesta lo siguiente:

5. ¿Cuál es la altura máxima alcanzada por el objeto y en cuánto tiempo la alcanza? a. 180 m, en 6 segundos. b. 180 m 3n 12 segundos c. 0 m en 12 segundos d. 0 m en 0 segundos

h (m)

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

t (s)

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6. Aristóteles decía que si se dejan caer de la misma altura, los objetos más pesados caen con mayor rapidez que los más livianos contrario a lo que estableció dos mil años después Galileo, quien demostró que caían con la misma rapidez. ¿Qué factor no consideró Aristóteles? a. La gravedad. b. La forma de los objetos. c. La resistencia del aire. d. El peso de los objetos 7. ¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que caen?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Describe cómo realizarías una experiencia alrededor de la caída libre de objetos. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. En el cuadro que aparece enseguida describe y registra las ideas acerca del movimiento de caída libre según Aristóteles, la hipótesis de Galileo al respecto y, de acuerdo a tus vivencias y experiencias, tus propias ideas sobre el tema.

Reflexiona:

Teoría de la caída libre de los cuerpos según:

Aristóteles Galileo tú

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Repasa tus conocimientos previos

1. ¿Por qué se mueve un cuerpo? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Si se está moviendo el cuerpo, ¿cómo lo detengo? ________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. En qué casos empleas fuerzas? (menciona 5) _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. ¿Por qué en ocasiones la reata que sujeta una piñata es sostenida por dos personas para que cuelgue? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Cuando juegas con una pelota y ésta golpea la pared, ¿por qué regresa a ti? _________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. ¿Qué entiendes por energía? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. ¿De dónde obtienes energía para moverte? ________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. ¿Cuáles son los planetas del Sistema Solar? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. ¿Cómo se mueven los planetas del Sistema Solar? _____________________________________________________________________

10. Los imanes tienen gran utilidad, ¿para qué los ocupas en tu casa? _________________________________________________________________________________________________________________________________________

11. ¿Atraen los imanes a todos los cuerpos? ____________________________________________________________________

Contenidos La descripción de las fuerzas en el entorno

La fuerza; resultado de las interacciones por contacto (mecánicas) y a distancia (magnéticas y electrostáticas), y representación con vectores.

Fuerza resultante, métodos gráficos de suma vectorial.

Equilibrio de fuerzas; uso de diagramas.

Aprendizajes Esperados

Describe la fuerza como efecto de la interacción entre los objetos y la representa con vectores.

Aplica los métodos gráficos del polígono y paralelogramo para la obtención de la fuerza resultante que actúa sobre un objeto, y describe el movimiento producido en situaciones cotidianas.

Argumenta la relación del estado de reposo de un objeto con el equilibrio de fuerzas actuantes, con el uso de vectores, en situaciones cotidianas.

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12. ¿Por qué hay relámpagos cuando llueve? _________________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 15 Piensa en una caja que está en el suelo en reposo. Ahora la empujas y observas que empieza a moverse. Se produjo un cambio: del reposo, la caja pasó a moverse. Date cuenta de que si tú empujaste la caja influiste en ella con el resultado de que se empezó a mover. Esta influencia que ejerciste sobre la caja se llama interacción. La situación que acaba de presentarse ilustra el hecho de que una interacción causa cambios. O dicho de otra manera: para que ocurra un cambio es necesario que haya una interacción, es decir, hay una relación entre: cambios e interacciones La siguiente experiencia se sugiere para que determines los cambios que producen algunas interacciones. Parte 1 Material: Una pelota de futbol Procedimiento: 1. Forma un equipo con un compañero. 2. Tu compañero te lanza la pelota. 3. Patéala con el zapato 4. Observen lo que le ocurre a la pelota. Reflexionen y contesten: • Digan lo que le ocurrió a la pelota cuando tú la pateaste. ________________________________________________ • ¿Se dio algún cambio con la pelota? ¿qué cambió? __________________________________________________________________________ • ¿Hubo alguna interacción? Si su respuesta es afirmativa, indiquen cuál fue la interacción, entre qué y qué. ________________________________________________________________________ Parte 2 Material: Dos imanes. Procedimiento: 1. Tu compañero deja en reposo uno de los imanes sobre una mesa lisa. 2. Tú acerca el otro imán. 3. Observen lo que le ocurre al primer imán. Reflexionen y contesten • ¿Qué ocurrió con el imán que estaba en reposo sobre la mesa? _______________________________________________________________________

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• ¿Hubo algún cambio con el imán? ¿Qué es lo que cambió? _______________________________________________________________________ • ¿Hubo alguna interacción? Si su respuesta es afirmativa, indiquen cuál fue la interacción, entre qué y qué. ________________________________________________________________________ Parte 3 Material: • Dos libros del mismo ancho. • Una pieza de vidrio con sus bordes esmerilados. • Una hoja de papel. • Un peine de plástico. Procedimiento: 1. Coloquen los libros sobre una mesa como se indica en la figura. 2. Coloquen el vidrio encima. 3. Corten la hoja de papel en trozos pequeños que colocarán sobre la mesa, debajo del vidrio. 4. Uno de ustedes pase varias veces el peine a través de su cabello. 5. Acerca el peine encima del vidrio, sin tocarlo. Reflexionen y contesten • ¿Qué ocurrió con los trozos de papel? ________________________________________________________________________ • ¿Hubo algún cambio? ¿Qué es lo que cambió? ________________________________________________________________________ • ¿Hubo alguna interacción? Si su respuesta es afirmativa, indiquen cuál fue la interacción, entre qué y qué. ________________________________________________________________________ Parte 4 Material: • Una piedra pesada. • Una lata de refresco vacía. • El profesor estará presente en la realización de esta parte de la actividad, a fin de tener sumo cuidado con el manejo de la piedra para evitar accidentes, en particular, cuidar que no caiga en el pie de alguno de ustedes. Procedimiento: 1. Tu compañero deja la lata sobre el suelo, en reposo. 2. Tú suelta la piedra desde cierta altura, verticalmente arriba de la lata, de tal modo que la piedra caiga sobre la ella. Reflexionen y contesten • ¿Qué ocurrió con la lata? __________________________________________________ • ¿Hubo algún cambio con la lata? ¿Qué es lo que cambió? __________________________________________________

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• ¿Hubo alguna interacción? Si su respuesta es afirmativa, indiquen cuál fue la interacción, entre qué y qué ________________________________________________________________________ • Escriban en su cuaderno las conclusiones a las que hayan llegado.

Las Fuerzas

ACTIVIDAD 16 Determinar la dirección del movimiento de varios cuerpos, cuando se les aplica una fuerza en una dirección distinta de la del movimiento. Material: • Un trozo de cuerda. • Una pelota pequeña. Procedimiento: 1. Amarra la cuerda alrededor de la pelota. 2. Toma con una mano el extremo libre de la cuerda. 3. Haz girar la pelota con la cuerda. Reflexiona y contesta • Al girar, ¿está experimentando la pelota alguna fuerza? ________________________________________________________________________ • Si tu respuesta es afirmativa, ¿quién ejerce la fuerza sobre la pelota? ________________________________________________________________________ • En este caso, ¿qué dirección tiene la fuerza? ________________________________________________________________________ • ¿Qué dirección tiene el movimiento de la pelota en su giro? _________________________________________________________________________ • Dibuja un diagrama en que muestres las direcciones de la fuerza y del movimiento.

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ACTIVIDAD 17 Cuando hablamos de fuerza, hay que analizar interacciones entre objetos y asociarlas con las causas que producen cambios en ellos. De acuerdo a la siguiente guía explica en cada caso:

1. ¿Qué observas en las siguientes ilustraciones? 2. Identifica y señala qué interacciones se presentan 3. Especifica la dirección de la fuerza y la dirección del movimiento. Según corresponda 4. Elabora un diagrama de fuerzas según corresponda en cada caso 5. ¿Están en movimiento? ¿Están en reposo? Explica según corresponda

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________

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ACTIVIDAD 18 Completa el texto escribiendo sobre las líneas las apalabras adecuadas. El _________________ es el instrumento que mide las fuerzas. Consiste este aparato en un resorte calibrado que se deforma de una manera proporcional a la _________ aplicada, poseyendo además un índice que indica la magnitud de la fuerza de que se trate. Esta fuerza se mide en una unidad llamada _____________, en honor al científico que enunció la 2da ley del movimiento.

Los elementos de una fuerza y su representación vectorial.

Por ser la fuerza una magnitud vectorial, podemos representarla mediante un vector que contenga los 4 elementos fundamentales de la misma; a saber:

1. Punto de aplicación, o lugar en el cual la fuerza actúa. (Está representado por el origen del vector)

2. Magnitud, o intensidad con que obra la fuerza. (Se representa por la longitud del vector)

3. Dirección, o línea sobre la cual actúa la fuerza. (Representada por la especie lineal del vector: recta, curva, circular, etc.)

4. Sentido, o lugar hacia el cual la fuerza actúa, dentro de la direcci6n considerada. (Se representa por la flecha del vector)

Unidades de fuerza -. La unidad de fuerza se puede definir como la fuerza que, actuando sobre la unidad de masa, le imprime la unidad de aceleración. 1. Si una unidad de fuerza del sistema cgs, que es la dina, actúa sobre un gramo masa le imprime una aceleración de un m/seg2 dina = g X cm/seg2

2. Si una unidad de fuerza del sistema mks, que es el Newton, actúa sobre un kilogramo masa le imprime una aceleración de un m/ seg. Newton = kg X m/seg2

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ACTIVIDAD 19 Observa las imágenes, analiza y contesta:

1. ¿Cuáles son las ventajas de usar flechas para representar A las fuerzas?

2. La dirección del movimiento y de la fuerza aplicada, ¿son siempre iguales? _____________________________________________________________________

3. Representa los siguientes movimientos cotidianos, utilizando vectores, indicando: a) Las fuerzas que actúan sobre los cuerpos. b) La dirección del movimiento al aplicar las fuerzas.

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Suma y resta de vectores

ACTIVIDAD 20

Calcula la resultante de un sistema de fuerzas. (Necesitarás hojas, regla y transportador).

1. Analiza la situación que se presenta: Dos pescadores jalan una red llena de peces, aplicando fuerzas de la misma magnitud pero con diferente dirección. Una de las personas jala la red con una fuerza de 5 Newton con una dirección de 45º hacia la lancha. Esta es la fuerza 1. El otro pescador, jala la red con la misma fuerza, pero con un ángulo de 90º. Esta es la fuerza 2. ¿Hacia dónde se moverá la red?

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2. Resuelve el siguiente problema: ―Van a colocar una estatua en la plaza de tu comunidad. Es tan pesada que necesitan dos grúas para levantarla hacia un pedestal. Una de las grúas ejerce una fuerza de 2 N en una dirección de 30°, mientras que la otra ejerce una fuerza de 2.5 N a 135°. Cuando se ponen en acción las grúas, ¿hacia dónde se moverá la estatua? Considera las siguientes cuestiones: a) ¿Es adecuada la dirección en

que las grúas aplican la fuerza sobre la estatua?

b) Elabora un diagrama de las fuerzas ejercidas por las grúas sobre la estatua.

c) Encuentra la fuerza resultante para verificar si la estatua llega al sitio marcado.

Prevención de riesgos o desastres naturales

Repasa tus ideas.

1. ¿Crees que sea posible prevenir los desastres naturales? ___________________________________________________________________

2. ¿Y cómo podrías prevenir los riesgos que un desastre natural conlleva? (menciona uno) _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Cómo se podría conocer el momento en que un volcán haga erupción, o que una presa se fracture y libere el agua? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONTENIDOS: Proyecto: imaginar, diseñar y experimentar para explicar o innovar

¿Cómo es el movimiento de los terremotos o tsunamis, y de qué manera se aprovecha esta información para prevenir y reducir riesgos ante estos desastres naturales?

¿Cómo se puede medir la rapidez de personas y objetos en algunos deportes; por ejemplo, beisbol, atletismo y natación?

APRENDIZAJES ESPERADOS: Trabaja colaborativamente con responsabilidad, solidaridad y respeto en la organización y

desarrollo del proyecto.

Selecciona y sistematiza la información que es relevante para la investigación planteada en su proyecto.

Describe algunos fenómenos y procesos naturales relacionados con el movimiento, las ondas o la fuerza, a partir de gráficas, experimentos y modelos físicos.

Comparte los resultados de su proyecto mediante diversos medios (textos, modelos, gráficos, interactivos, entre otros).

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ACTIVIDAD 21 Lee con atención el siguiente texto. Con el apoyo del maestro formen equipos de tres o cuatro personas para realizar esta actividad. Cada equipo seleccionará uno de los temas a investigar.

Predicción de sismos

Predecir cuándo va a ocurrir un terremoto destructivo es el objetivo prioritario de los geofísicos y sismólogos. Determinar con anticipación el lugar, la magnitud y la fecha en que puede ocurrir un sismo tiene como finalidad fundamental prevenir a la población, disponer la evacuación y tomar medidas con anticipación tendiente a reducir la pérdida de vidas y a limitar los daños a la propiedad. Cientos de científicos, especialmente de Estados Unidos, Rusia, Japón y China, trabajan en proyectos de investigación cuya meta es lograr la predicción confiable de los sismos. Algunos piensan que este propósito se puede alcanzar, aunque otros se muestran más pesimistas. El proceso de predicción se inicia con la delimitación de las zonas de riesgo sísmico. La teoría de la tectónica de placas ha permitido comprender la distribución de los epicentros de los terremotos y la demarcación de las zonas sísmicamente activas del mundo. La predicción fiable se basa también en el conocimiento de los mecanismos focales y los procesos físicos que acompañan la fracturación de la roca bajo la acción de las fuerzas. Se ha comprobado que un sismo va precedido de anomalías en algunos parámetros geofísicos de la roca, siendo reconocidos hasta ahora como precursores de un terremoto los fenómenos siguientes:

Cambios en la relación de las velocidades de propagación de las ondas P y S

Disminución de la resistividad eléctrica de la roca.

Aumento del contenido de gases inertes, especialmente el radón, en el agua de pozos profundos.

Alteración del flujo y nivel del agua freática.

Fluctuaciones en el campo geomagnético de la región.

Algunos científicos también consideran como válida la alteración en el comportamiento animal que, supuestamente, se ha observado con anterioridad al terremoto, como un signo premonitorio. Sin embargo, de todo lo anterior, se considera que el indicador más confiable es la aparición de sismos menores antes del terremoto. Se observa con frecuencia que la actividad sísmica pasa primero por un periodo de calma prolongada, para incrementarse significativamente antes del terremoto principal. ¿De qué manera la física ha participado con otros campos de la ciencia en la prevención de riesgos o posibles desastres naturales, tales como inundaciones, sismos, erupciones volcánicas y heladas, entre otros?

1. Investiguen en libros, revistas o Internet sobre la posible prevención de riesgos durante inundaciones, erupciones volcánicas, heladas o sismos y el papel de la física para apoyar estos procesos de prevención. Asegúrense de contestar las preguntas siguientes:

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a) ¿Quiénes participan en la detección de desastres naturales? b) ¿Desde qué época lo hacen? c) ¿Qué instrumentos o aparatos han inventado para hacer la detección más fiable? d) ¿Existen algunas circunstancias inusuales o interesantes en torno a esos inventos? e) ¿Cómo han ido evolucionando esos inventos?

Se sugiere consultar las siguientes páginas electrónicas: http://smn.cna.gob.mx/SMN.html http://www.cenapred.unam.mx http://www.nl.gob.mx/?P=sgg_manualprevencion http://www.proteccioncivil.gob.mx/Portal/PtMain.php?nIdHeader=2&nIdPanel=91&nIdFooter=22

2. Escríbanlos en su libreta e ilústrenla. a) Cada equipo explicará oralmente lo que haya encontrado acerca de sus

investigaciones. b) Con la ayuda del maestro, mediante una lluvia de ideas comenten los resultados

de lo que han aprendido al realizar esta actividad. c) Entre todos elaboren una conclusión final sobre la importancia de la física para la

prevención de riesgos durante desastres naturales y otros, que anotarán en el pizarrón y en su libreta.

3. Escribe un ensayo sobre el tema de cómo piensas que las personas deben ayudarse para evitar daños durante los desastres naturales.

BLOQUE II. LEYES DEL MOVIMIENTO

Repasa tus ideas:

1. ¿Cómo se puede cambiar el movimiento de un objeto? _____________________________________________________________________

2. ¿Qué variable física se asocia al aumento o disminución de la velocidad con respecto del tiempo? _____________________________________________________________________

3. ¿Qué se necesita para frenar un objeto en movimiento? _____________________________________________________________________

4. En un choque frontal entre dos automóviles, ¿qué podría pasar si los pasajeros no tuvieran puesto el cinturón de seguridad? _________________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 22

CONTENIDOS: La explicación del movimiento en el entorno

Primera ley de Newton: el estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. La inercia y su relación con la masa.

Segunda ley de Newton: relación fuerza, masa y aceleración. El newton como unidad de fuerza.

Tercera ley de Newton: la acción y la reacción; magnitud y sentido de las fuerzas.

APRENDIZAJES ESPERADOS Interpreta y aplica las Leyes de Newton como un conjunto de reglas para describir y predecir los

efectos de las fuerzas en experimentos y/o situaciones cotidianas.

Valora la importancia de las Leyes de Newton en la explicación de las causas del movimiento de los objetos.

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Reunidos en equipos, identifiquen la propiedad de inercia de la materia. Para ello:

1. Contesten: ¿Qué pasará con los platos y vasos si tiran fuertemente del mantel que cubre la mesa del comedor?

2. Necesitan: a) Vaso de vidrio b) Varias monedas c) Naipe o carta de baraja; también pueden usar cualquier tarjeta recortada de una

pasta de plástico para encuadernar o engargolar. 3. Realicen lo que se indica:

a) Coloquen la moneda sobre la tarjeta y ésta sobre la boca del vaso.

b) Tiren lenta y lateralmente de la tarjeta y observen lo que ocurre.

c) Prueben con monedas de diferentes tamaños. d) Repitan la experiencia, sólo que ahora den los tirones

rápidamente. 4. Comenten:

a) Las diferencias que hayan notado en cuanto al movimiento de las monedas. b) ¿Cómo se llama la propiedad por la que las monedas caen al vaso cuando se tira

la tarjeta rápidamente? c) Otro ejemplo de la vida diaria en la que se presente este fenómeno.

ACTIVIDAD 23

1. Completa el siguiente texto escribiendo sobre las líneas las palabras adecuadas.

¿Qué provocan las fuerzas?

Las fuerzas operan como agentes de cambio del movimiento. Cuando se aplica una __________________ a un objeto, es posible cambiar la manera en la que éste se mueve. No obstante, a veces, las fuerzas aplicadas sobre un objeto están dispuestas de manera que entre ellas se contrarrestan o equilibran, lo que da lugar a una fuerza resultante de magnitud ______________ y en consecuencia, no cambiará la manera en la que el objeto se mueve. Si no hay fuerza neta, es posible que el objeto se quede _______________ o que tenga un movimiento rectilíneo uniforme. Esto se debe a la ________________ por la cual el objeto no cambiará su estado de reposo o de movimiento hasta que una fuerza neta la venza. Por ejemplo, si colocamos un objeto sobre la mesa y lo ponemos en movimiento, dentro de algunos instantes se detendrá; luego, si pulimos bien la mesa y repetimos la experiencia, el objeto llegará más lejos; es razonable suponer que si eliminamos por completo el rozamiento entre el objeto y la mesa, éste seguirá moviéndose indefinidamente, con la misma velocidad que nosotros le hayamos dado al inicio. Con base en experiencias similares, Isaac ________________ desarrolló su primera ley del movimiento: la ley de la inercia, que es ________________________ proporcional a la cantidad de materia del objeto. Por acuerdo, consideraremos que la inercia es equivalente a la cantidad de materia. Esto significa que la inercia es numéricamente ________________ a la masa y se le asignan las mismas unidades físicas.

2. Analiza cuidadosamente las siguientes cuestiones y contesta:

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a) En todos los casos en los que actúa una fuerza no equilibrada o fuerza neta sobre un objeto, ¿se mueve? Justifica tu respuesta. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Si comparamos dos objetos de diferente masa, ¿cuál de ellos presenta una mayor inercia? Justifica tu respuesta. ____________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Si sólo actuasen dos fuerzas de igual magnitud y perfectamente horizontales sobre un objeto en movimiento, una de ellas operando hacia la derecha y la otra hacia la izquierda, ¿cuál sería la trayectoria del objeto? __________________________________________________________________

ACTIVIDAD 24 Fuerza y aceleración. Reflexiona: ¿Qué relación existe entre fuerza y aceleración? Reunido con tu equipo, realiza la siguiente actividad práctica:

1. Material: a) Camión de juguete estilo carguero. Puede ser de cualquier diseño y material. Lo

importante es que sus ruedas no se traben, que giren adecuadamente para que el camión avance. Colóquenle encima un peso de 3 kg aprox.

b) Cuerda o hilo grueso de seda de 5 m de largo. c) Polea. d) Juego de pesas de 100, 150, 200, 250 y 500 g. También pueden emplearse

materiales como plastilina, piedras, etc. e) Cinta métrica. f) Cronómetro.

2. Procedimiento: Experiencia A: Misma masa del móvil; diferente fuerza de tracción. a) Coloquen en una mesa el camión y

en el extremo de ésta fijen la polea. La polea debe estar fija y no girar; se utiliza para que se deslice la cuerda sobre ella.

b) Midan la cuerda al tamaño de la mesa y dejen una longitud de 10 cm para que cuelgue la pesa por el extremo de la mesa.

c) Pasen la cuerda por la polea y amarren un extremo al camión y otro a una pesa de 500 g. Procuren que haya una distancia aproximada de 2 m entre las llantas delanteras del camión y el extremo de la mesa.

d) Hagan pruebas para elegir 5 pesos entre 150 y 400 g cuyo peso permita al camión recorrer 1m en diferentes tiempos ( o a diferentes velocidades). Si el camión no se mueve por la fricción, pongan una pesa de mayor masa, por ejemplo de 200 g. Si el camión se mueve demasiado rápido agreguen masa sobre el camión, poniendo pesas encima o cualquier otra cosa, como piedras pequeñas o libretas.

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e) Suelten la pesa y midan el tiempo que tarda el camión en recorrer la distancia de 1m para cada una de las pesas 600, 650, 700 y 800 g; éstas ejercerán la fuerza de tracción.

Experiencia B: Misma fuerza de tracción diferente masa del móvil a) Repitan el procedimiento anterior con la última pesa, pero ahora coloquen piedras,

plastilina o cualquier otro objeto en el camión para aumentar su masa.

3. Resultados: Registren sus datos en las siguientes tablas:

4. Análisis de los resultados: Experiencia A

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a) Cuando aumentan la masa de la pesa de tracción aumentan la magnitud de la fuerza que jala el camión, ¿qué ocurre con la rapidez media del camión? __________________________________________________________________

b) ¿El movimiento es acelerado? ¿Por qué? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

c) ¿Cuál es la relación de proporción; directa o inversa entre fuerza y aceleración? Justifica tu respuesta. ___________________________________________________________________________________________________________________________________ Experiencia B

a) Manteniendo la masa de la pesa de tracción constante mantienen constante la fuerza que jala al camión; Al aumentar la masa del camión ¿qué ocurre con su rapidez media? __________________________________________________________________

b) ¿El movimiento es acelerado? ¿por qué? ___________________________________________________________________________________________________________________________________

c) ¿Cuál es la relación de proporción, directa o inversa entre aceleración y masa? __________________________________________________________________

ACTIVIDAD 25

1. Completa el siguiente texto escribiendo las palabras adecuadas.

―………..Newton reconoció que una fuerza neta es capaz de provocar un cambio en la velocidad de un objeto, es decir una _______________________. Poner en movimiento cualquier cosa requiere de la acción de una fuerza neta. Este hecho lo formalizó Newton en su _______________ ley del movimiento.‖ La segunda ley de Newton puede expresarse matemáticamente con la ecuación:

2. Analiza y resuelve las cuestiones. a) Si al mismo tiempo se les aplica a dos objetos de diferente masa una fuerza igual

durante toda su actuación, ¿se moverán éstos de manera similar? ¿cuál de los dos acelerará menos?

b) Un bloque de 10 kg de masa se halla en reposo. Calculen la magnitud de la fuerza necesaria para mover el bloque y que alcance una velocidad de 1.5 m/s en 1s. Si esta fuerza se aplica en dirección horizontal hacia la izquierda, ¿hacia dónde se mueve el bloque?

ACTIVIDAD 26 Resuelve el siguiente ―problema‖. ―Vas a elaborar un cartel para promocionar el uso del cinturón de seguridad en los vehículos automotores en tu comunidad‖. Despuès de leer el cartel, tus vecinos tendrán información sobre:

a) Las fuerzas que actúan sobre el cinturón cuando un coche frena. b) Para què se utilizan los cinturones de seguridad.

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1. Elabora un cartel con la información adecuada y un dibujo que muestre las fuerzas

que actúan cuando el coche frena sobre el cinturón de seguridad y la persona que lo usa.

2. Responde a las siguientes cuestiones, que habràs considerado al elaborar el cartel: a) ¿Por què se comenzaron a utilizar los cinturones de seguridad?

___________________________________________________________________________________________________________________________________

b) ¿Què fuerzas actúan sobre las personas que viajan en un coche que frena? Elabora un dibujo al respecto. ____________________________________________________________________________________________________________________________________

c) ¿Cambia el efecto sobre el cinturón si una persona tiene una masa pequeña y otra una masa grande? Explica. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d) Emplea en tu argumentación los conceptos de fuerza, aceleración e inercia. ACTIVIDAD 27 Tercera ley de Newton. Reunidos en equipos, analicen las fuerzas en la interacción entre dos sistemas.

1. Necesitan: a) Un globo b) Patines, patineta o silla con ruedas.

2. Realicen lo siguiente: Experiencia A a) Inflen el globo sin llenarlo. b) Tapen con los dedos el orificio. c) Suelten el globo. d) Observen lo que sucede. Experiencia B a) Sièntense en la silla con ruedas y con las piernas flexionadas impúlsense con la

pared. b) Observen lo que ocurre.

3. Contesten: a) ¿Por què se mueve el globo cuando se deja salir el aire?

___________________________________________________________________________________________________________________________________

b) ¿Por què si empujan a la pared con los pies se van hacia atrás?

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___________________________________________________________________________________________________________________________________

c) ¿Cuàles son los sistemas que interactúan para cada caso? ___________________________________________________________________________________________________________________________________

d) ¿Còmo se manifiesta la interacción entre los sistemas? ___________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Analiza la siguiente historieta.

a) Menciona tres actividades que como la de la historieta, se pueden explicar mediante la tercera ley de Newton. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Si vas en tu bicicleta y ves a corta distancia un obstáculo en tu camino, ¿aplicarìas los frenos inmediatamente o hasta que casi tocas el obstáculo?¿por què? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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ACTIVIDAD 28 Repasa tus conocimientos.

1. Completa el siguiente texto, escribiendo sobre las líneas las palabras adecuadas. ―………Se supone que nuestro Sistema Solar se formò hace ___________ millones de años por la acumulación de una nube de gas y polvo que también dio origen al Sol. _____ planetas giran alrededor del Sol siguiendo trayectorias de forma ________________, aunque prácticamente son circulares. Los planetas se dividen en ____ grupos: interiores y exteriores. En orden creciente de su distancia al Sol, en el primer grupo se encuentran _________________, ____________, __________________ y _____________. En el segundo grupo _________________, ____________________, __________________ y __________________. De los planetas interiores ________________________ y ______________ poseen satélites o lunas, que se mueven circularmente en torno a ellos. Los planetas __________________ son gaseosos y gigantescos, tienen anillos, de los cuales los màs espectaculares son los de ___________________.‖

2. Contesta a lo que se te pregunta. a) ¿Còmo se llama la fuerza que nos mantiene sobre el suelo?

__________________________________________________________________ b) ¿De què depende esta fuerza?

__________________________________________________________________ c) ¿Es lo mismo masa que peso? Justifica tu respuesta.

___________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 29 Reunidos en equipos, describan las características del movimiento circular.

1. Necesitan: a) Lata de aluminio de 355 ml (de refresco) b) 1.5 m de cuerda rìgida; (cuerda o mecate de tendedero) c) Abrelatas

CONTENIDOS Efectos de las fuerzas en la Tierra y en el Universo

Gravitación. Representación gráfica de la atracción gravitacional. Relación con caída libre y peso.

Aportación de Newton a la ciencia: explicación del movimiento en la Tierra y en el Universo

APRENDIZAJES ESPERADOS Establece relaciones entre la gravitación, la caída libre y el peso de los objetos, a partir de

situaciones cotidianas.

Describe la relación entre distancia y fuerza de atracción gravitacional y la representa por medio de una gráfica fuerza-distancia.

Identifica el movimiento de los cuerpos del Sistema Solar como efecto de la fuerza de atracción gravitacional.

Argumenta la importancia de la aportación de Newton para el desarrollo de la ciencia.

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d) Argolla; puede ser la de un llavero (es para que no te lastimes al tirar de la cuerda) e) Cronòmetro

2. Realicen lo que se indica: a) Quiten la tapa superior de la lata con el abrelatas. b) Hagan dos orificios en las paredes laterales de la lata e introduzcan la cuerda por

ellos. c) Jalen la cuerda un poco y hagan un nudo en forma

triangular d) Midan 30 cm desde el nudo y amarren ahì la argolla. e) Pidan la participación de un compañero y enrollen en la

mano del compañero el resto de la cuerda. f) El compañero introduce el dedo índice en la argolla. g) Ladeando el dedo horizontalmente, comenzarà a darle

vueltas a la lata. Debe darle exactamente 50 vueltas. (con cuidado para no golpear a un compañero)

h) Midan el tiempo en que se completan las 50 vueltas. i) Repitan los pasos d al h para longitudes de 45, 50 y 60

cm desde el nudo y coloquen ahì la argolla. 3. Contesta a lo que se pregunta.

a) ¡Còmo se produce un movimiento circular? __________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Elaboren un cìrculo en el que representen las fuerzas que existen en el movimiento circular y hacia dònde se dirigen.

c) ¿Què pasarìa si se suelta la cuerda mientras la lata se encuentra en movimiento circular? __________________________________________________________________

d) Si suponemos que los planetas se mueven en torno al Sol en una trayectoria casi circular y no hay ninguna cuerda que conecte al Sol con un planeta, ¿què es lo que hace que un planeta gire en torno al Sol? __________________________________________________________________________________________________________________________________

e) ¿Hubo diferencia significativa entre los tiempos que midieron para cada una de las longitudes de la cuerda? ¿a què se debe? ___________________________________________________________________________________________________________________________________

f) Describan lo que sintieron en el dedo al girar la lata y cambiar las longitudes de la cuerda. ___________________________________________________________________________________________________________________________________

g) ¿Cuàl sería la trayectoria de un planeta si no hubiese ninguna fuerza actuando sobre èl? _________________________________________________________________

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h) No hay una cuerda que sujete a los planetas del Sol, entonces: ¿què los mantiene en su òrbita? _________________________________________________________________

i) ¿Cuàl de las leyes de Newton explica este fenómeno? _________________________________________________________________

j) La trayectoria de un planeta en torno al Sol no es perfectamente circular; se desvía ligeramente describiendo una elipse, ¿cuàndo se moverà màs rápido un planeta, cuando estè màs cerca o màs lejos de lSol? __________________________________________________________________

ACTIVIDAD 30

1. Lee con atención el siguiente texto:

La fuerza gravitacional ―La materia atrae a la materia en cualquier región del Universo‖. Este es el principio de la gravitación universal de Newton. Toda la materia interactúa entre sì, y toda interacción se determina con una fuerza. Desde luego, la fuerza gravitacional depende de la cantidad de materia que poseen los objetos que interactúan, es decir, de sus masas. La interacción gravitacional se transmite a distancia. Newton dedujo que la fuerza de atracción gravitacional es proporcional al producto de las masas de los objetos que interactúan, e inversamente proporcional a la distancia que los separa elevada al cuadrado. Esto significa que si los cuerpos tienen masas grandes, como los planetas, se atraerán considerablemente entre sí, por el contrario, si la distancia que los separa es muy grande, entonces la fuerza entre ellos será muy débil. Newton introdujo una constante de la gravitación universal ―G‖, cuyo valor es pequeñísimo: G = 6.67 x 10-11Nm2/kg2 Por lo anterior, la fuerza de atracción gravitacional está dada por la siguiente ecuación: Fg = Gm1m2/r

2 Podemos decir entonces que la interacción gravitacional depende de las masas y su distancia, y que nunca deja de actuar sobre todos los cuerpos del Universo.

2. Infiere còmo depende la fuerza de interacción gravitacional de la distancia que separa a dos objetos de la misma masa. a) Se han medido las fuerzas de interacción gravitacional entre dos masas iguales en

función de la distancia que las separa. Los datos se resumen en la siguiente tabla:

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3. Elaboren una gràfica de fuerza contra distancia con estos datos:

4. Contesta a partir de la curva que corresponde a esta gràfica. a) ¿Cuàl es la relación de proporcionalidad, directa o inversa, entre la fuerza

gravitacional y la distancia? __________________________________________________________________

b) ¿En què momento llega a desaparecer la interacción gravitacional? __________________________________________________________________

c) ¿Existirà interacción gravitacional entre dos diminutas partículas de polvo? ¿por què? __________________________________________________________________

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d) ¿Es perceptible la interacción gravitacional que existe entre dos camiones de 5 toneladas separados a 1 m de distancia? Explica. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

e) La fuerza de atracción gravitacional que ejercen sobre tì los objetos que te rodean, ¿impedirà que te separes de tu compañero o compañera de banca? ¿por què? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 31 El peso y la gravedad.

1. Completa el siguiente texto escribiendo sobre las líneas las palabras adecuadas.

¿Pesamos lo mismo en la Tierra que en la Luna?

El ___________ es la fuerza que nos atrae hacia el centro de la Tierra y nos mantiene sobre el suelo. Podemos calcular matemáticamente nuestro peso con la ___________ ley de Newton. Hay que multiplicar nuestra masa m por la aceleración que produce la gravedad sobre cualquier objeto que esté cerca de la superficie de la Tierra, y que tiene un valor de 9.8m/s2. Por ejemplo, si una persona tiene una masa de 60 kg su peso sobre la superficie de la Tierra es de:

Fg = mg = (60 kg)(________) = ______kgm/s2 = ________N

2. Analiza el texto y contesta la pregunta. ―…….también en los demás planetas que conforman nuestro Sistema Solar experimentaríamos peso, sólo que sería distinto al que experimentamos en la Tierra, ya que los otros planetas tienen distinta masa y tamaño, por esta razón la aceleración de la gravedad cerca de sus superficies serían distintas a la de la Tierra. La aceleración de la gravedad sobre la superficie de un planeta depende de su masa y de su radio, es decir, de la distancia desde el centro del planeta hasta su superficie.‖ ¿Pesamos lo mismo en la Tierra que el la Luna? (Expliquen sus respuestas empleando los conceptos de masa y aceleración de la gravedad) ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Completa la siguiente tabla calculando el peso de una persona de 60 kg de masa en cada uno de los cuerpos celestes. (toma en cuenta la aceleración de la gravedad que existe sobre la superficie de cada cuerpo celeste.

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4. Observa los resultados obtenidos en la tabla y contesta:

a) Con los cálculos que han realizado, ¿en cuál de los cuerpos del Sistema Solar

pesaríamos más y en cuál menos? _________________________________________________________________

b) ¿Cuáles pueden ser las diferencias más significativas entre esos dos cuerpos celestes para provocar la enorme diferencia de pesos? ___________________________________________________________________________________________________________________________________

c) ¿En qué planeta nuestro peso sería más cercano al que experimentamos en la Tierra? __________________________________________________________________

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ACTIVIDAD 32 Reunidos en equipos, analicen las siguientes cuestiones, reflexionen acerca de ellas y expongan frente al grupo sus conclusiones.

a) ¿En qué se parecen la caída libre, el peso de los objetos y las fuerzas de atracción

entre los planetas? b) Las mareas se producen por la atracción gravitacional que existe entre la Luna y la

Tierra. ¿Qué sucedería si la masa de la Luna fuera el doble de lo que es? c) En los Juegos Olímpicos existe una prueba que consiste en lanzar un disco de 2

kg lo más lejos posible. Los lanzadores giran sobre sí mismos antes de extender su brazo y lanzar el disco. ¿Por qué?

d) ¿Habría sido posible realizar el viaje a la Luna en la misión Apolo XI de 1969, sin un conocimiento mínimo de la gravitación universal? Explica.

ACTIVIDAD 33 Energía mecánica

1. Completa el siguiente texto escribiendo sobre las líneas las palabras adecuadas.

―……Al estar a cierta altura del piso, o de un punto de referencia, un objeto tiene un tipo de energía llamado ______________ _______________. Esta energía es directamente proporcional a la altura a la que se encuentra el objeto y a su masa. Debido a la acción de la fuerza de ________________ de la Tierra, cuando soltamos un objeto, éste comienza a caer. Al llegar al piso, alcanzó la máxima rapidez y toda su energía potencial original se transformó en otro tipo de energía conocida como _____________________, que está relacionada con la rapidez del objeto.‖ Cuando un objeto cae, su energía potencial disminuye. Al mismo tiempo, la energía cinética o de movimiento aumenta. La suma de ambas es la energía mecánica que se conserva cuando no hay fricción. Esta transformación de energía potencial en energía cinética puede utilizarse por ejemplo, para partir un coco arrojando una piedra desde cierta altura. En el Sistema Internacional de Unidades se emplea el ______ para medir la energía. Esta unidad se obtiene al multiplicar las unidades de ___________ llamadas Newton (N), por las de _____________ en metros (m). La energía potencial del niño en el

CONTENIDOS La energía y el movimiento

Energía mecánica: cinética y potencial.

Transformaciones de la energía cinética y potencial.

Principio de la conservación de la energía.

APRENDIZAJES ESPERADOS Describe la energía mecánica a partir de las relaciones entre el movimiento: la posición y la

velocidad.

Interpreta esquemas del cambio de la energía cinética y potencial en movimientos de caída libre del entorno.

Utiliza las expresiones algebraicas de la energía potencial y cinética para describir algunos movimientos que identifica en el entorno y/o en situaciones experimentales.

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árbol de la siguiente figura (980J) equivale a 234.22 calorías, que son más o menos las calorías que proporcionan 5 g de azúcar. Las _________________ son una unidad que puedes encontrar en los empaques de los alimentos, e indican la energía que te aportan al comerlos.

2. Realiza lo que se te pide.

a) Calca, con un papel de china o similar, las barras de energía potencial y cinética que aparecen en la siguiente figura para cada uno de los puntos del recorrido de la piedra con la que se pretende romper un coco.

a) Iluminen todas las barras de la energía potencial de un color y las de la energía

cinética de otro. b) Marquen casa barra con el número de la figura a la que pertenecen, para no

revolverlos. c) Recorten las barras de energía. d) Agrupen las barras por número.

3. Utilizando las barras de energía potencial y cinética que recortaste, contesta. La suma

de la energía potencial y cinética, ¿es la misma en cada punto del recorrido? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 34 Analiza las transformaciones de energía potencial y cinética en una montaña rusa,

1. Observa el siguiente esquema:

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2. Marca en el esquema: a) Tres puntos en los que la energía potencial sea la misma. b) La altura a la que llegaría el carro al final del recorrido.

3. Con base en el esquema completa la siguiente tabla:

4. Contesta:

a) ¿En qué punto la energía cinética es mayor? _________________

b) ¿En qué punto la rapidez es mayor? ________________

c) ¿Cuánto vale la energía potencial en ese punto? __________________

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5. Elabora una gráfica de la energía mecánica. Para ello:

a) Utiliza un color para cada forma de energía.

b) Dibuja primero la barra de energía potencial para el punto A.

c) Representa la barra de energía cinética para el mismo punto encima de la barra

anterior.

d) Repite los pasos 2 y 3 para los puntos B, C y D. y contesta:

i. Cuando el carro va bajando, ¿la energía potencial aumenta o disminuye? ¿por

qué?

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

ii. En el mismo caso anterior, ¿cómo cambia la energía cinética? ¿por qué?

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

iii. Describe la transformación de energía que ocurre cuando el carro sube

nuevamente.

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

iv. ¿Se conserva la energía mecánica total en la montaña rusa? Explica.

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

ACTIVIDAD 35

Responde a lo que se te pide..

1. Define el ―Energía cinética‖. ¿Cuál es su expresión matemática?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Define ―Energía potencial gravitacional‖. ¿Cuál es su expresión matemática?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Define ―Energía mecánica‖. ¿Cuál es su expresión matemática?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

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4. La energía cinética que tiene un caballo que corre a 5 m/s y pesa 700 kg.

R = _______________

5. La energía potencial de una manzana de 0.5 kg en un árbol a 3 m de altura.

R = ______________

6. Explica ¿por qué un clavadista que se tira a una alberca desde un trampolín a 10 m de

altura llega casi hasta el fondo, pero si se tira de uno a 3 m de altura, no llega a la

misma profundidad?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

BLOQUE III. UN MODELO PARA DESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

¿Qué son los modelos?

En el contexto de las ciencias, un modelo es una representación particular de un objeto, proceso o fenómeno/concepto que se elabora para facilitar su descripción y estudiar su

CONTENIDOS Los modelos en la ciencia

Características e importancia de los modelos en la ciencia.

Ideas en la historia acerca de la naturaleza continua y discontinua de la materia: Demócrito, Aristóteles y Newton; aportaciones de Clausius, Maxwell y Boltzmann.

Aspectos básicos del modelo cinético de partículas: partículas microscópicas indivisibles, con masa, movimiento, interacciones y vacío entre ellas.

APRENDIZAJES ESPERADOS Identifica las características de los modelos y los reconoce como una parte fundamental del

conocimiento científico y tecnológico, que permiten describir, explicar o predecir el comportamiento del fenómeno estudiado.

Reconoce el carácter inacabado de la ciencia a partir de las explicaciones acerca de la estructura de la materia, surgidas en la historia, hasta la construcción del modelo cinético de partículas.

Describe los aspectos básicos que conforman el modelo cinético de partículas y explica el efecto de la velocidad de éstas.

63

comportamiento a partir de una idea inicial que sea clara y fácilmente verificable para todos. Para la elaboración de un modelo se emplean las observaciones y los conocimientos que se tienen del objeto, proceso o fenómeno por estudiar, y se seleccionan sus características más importantes o las que nos interesan más. En general, los modelos en la Física requieren de representaciones matemáticas, como ecuaciones, gráficas y diagramas; así se pueden modelar la velocidad de los planetas, la cantidad de carga que existe en una partícula, las causas del magnetismo o el incremento de la temperatura en la zona cercana a una erupción volcánica. ACTIVIDAD 36 En el texto escrito a continuación, se mencionan las características de los modelos que se construyen en ciencias; completa las ideas, escribiendo la palabra adecuada sobre las líneas:

Son una representación esquemática o simplificada de un objeto, ______________ o fenómeno. Por ejemplo, el sistema circulatorio tiene funciones que no se aprecian en un dibujo.

Toman en cuenta las características ________________del proceso. De hecho, para elaborar el modelo de la fotosíntesis se deben tomar en cuenta las sustancias que se requieren para el proceso y las que se producen; no se considera si la hoja es alargada o corta, o si es un árbol alto o bajo.

Permiten hacer __________________ y predicciones. Por ejemplo, podemos elaborar dos modelos de un barco y comparar còmo se comportan cuando se encuentren en un mar con mucho oleaje.

Pueden ser modelos _____________ y __________________. Los modelos teóricos pueden presentar ideas, relaciones y ecuaciones. Los modelos analógicos plasman la teoría en representaciones de dos y tres dimensiones, es decir, diagramas, maquetas, etcétera.

ACTIVIDAD 37 Compara las características de algunos modelos. Para ello:

1. Examina los diferentes modelos de la tabla. 2. Completa la tabla según el ejemplo.

F = m x a

Para el estudio de la

resistencia y seguridad de los

automóviles se emplean

maniquíes que representan a

adultos y niños.

Los modelos conceptuales

representan una idea, una

hipótesis o una teoría. Un

ejemplo es la segunda ley de

Newton Los modelos de objetos son

representaciones en dos o tres

dimensiones que permiten el conocimiento

de cosas a las que se tiene difícil acceso

64

Ahora, compara tus resultados con los obtenidos por tus compañeros y:

1. Establezcan las diferencias que hay entre ellos. 2. Modifiquen sus respuestas si lo consideran conveniente. 3. Comenten:

a) ¿Qué modelos incorporan mayor número de características del objeto, proceso o fenómeno que representan? ¿Por qué?

b) ¿Qué representaciones consideran más útiles para modelar: i) objetos, ii) procesos y iii) fenómenos/conceptos?

c) ¿Cuál o cuáles de los modelos anteriores son modelos científicos? ACTIVIDAD 38 Identifica las características de un modelo científico. Realiza lo siguiente:

A) Observa las dos imágenes y responde: Foto de automóvil real Automóvil a escala

65

1. ¿Qué modelo representa mayor número de características del automóvil real?

_____________________________________________________________________ 2. ¿Qué diferencias encuentras entre ambas

representaciones?___________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Qué semejanzas y diferencias tienen ambas representaciones con el automóvil real? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. ¿Para quién podrían ser útiles estos modelos? ¿Por què? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

B) Observa la representación del Sistema Solar y responde:

1) ¿Por qué esta representación es un modelo? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2) ¿Qué características del Sistema Solar se representan con un modelo como éste? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

3) ¿Cómo se construyó este modelo si no es posible observar de manera directa todos los astros del Sistema Solar? ____________________________________________ ____________________________________________________________________

ACTIVIDAD 39 Problema. ―Estás diseñando un papalote o cometa y quieres comentar con tus amigos las características que debe tener para que vuele mejor‖. ¿Còmo podrìas describir y representar estas características para compartirlas con otras personas? ¿Serìa esta representación un modelo científico? Argumenta tu respuesta. Escribe lab solución en tu cuaderno. Para resolver el problema toma en cuenta los siguientes aspectos:

1) ¿Cuáles son las características esenciales que le permiten a un papalote volar? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2) Menciona algunas características que no son esenciales para el vuelo de un papalote._____________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________

3) ¿Qué tipo de modelo vas a utilizar para mostrar las características de tu papalote? ¿Es un modelo científico? Justifica tu respuesta. __________________________________________________________________________________________________________________________________________

66

__________________________________________________________________________________________________________________________________________

Expongan las descripciones de sus modelos y comenten:

1) ¿Qué tipo de modelo emplearon: de objetos, de procesos o de conceptos? 2) ¿Todos los modelos que elaboraron representan las características de los papalotes o

cometas? Expliquen qué les sobra o qué les falta. 3) ¿Se pueden complementar unos modelos con otros?

¿De qué está hecha la materia?

Cuando pensamos en ladrillos, la mayoría imaginamos los objetos que se utilizan para construir casas y edificios. Existen ladrillos de diferentes clases y materiales que permiten construir todo tipo de edificaciones. Pero, ¿qué tienen que ver los ladrillos con la estructura de la materia? Bueno, los ladrillos son para las construcciones lo que los átomos son para las moléculas; y ambos, (átomos y moléculas) forman todo lo que nos rodea. El concepto de átomo existe desde que el griego Demócrito, en el año 400 a. de C., habló de los átomos como las partículas más pequeñas de las que estaba formada la materia. ACTIVIDAD 40 Analiza algunas propiedades de la materia.

1. Material: Un material duro; un material poroso; un material elástico; un material que consideres que se puede dividir fácilmente.

2. Procedimiento: Haz equipo con otros compañeros y realicen lo siguiente: a) Seleccionen un material con el que puedan explicar cada característica de la

materia: dureza, porosidad, elasticidad, divisibilidad e impenetrabilidad. b) Describan para cada objeto, cómo creen que es la estructura que determina cada

propiedad. Registren las descripciones en sus libretas. c) Elaboren un dibujo que represente cada explicación escrita.

3. Resultados: Registren los datos obtenidos en una tabla como la siguiente.

Propiedad Material Descripción de su estructura

Dibujo de la estructura que determina la

propiedad

Dureza

Porosidad

Divisibilidad

Elasticidad

67

4. Análisis de resultados. Respondan: 1) ¿Cómo se llaman las partículas que constituyen los materiales? 2) ¿Qué diferencia hay entre la estructura de un material duro y uno compacto y poroso? 3) ¿Por què los cuerpos duros no se pueden penetrar fácilmente? 4) ¿Por què algunos materiales se pueden estirar? ACTIVIDAD 41 Lee el texto y pon especial atención en las teorías sobre la estructura de la materia.

La Grecia atomista. Para explicar los fenómenos de la naturaleza, cinco siglos a. de C. los filósofos griegos los comparaban con situaciones cotidianas, como si se tratara de objetos animados. Màs tarde, Aristóteles sostuvo la idea de que el origen del universo se debía a la existencia de cuatro elementos: tierra, agua, fuego y aire; luego propuso uno más, el éter. En aquella época se creía posible transformar un elemento en otro, por ejemplo, el plomo en oro, cambiando la cantidad de elemento o calentándolo. Este pensamiento prevaleció en Europa durante la Edad Media (siglo V al XV); ya en el siglo XVII, Newton propuso que todos los objetos en el Universo estaban constituidos por partículas o corpúsculos, a manera de extensión del modelo atómico de Demócrito, con la particularidad de que los ―átomos‖ interactuaban ―a distancia‖. El modelo corpuscular de Newton prevaleció hasta el siglo XIX; él llegó a considerar incluso, que objetos gigantescos como los planetas, objetos pequeños como una pelota y aun los que no podemos ver a simple vista, pueden estudiarse como si fueran partículas o corpúsculos pequeños y compactos. Esta idea de Newton llevaba implícita la convicción de que todos los objetos tienen algo en común: los átomos. ACTIVIDAD 42 Identifica las semejanzas y diferencias entre tu propia explicación sobre las propiedades de la materia y el modelo griego de los cuatro elementos:

1. Escribe alguna posible explicación sobre las propiedades de la materia según el modelo griego de los cuatro elementos.

Propiedad Según el modelo griego de los cuatro elementos

Dureza

Porosidad

Divisibilidad

Divisibilidad: La

materia puede ser

dividida en cuerpos

màs pequeños.

Porosidad: Un material es

más poroso en tanto más

espacio haya entre las

partículas.

Divisibilidad: La materia

puede ser dividida en

cuerpos más pequeños.

Dureza: Un cuerpo es más

duro que otro si lo puede

rayar.

Elasticidad: Un cuerpo es

elástico si recupera su

forma original después de

su deformación.

68

2. Explica con tus palabras las siguientes propiedades de la materia:

Propiedad Según tus propias palabras

Dureza

Porosidad

Divisibilidad

3. Compara las explicaciones en cada propiedad. Identifica las semejanzas y las

diferencias que hay entre ambas.

Propiedad Semejanzas Diferencias

Dureza

Porosidad

Divisibilidad

ACTIVIDAD 43 Demócrito y Leucipo propusieron la primera teoría atómica llamada ―Discontinuidad de la materia‖, que consistía en que la materia se puede dividir en trozos, como una piedra que se rompe, y luego cada trozo partirse otra vez y así sucesivamente, hasta obtener piezas diminutas e indivisibles a las que Demócrito llamó átomos; así, había átomos de hierro, de agua, de aire, rocas, etc. Ésta no era una teoría científica porque no se apoyaba en experimentos rigurosos. La primera prueba confiable de la existencia del átomo fue encontrada por John Dalton a principios del siglo. XIX, quien expuso su teoría a través de cinco postulados. Investiga y escríbelos en tu libreta. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

69

Lo

s estados de agregación a partir de la teoría cinética de partículas

ACTIVIDAD 44

i) Lee el siguiente texto. Pon especial atención a la información contenida en la tabla. Dentro de las muchas diferencias entre los materiales y sustancias, hay un aspecto evidente: cuando aplicamos una fuerza deformante a un cuerpo, se deforma en mayor o menor grado. Hay materiales que resisten bien a estas fuerzas. A otros, en cambio, es fácil comprimirlos. La respuesta de los materiales ante las fuerzas deformantes y las fuerzas que los comprimen permite clasificarlos en grandes grupos llamados estados de agregación.

2. E

Contenidos La estructura de la materia a partir del modelo cinético de partículas

Las propiedades de la materia: masa, volumen, densidad y estados de agregación.

Presión: relación fuerza y área; presión en fluidos. Principio de Pascal.

Temperatura y sus escalas de medición.

Calor, transferencia de calor y procesos térmicos: dilatación y formas de propagación.

Cambios de estado; interpretación de gráfica de presión-temperatura.

Aprendizajes Esperados

Describe algunas propiedades de la materia: masa, volumen, densidad y estados de agregación, a partir del modelo cinético de partículas.

Describe la presión y la diferencia de la fuerza, así como su relación con el principio de Pascal, a partir de situaciones cotidianas.

Utiliza el modelo cinético de partículas para explicar la presión, en fenómenos y procesos naturales y en situaciones cotidianas.

Describe la temperatura a partir del modelo cinético de partículas con el fin de explicar fenómenos y procesos térmicos que identifica en el entorno, así como a diferenciarla del calor.

Describe los cambios de estado de la materia en términos de la transferencia de calor y la presión, con base en el modelo cinético de partículas, e interpreta la variación de los puntos de ebullición y fusión en gráficas de presión-temperatura.

70

n tu libreta, menciona cinco ejemplos de sólidos, líquidos y gases y, para cada ejemplo, describe qué tan deformable y compresible es.

3. Reunidos en equipo, comenten: a) ¿Por qué un gas no conserva su forma? b) ¿Qué pasaría si una silla o los cimientos de un edificio no fueran sólidos?

4. Registren sus conclusiones en sus libretas. ACTIVIDAD 45

(1) Lee con atención el siguiente texto. Las propiedades de la materia se pueden explicar por medio de un modelo o teoría. El modelo nos da una descripción microscópica en contraste con la descripción macroscópica que se obtiene por medio de los sentidos. De acuerdo con la teoría cinética-molecular o corpuscular toda la materia está formada por partículas en continuo movimiento, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. Pero, ¿cómo una misma sustancia puede presentar aspectos tan distintos como cuando se encuentra en estado sólido, líquido o gaseoso? Si las partículas son iguales la única explicación en que en cada estado las partículas se disponen de manera diferente:

Las partículas de los sólidos se encuentran muy próximas, y las fuerzas de atracción entre ellas son muy intensas. Su único movimiento es el de vibración.

Las partículas de los líquidos vibran y forman conglomerados que se desplazan unos respecto a otros. Las partículas de los gases se encuentran muy separadas entre sí, y se mueven a grandes velocidades, prácticamente libres de fuerzas de atracción.

La temperatura es una medida de la energía cinética media de las partículas de un cuerpo.

ii) Rellena los espacios con la palabra que complete correctamente los enunciados: Según el modelo cinético-corpuscular, toda la_____________, gases, líquidos y sólidos, está constituida por entidades denominadas _____________. Las partículas tienen ____________ pero son demasiado pequeñas para poder ser observadas. Entre las partículas no hay _____________ sólo espacio _____________. La distancia media entre las partículas es mucho mayor en el caso de los ______________ que en el de los ______________ y los _______________. Las __________________ están en continuo movimiento. En los gases se mueven _________________ en todas direcciones, en los __________________ se mueven libremente desplazándose unas respecto a otras, pero no pueden separarse, mientras que en los ________________ también se mueven, pero sólo _______________ en torno a posiciones fijas. Cuando aumenta la _____________________ del sistema, aumenta la energía cinética que por término medio tienen las partículas, por lo que éstas se mueven con más ________________ y pueden separarse más. La energía cinética de una partícula viene dada por ½ mv2, siendo "m" su ___________ y "v" su ____________________.

71

1. Asocia cada imagen de la derecha con su correspondiente de la izquierda: El bromo en los tres estados.

El bromo es un sólido pardo oscuro a -15°C _______ A) A 0° C el bromo es un líquido pardo oscuro _______ B) A 40 °C se aprecia claramente el bromo gas, pardo, llenando el tubo, junto con el líquido. ________ C)

ACTIVIDAD 46

1. Lee con atención el siguiente texto:

Propiedades de los estados de agregación

Un gas se diferencia de los otros estados de la materia por dos propiedades características: (1) es un fluido que carece de forma definida y (2) no posee un volumen propio sino que fluye y se expande hasta ocupar totalmente cualquier recipiente en el que se le introduzca. Si se reduce el volumen del recipiente, el gas se comprime fácilmente y se adapta al menor volumen.

Un líquido también es un fluido pero una cantidad dada de líquido posee su propio volumen definido. Un líquido fluye y se adapta a la forma de un recipiente pero no se expande hasta rellenar completamente un recipiente de mayor volumen. En contraste, un sólido no es un fluido. Cualquier porción de un sólido tiene un tamaño definido y su forma no depende del recipiente que lo contenga, Además, la única manera de cambiar su forma supone la aplicación de fuerzas considerables sobre el sólido. A diferencia de los gases, los líquidos y los sólidos son muy poco compresibles. Para comprimir un líquido o un sólido es necesario aplicar

fuerzas mucho más intensas que las necesarias para comprimir un gas. Normalmente, un líquido tiene una densidad mucho mayor que la de un gas y un sólido tiene una densidad ligeramente mayor que la del líquido correspondiente.

2. Analiza y selecciona la respuesta correcta (pueden ser más de una)

A) Algunas propiedades características del estado gaseoso son: a. Tienen forma variable b.-Tienen volumen propio c.- Son duros d.- Son poco densos e.-Son expansibles f.- Son compresibles

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B) Algunas propiedades características del estado líquido son:

a Pueden fluir b. Tienen volumen variable c. Tienen forma variable d. Son compresibles e. Son más densos que los gases f. Son duros

C) Algunas propiedades características del estado sólido son: a. Tienen volumen constante b. Fluyen con facilidad c. Son duros d. Son compresibles e. Son expansibles f. Son viscosos

3. Clasifica las siguientes características según correspondan a los sólidos, a los líquidos

o a los gases: Dureza Volumen constante Viscosidad

Partículas distantes con movimiento libre

Volumen variable Volumen constante

Expansibilidad Partículas ordenadas/ posiciones fijas

Forma variable

Forma constante Partículas próximas con movimiento libre

Forma variable

SOLIDOS LIQUIDOS GASES

73

ACTIVIDAD 47

1. Lee con atención el siguiente texto: -

Temperatura y sus escalas de medición

La temperatura es la medida de la energía cinética media de las moléculas de un cuerpo. Para medir la temperatura se usa un termómetro. Existen varias escalas para medir la temperatura:

2. ¿Cuál es la ventaja de utilizar mercurio en los termómetros? ________________________________________________________________

3. De acuerdo con la figura, ¿a cuánto equivalen 200°C en K? ¿y 212°F en °C? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ACTIVIDAD 48

1. Lee con atención el siguiente texto: Cambios de estado

Una de las propiedades más evidentes de las sustancias es la de que pueden existir como solidos, líquidos o gases. Se dice habitualmente que éstos son los tres estados de la materia. Muchas sustancias, bajo las condiciones apropiadas, pueden existir en los tres estados. Cuando se enfría un gas a determinada temperatura éste condensa para formar un líquido y, finalmente, se congela para dar un sólido pero en todos estos cambios, continúa siendo la misma sustancia. El agua existe en los tres estados en la superficie de la Tierra: vapor de agua en la atmósfera, agua líquida en ríos, lagos y océanos, y agua sólida (hielo) en la nieve, glaciares, etc.

74

2. Analiza y elige la respuesta correcta:

i) El cambio de estado de sólido a líquido se denomina:

a. Solidificación b. Fusión c. Ebullición d. Condensación

ii) El cambio de estado en el que una sustancia pasa directamente de sólido a gas se denomina:

a. Solidificación b. Condensación c. Sublimación d. Fusión

iii) Algunos cambios de estado que tienen lugar con absorción de energía son:

a) Fusión, condensación y vaporización. b) Fusión, solidificación y vaporización. c) Fusión, condensación a sólido y vaporización. d) Fusión, vaporización y sublimación

D) El fenómeno que se produce cuando en una fría mañana de invierno aparece agua en los cristales de nuestra habitación, se denomina:

a) Fusión b) Condensación c) Solidificación d) Vaporización

3. Completa el texto siguiente:

Al calentar un sólido se transforma en líquido; este cambio de estado se denomina _________________. El punto de fusión es la ____________________________ a la que ocurre dicho proceso. Al subir la temperatura de un líquido se alcanza un punto en el que se forman burbujas de vapor en su interior, es el punto de ___________________________.En ese punto la temperatura del líquido permanece _____________________________________.

ACTIVIDAD 49

1. Observa la información contenida en la tabla.

Estado de agregación de una sustancia a diferentes temperaturas

75

Sustancia Punto de fusión (°C) Punto de ebullición (°C)

agua 0 100

alcohol -117 78,5

dióxido de carbono -78,5 -56,6

oxígeno -219 -183

benceno 5,5 80,1

sal común 801 1413

2. Indica, en cada caso, en qué estado de agregación estará la sustancia:

a) A 20 °C el alcohol será ___________________________ b) A 120 °C el agua será ____________________________ c) El benceno a temperaturas inferiores a 5.5 °C estará

_________________________________ d) A -100°C el alcohol estará ______________________________ e) A -200°C el oxígeno será _______________________________ f) A temperaturas superiores a -56.6 °C el dióxido de carbono será

____________________________ g) A la temperatura a la que hierve el benceno, la sal será

__________________________________ h) A -200°C el dióxido de carbono estará

________________________________________

¿Qué explica el modelo?

ACTIVIDAD 50 1.-Acomodando las palabras que aparecen enseguida debes formar una frase. Observar la imagen podrá servirte de ayuda. Escribe sobre las líneas la frase que formaste.

__________________________________________________________________________

y de teoría estado cinética-molecular

cambios

los permite de la propiedades los

explicar de las agregación de estados

76

2.-Clasifica las siguientes características según se correspondan a los sólidos, a los líquidos o a los gases:

Clasifica las siguientes características según se correspondan

Propiedades SOLIDOS LIQUIDOS GASES

Dureza

Volumen constante

Viscosidad

Partículas distantes con movimiento libre

Volumen variable

Volumen constante

Expansibilidad

Partículas ordenadas/ posiciones fijas

Forma variable

Forma constante

Partículas próximas con movimiento libre

Relación entre la presión, el volumen y la temperatura de un gas

ACTIVIDAD 51 1. Lee, analiza y elige la respuesta correcta (puede ser más de una).

A. Al calentar un gas en un recipiente de paredes móviles, según la teoría cinético-molecular, las partículas: a) Aumentan de tamaño b) Se mueven más rápido c) Chocan más veces d) Están más próximas

B. Al comprimir un gas, sus partículas:

a) Se mueven más rápido b) Chocan más veces c) Se mueven a la misma velocidad d) Son las mismas al principio y al final

C. Al enfriar un gas en un recipiente de paredes rígidas, sus partículas:

a) Se mueven más despacio b) Son las mismas al principio y al final c) Disminuyen de tamaño d) Chocan menos veces

D. Cuando se pincha la rueda de una bicicleta, las partículas del gas: a) Se mueven a la misma velocidad b) Son las mismas al principio que al final c) Chocan menos veces d) Se hacen más pequeñas

77

2. Para las transformaciones que se describen, indica cómo variará la magnitud indicada:

A. Al disminuir el volumen de un gas sin variar su temperatura, su presión: _________________________________

B. Al disminuir la temperatura de un gas en un recipiente de paredes fijas, su presión: ________________________

C. Al calentar un gas en un recipiente de paredes rígidas, su volumen: _____________________________________

D. Al aumentar la presión de un gas a temperatura constante, su volumen: _________________________________

E. Al calentar el gas contenido en un globo, su presión: _________________________________________________

F. Al calentar un gas contenido en un recipiente de paredes rígidas, su densidad: ____________________________

G. Al enfriar el gas contenido en un globo, su densidad: _________________________________________________

Calor y temperatura

Las siguientes actividades prácticas, te ayudarán a comprender los conceptos referentes al calor. ACTIVIDAD 52 Elevación de la temperatura como consecuencia de la absorción de energía calorífica La cantidad de energía en forma de calor absorbido por diferentes cantidades de una misma sustancia, depende de sus masas respectivas.

1. Poner en un vaso que contenga agua caliente un perno grande, de hierro, y un clavo chico, para que se calienten a igual temperatura.

2. Llenar dos vasos con masas idénticas de agua a la misma temperatura. Seguidamente, poner el perno en uno de ellos y el clavo en el otro.

3. Al cabo de un minuto verificar la temperatura del agua de cada vaso.

La diferencia en la cantidad de calor que poseen ambos objetos explica la de la temperatura del agua de ambos vasos

ACTIVIDAD 53

Transformación de la energía cinética en energía calorífica

1. Envolver un trozo pequeño de plomo laminado, de 5 cm a de superficie por 1 mm de espesor, alrededor de una de las extremidades de un pedazo de alambre de hierro, calibre 20, de 25 cm de largo.

2. Sujetando el alambre por el otro extremo, apoyar el plomo sobre un yunque (puede servir igualmente un trozo de un kilogramo), golpearlo con un martillo varias veces, en rápida sucesión.

78

ACTIVIDAD 54

Dilatación. Experimento de la argolla y el contornillo,

1. Conseguir un tornillo para madera, grande, y un pitón del tipo de argolla con aro de alambre grueso).

2. Atornillar cada uno de estos elementos en los extremos de sendas varillas de madera, de modo que las partes metálicas sobresalgan por lo menos 2,5 cm.

3. Calentar durante cierto tiempo la cabeza del tornillo en la llama y tratar de pasarla a través de la argolla.

4. Mantener caliente el tornillo y calentar en la llama, al mismo tiempo, la argolla.

5. Tratar ahora de hacer pasar la cabeza del tornillo por el interior de ésta.

6. Mantener el tornillo en la llama para conservarlo caliente y enfriar en agua fría la argolla e intentar pasarlo nuevamente. Luego, dejar enfriar el tornillo y probar otra vez,

. ACTIVIDAD 55

Dilatación de un sólido sometido a la acción del calor

1. Procurarse un trozo de tubo de cobre de aproximadamente 2 m de largo.

2. Ponerlo sobre una mesa y fijar uno de sus extremos mediante una prensa a tornillo. Colocar debajo del otro extremo del tubo un trozo de aguja de tejer o un rayo de rueda de bicicleta que hará las veces de rodillo con una de sus extremidades doblada en ángulo recto.

3. Una varilla delgada de aproximadamente 1 m de longitud fijada con lacre al rodillo, indicará cualquier movimiento del tubo apoyado sobre aquél (ver la figura).

4. Si se sopla en forma continua en el interior del tubo, por el extremo fijo, el dispositivo detectará la dilatación del tubo producida por el aliento caliente. Luego se hará pasar vapor de agua a través del mismo observando el movimiento de la varilla indicadora.

5. Para no dañar la superficie de la mesa convendrá poner encima de la misma y debajo del tubo de cobre, una hoja de amianto.

6. Realizar el mismo experimento empleando distintos tipos de tubo. ACTIVIDAD 56

Dilatación de los líquidos

1. Preparar dos o tres frascos de sustancias similares, provistas

de tapones y tubos.

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2. Marcar en los tubos el nivel que los líquidos tienen a temperatura ambiente. 3. Sumergirlos en una cacerola con agua caliente (ver la figura).

La elevación de los líquidos en el interior de los tubos permitirá apreciar las diferentes velocidades de expansión. ACTIVIDAD 57

Examen cualitativo de la dilatación del aire

1. Encerrar aire en un frasco poniendo una pequeña gota de aceite en el interior del tubo de vidrio (ver el dibujo).

2. Al calentar suavemente con la mano se elevará la temperatura lo suficiente como para hacer ascender la gota.

3. Sumergir luego el frasco, primero en agua fría y luego en agua tibia (no caliente). En lugar de frascos pueden usarse tubos de ensayo de vidrio, provistos de tapones y tubos capilares.

ACTIVIDAD 58

Dilatación y contracción de un líquido

1. Poner en un frasco un poco de agua coloreada y colocarle un tapón con una perforación y un tubo de vidrio que penetre en el interior del líquido y se prolongue hacia arriba entre 30 y 60 cm (ver la figura).

2. Si se vierte agua caliente sobre el frasco, el agua coloreada se elevará en el tubo y descenderá si se vierte agua fría.

ACTIVIDAD 59

¿Podemos confiar en nuestra percepción sobre la temperatura?

1. Llenar tres cacerolas: la primera, con agua a la temperatura más alta que la mano

pueda soportar; la segunda con agua helada; la tercera con agua tibia. 2. Sumergir las dos manos en el agua tibia y dejarlas durante medio minuto. La

temperatura del agua tibia, ¿parece la misma para las dos manos? ¿Parece caliente, fría o ni caliente ni fría?

3. Sumergir en seguida durante un minuto la mano izquierda en el agua muy caliente y la mano derecha en el agua helada.

4. Secarse rápidamente las manos y sumergir las dos en el agua tibia. ¿Qué sensación se experimenta en la mano derecha?, ¿las sensaciones son las mismas que cuando ambas manos estaban en el agua tibia al comenzar el experimento?

¿Qué conclusiones se pueden extraer con respecto a nuestra percepción de la temperatura? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________

80

Bloque IV. MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA

Energía eléctrica

Para entender la energía eléctrica hay que asomarnos al pasado, desde tiempos remotos los griegos sabían que el ámbar, después de ser frotado podía atraer objetos pequeños y ligeros como pajas, hilos, etc. El ámbar se llamaba en Grecia electrón. Este vocablo dio origen, mas tarde, a la palabra electricidad. El ámbar es en realidad una resina fósil de pinos antiguos. En la actualidad se da el nombre de electricidad a la energía que manifiestan los electrones cuando se han trasladado de un punto a otro en un material. La electricidad tiene su origen en la materia donde se produce, natural o artificialmente; por ella el estudio de la estructura de la materia es indispensable para comprender la naturaleza y comportamiento de la electricidad. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la térmica. Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos —cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico— y obtener trabajo. Repasemos algunos conceptos para comprender el fenómeno de la electricidad: Materia Cualquier cosa que ocupe un lugar en el espacio y tenga peso recibe el nombre de materia. De este modo, todas las cosas que forman el universo son materia. Cuerpo

Es una porción limitada de materia que posee forma propia. Los cuerpos pueden ser simples y compuestos. Son cuerpos simples cuando están formados por una sola clase de elemento químico o sustancia. Ejemplos: un alambre de cobre, un tornillo de fierro, un anillo de oro, etcétera. Son cuerpos compuestos aquellos que están constituidos por dos 0 mas clases de elementos. Ejemplo: un tocadiscos o un radiorreceptor tienen partes de metal, poliéster, madera o plástico.

CONTENIDOS: Explicación de los fenómenos eléctricos. El modelo atómico

Proceso histórico del desarrollo del modelo atómico: aportaciones de Thomson, Rutherford y Bohr; alcances y limitaciones de los modelos.

Características básicas del modelo atómico: núcleo con protones y neutrones, y electrones e órbitas. Carga eléctrica del electrón.

Efectos de atracción y repulsión electrostáticas.

Corriente y resistencia eléctrica. Materiales aislantes y conductores

APRENDIZAJES ESPERADOS Relaciona la búsqueda de mejores explicaciones y el avance de la ciencia, a partir del desarrollo

histórico del modelo atómico.

Describe la constitución básica del átomo y las características de sus componentes con el fin de explicar algunos efectos de las interacciones electrostáticas en actividades experimentales y/o en situaciones cotidianas.

Explica la corriente y resistencia eléctrica en función del movimiento de los electrones en los materiales.

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Elemento químico Por medio de la electricidad se puede descomponer el agua en dos elementos diferentes que son el hidrogeno y el oxigeno; pero el hidrogeno y el oxigeno ya no se pueden descomponer en otras sustancias más, puesto que están formadas por un solo elemento. Un elemento es una sustancia simple que ya no se puede descomponer en otra sustancia más simple. Ejemplos de elementos: oro, plata, germanio, silicio, carbón, cobre, aluminio, etcétera. EI átomo Son las partículas unitarias más pequeñas de un elemento. Un átomo es tan pequeño que no se puede ver. Los átomos de los diferentes elementos son distintos entre sí, pero los átomos del mismo elemento son exactamente iguales. Un átomo puede combinarse con otros sin que se altere su naturaleza intima. Molécula Se define como la partícula física más pequeña de la materia que puede existir libre en la naturaleza y que conserva las características de la sustancia de la cual procede. Las moléculas están formadas por átomos. Todos los aromos están formados de la misma manera y solo se distinguen unos de otros por su tamaño y peso; por ejemplo, el átomo de carbón es mas pequeño y ligero que el de silicio; el átomo de hidrogeno es el mas pequeño y ligero de todos. Las partículas fundamentales del átomo son: EI electrón (e-) es una partícula eléctrica negativa que prácticamente carece de peso y que se encuentra girando alrededor del núcleo. Los electrones son tan ligeros y tienen tal movilidad (300 000 km/seg) que prácticamente forman capas alrededor del núcleo. Su energía es muy grande y por ella tienen la tendencia de escapar. El protón (p+) es una partícula eléctrica positiva que se halla en el núcleo del átomo, su peso es la unidad de este. El neutrón (nO). Esta partícula no manifiesta carga eléctrica exterior puesto que está formada por un protón y un electrón que se neutralizan entre sì. Electrones libres Los electrones de la órbita mas apartada del núcleo de un átomo reciben el nombre de electrones libres y son los que determinan las propiedades eléctricas de los àtomos. Son también los únicos que pueden ser desalojados con relativa facilidad y convertirse en electrones activos para electrizar a los cuerpos y as! producir los fenómenos eléctricos y magnéticos que tanto han asombrado a la humanidad

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La corriente eléctrica

La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico como consecuencia de la diferencia de potencial que un generador esté aplicando en sus extremos. Cada vez que se acciona un interruptor, se cierra un circuito eléctrico y se genera el movimiento de electrones a través del cable conductor. Las cargas que se desplazan forman parte de los átomos de la sustancia del cable, que suele ser metálica, ya que los metales —al disponer de mayor cantidad de electrones libres que otras sustancias— son los mejores conductores de la electricidad. La mayor parte de la energía eléctrica que se consume en la vida diaria proviene de la red eléctrica a través de las tomas llamadas enchufes, a través de los que llega la energía suministrada por las compañías eléctricas a los distintos aparatos eléctricos —lavadora, radio, televisor, etc.; que se desea utilizar, mediante las correspondientes transformaciones; por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega a una enceradora, se convierte en energía mecánica, calórica y en algunos casos luminosa, gracias al motor eléctrico y a las distintas piezas mecánicas del aparato. Lo mismo se puede observar cuando funciona un secador de pelo o una estufa.

Electrones libres.

ACTIVIDAD 60 Define o especifica las propiedades de las partículas fundamentales que forman la materia.

Las Partículas fundamentales de la materia

Molécula

Átomo

Protón

Electrón

Neutrón

Carga eléctrica

La historia de la electricidad puede ser un elemento interesante en la introducción del tema de la interacción eléctrica, ya que el fenómeno se conocía desde la Antigüedad y sin embargo no fue explicado sino hasta el siglo pasado. La comprensión de la electricidad generó una enorme cantidad de aplicaciones en muy poco tiempo. Es conveniente introducir aquí la convención de llamar a las cargas positivas, o negativas. A partir de muchos experimentos se ha llegado a la conclusión de que solamente existen dos tipos de carga eléctrica, y que las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen. Fue Benjamín Franklin (1706-1790) quien sugirió que el tipo de carga producido en el vidrio se

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Ilamara positivo, y el del ámbar, negativo. Cuando un material no cargado se acerca a otro que si lo está, las cargas del material no cargado interactúan con las del que está cargado, y por ello el efecto neto es el de una atracción. A diferencia de los casos que se vieron anteriormente, se está tratando el caso de carga eléctrica acumulada en un material y en reposo, es decir, no está fluyendo, como en el caso de los conductores, por lo que se suele hablar de este tipo de electricidad como electricidad estática. ACTIVIDAD 61 Detectar cuerpos cargados con electricidad estática.

1. Construye un electroscopio como el que se muestra en la figura, utilizando una botella de boca angosta con un corcho que le ajuste. Se introduce el cable ya armado con las laminitas de papel aluminio y sostenido por el corcho.

2. Para hacer funcionar el electroscopio y diferenciar las cargas positivas y las negativas, y además comprobar el comportamiento de las cargas una frente a la otra, utilizarás una varilla de vidrio y otra de plástico; una tela de seda y otra de lana.

3. Se frota la varilla de vidrio con la seda, y se acerca al extremo superior del cable del electroscopio, sin tocarlo. Se observará quelas laminillas de aluminio se separaron: se habrán producido cargas positivas.

4. Se frota la barra de plástico con la lana y se procede de o misma forma. Se observará el mismo efecto: se habrá cargado negativamente.

5. Para demostrar que en los dos casos se trata de electricidad de diferente tipo, se hará lo siguiente: a) Las varillas de la actividad anterior se cargan de la misma manera, una de ellas se

cuelga con un cordel y alguien la sostiene. Se le acerca lo otra varilla, cargada con la electricidad de signo contrario, y se observará que la varilla colgada es atraída por la que se le acerca.

b) Utilizando el mismo procedimiento, se podrá experimentar con globos y tratar de deducir qué tipo de carga tienen.

c) Se puede fabricar un juguete utilizando lo electricidad estática. Una caja de papel, con palomitas de maíz, cereal de hojuelas de maíz, pedacitos de confeti o cualquier otro objeto ligero dentro, se cubre con un plástico de forro, el cual se pega bien estirado sobre la caja; éste se frota con una tela de lana y se observa el movimiento del contenido de la caja.

d) Se podrá también observar el mismo efecto con dos tiras recortadas de una bolsa de plástico de supermercado. Se frotan juntas con una tela y se repelerán una de la otra.

e) Nuestro cuerpo puede también acumular electricidad estática al haberse frotado, por ejemplo, con el asiento de un coche; ésta se descarga al tocar algo metálico, entonces salta una chispa y se siente un toque.

ACTIVIDAD 62 Después de una lectura reflexiva, comentada y documentada, resuelve los cuestionamientos planteados y, concreta tu información organizándola como se sugiere:

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1. Define la energía en general _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. De acuerdo a la respuesta anterior, ¿qué sería la energía eléctrica? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Si la energía se transforma, ¿En qué otras formas se puede transformar la energía eléctrica? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Ante la necesidad de transportar o conducir la corriente eléctrica a la ciudad, ¿Qué clase materiales conductores se necesitan? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. En tu hogar utilizas aparatos que generan calor circula la corriente electica por ellos, ¿Qué aparatos convierten la corriente eléctrica en calor? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. La energía se genera utilizando recursos naturales renovables y no renovables, seguramente haz escuchado sobre las plantas hidroeléctricas, ¿Cómo funcionan? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Enumera algunas plantas hidroeléctricas de nuestro país ________________________________________________________________________________________________________________________________________

Hoy en día se admite sin lugar a dudas que el calentamiento global ha sido provocado por la acción del hombre y si no se toman medidas urgentes para detener su incremento, provocará graves consecuencias para la humanidad. La contaminación producida por la emisión de determinados gases, que proviene sobre todo del uso de los combustibles fósiles son los principales causantes de la lluvia ácida además de tener mucho que ver con la destrucción de la capa de ozono, y se producen en su mayoría por la combustión de carbón y petróleo en las centrales térmicas y refinerías.

8. Si los daños al medio ambiente son irreversibles, ¿Cual es el combustible que usa la central nuclear? ____________________________________________________________________

9. ¿Este combustible causa daño al entorno natural? Expresa tus argumentos ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Después de reflexionar la lectura y dejar libre tu imaginación, ¿Qué riesgos tiene el uso de centrales nucleares? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Generación de energía eléctrica

Actualmente la energía eléctrica se puede obtener de distintos medios:

1. Centrales termoeléctricas 2. Centrales hidroeléctricas 3. Centrales geo-termo-eléctricas 4. Centrales nucleares 5. Centrales de ciclo combinado 6. Centrales de turbo-gas 7. Centrales eólicas 8. Centrales solares

En la actualidad existen generadores que producen cantidades inmensas de electricidad. Una aplicación importante del electromagnetismo es el motor eléctrico Para construir un motor que funcione, Actividad 63 La corriente eléctrica genera un campo magnético. Realiza las experiencias que se proponen y contesta a las preguntas.

1. ¿Qué sucede si una corriente eléctrica directa (de una pila), que viaja a lo largo de un alambre conductor, se coloca encima de una brújula, en posición paralela a la aguja magnética?

2. ¿Cómo se relaciona la corriente eléctrica con lo que se observa en la brújula? ¿Quién fue el científico que descubrió este fenómeno? ¿En qué época?

3. ¿Se forma un campo magnético alrededor de un alambre conductor por el que circula una corriente eléctrica directa? La siguiente figura les servirá de guía para que traten

CONTENIDOS: Los fenómenos electromagnéticos y su importancia

Descubrimiento de la inducción electromagnética: experimentos de Oersted y de Faraday.

El electroimán y aplicaciones del electromagnetismo.

Composición y descomposición de la luz blanca.

Características del espectro electromagnético y espectro visible: velocidad, frecuencia, longitud de onda y su relación con la energía.

La luz como onda y partícula.

APRENDIZAJES ESPERADOS Identifica las ideas y experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción

electromagnética.

Valora la importancia de aplicaciones del electromagnetismo para obtener corriente eléctrica o fuerza magnética en desarrollos tecnológicos de uso cotidiano.

Identifica algunas características de las ondas en el espectro electromagnético y en el espectro visible, y las relaciona con su aprovechamiento tecnológico.

Relaciona la emisión de radiación electromagnética con los cambios de órbita del electrón en el átomo.

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de demostrarlo. ¿Qué observan? ¿Cómo pueden relacionar esta observación con lo que han estudiado sobre el magnetismo?

4. ¿Cómo es el campo magnético producido por una espira conductora? Acomoden el alambre en forma de espira (como se indica en la figura) y distribuyan la limadura en el cartón. ¿Se forma un campo magnético? Descríbanlo auxiliándose de un dibujo. ¿Qué pasa si cambian el sentido de la corriente? Escriban sus conclusiones. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Cómo es el campo magnético si el alambre se enrolla en forma de espiral

(solenoide)? Acomoden el alambre en forma de solenoide (tres, cuatro... diez espiras) como se indica en la figura. ¿Se forma un campo magnético? Describan sus observaciones.

6. Lo observado en los ejercicios anteriores, ¿puedes explicarlo con base en el modelo atómico de la materia? Escribe un resumen en la libreta.

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7. Coloquen sus materiales como se muestra en la figura. Cierren el circuito y observen lo que pasa. ¿Qué sucede con el alambre cuando se cierra el circuito?

8. Cambien el sentido de la corriente y repitan el experimento. Describan sus observaciones. ¿Qué aplicación tiene el fenómeno que observan con el motor eléctrico?

Una corriente eléctrica que viaja a lo largo de un alambre conductor produce un campo magnético concéntrico al alambre. La dirección de las líneas de campo magnético se establece por convención utilizando la regla de la mano derecha, como lo indica la figura: se toma el alambre con la mano derecha envolviéndolo con los dedos e indicando mediante el pulgar el sentido de la corriente; las puntas de los cuatro dedos indican el sentido de las líneas de campo magnético.

Si el alambre por el cual pasa una corriente se enrolla en forma de espiral (solenoide), el efecto del campo en su interior se refuerza y depende del número de vueltas que tenga el solenoide cuando pasa la corriente. El campo que se produce es parecido al de un imán de barra.

Éste es el principio en el que se basa el electroimán. El campo magnético que se produce en el interior del solenoide, magnetiza a la barra de hierro (o núcleo) alrededor del cual está enrollado el alambre y las líneas del campo magnético aumentan. Las aplicaciones del electroimán son muy variadas: en la grúa magnética, el timbre, el telégrafo, el teléfono, los televisores, los generadores, los motores, etcétera.

La inducción electromagnética

Así como una corriente eléctrica genera un campo magnético, un campo magnético puede generar una corriente eléctrica. El físico y químico inglés Michael Faraday (1791-1867) lo demostró, en 1831. Este fenómeno se conoce como inducción electromagnética. La magnitud de la corriente inducida es proporcional al número de espiras de la bobina, a la intensidad del campo magnético y la rapidez del movimiento entre imán y bobina.

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ACTIVIDAD 64 Conocer el funcionamiento de un motor eléctrico.

1. Material a) Un motor eléctrico (lo puedes tomar de un juguete, una máquina de coser o adquirir en

una refaccionaria de aparatos eléctricos). 2. Procedimiento

a) Abre el motor (con cuidado para no averiarlo) b) Describe cómo está construido. c) Identifica la bobina del motor d) Localiza los dos imanes permanentes o el electroimán que están en las paredes

Un motor eléctrico puede realizar trabajo mecánico.

3. Reflexiona y contesta:

a) ¿Cuál es la bobina? ¿Cuál es su función? ______________________________________________________________________________________

b) ¿Dónde están los electroimanes o los imanes permanentes? ¿para qué se incorporan en el motor? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Trabajo colaborativo. Reúnete con otro compañero y hagan un listado de aparatos e instrumentos que sean el producto de la inducción electromagnética. Especifiquen en cada ejemplo cuál es el servicio que proporciona. Escriban esta relación en su cuaderno para que después la compartan con el grupo y así tengan un mayor conocimiento del avance tecnológico.

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La luz como onda y partícula

ACTIVIDAD 65

1. Construye el siguiente dispositivo (periscopio)

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Explica el funcionamiento del dispositivo, con base en los conceptos de las secuencias: reflexión, refracción. (Consulta textos que te ilustren) Un periscopio (etim. del griego peri- y -scopio, περισκοπεῖν, «mirar en torno») es un instrumento para la observación desde una posición oculta. Se basa en el principio de la reflexión de la luz.

2. Observa algunos efectos de la luz y explícalas mediante un modelo. Lee algún texto alusivo u observa un video para analizar la relación de la luz con las ondas electromagnéticas.

3. Investiga y comenta algún texto sobre las diferencias de temperatura de los colores y diseña o simula un experimento para analizar esta característica.

4. Elabora un mapa conceptual acerca de las propiedades de la luz. Procura emplear los

términos: onda, onda electromagnética, reflexión, refracción, longitud de onda y átomo para vincular los conceptos.

5. Escribe un texto individual acerca de las propiedades de la luz. Es importante que conformes la idea de la luz como onda que se relaciona con las ondas electromagnéticas para que expliques otras propiedades, entre ellas el color. Es importante que al analizar los fenómenos observados, utilices el modelo corpuscular de la luz y el de onda.

ACTIVIDAD 66 Da a conocer lo que sabes sobre el color.

La estufa de Sol, se basa en el principio de la antena parabólica para calentar, es un plato que refleja la luz solar hacia un punto el cual se llega a calentar a más de 200ºC.

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1. Comentar: ¿cuál es la causa de los colores de los objetos?

2. Realizar una actividad práctica para identificar los colores observados a través de filtros.

a) Material: hojas de papel celofán de color rojo, verde y azul, tamaño carta,

aproximadamente. b) Procedimiento: Observar objetos de diferentes colores (blanco, negro, azul, verde rojo, amarillo) a través de papel celofán rojo. Hacer lo mismo, pero utilizando papel celofán verde y azul. Registrar lo observado en una tabla como la siguiente:

c) Comparar los colores de los objetos vistos con luz natural y a través del celofán de color. Comentar: - ¿Qué colores se ven iguales? - ¿Cuáles se ven diferentes? - ¿Cómo se ve el color blanco? - ¿Cómo se ve el color negro?

d) Con base en la actividad discutir en el equipo de qué depende el color del objeto.

Considerar el modelo de partículas y el de ondas para analizar la explicación del color.

ACTIVIDAD 67

1. Analiza y elabora suposiciones con respecto a lo que sucederá en los siguientes casos: Si la luz del sol incide en:

a) un espejo __________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) un espejo sumergido en agua __________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Al proyectar la luz del sol en una pared blanca, utilizando espejos con filtros de colores __________________________________________________________________________________________________________________________________________

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d) Si se enciman manchas de luces de colores diferentes, por ejemplo azul y amarillo; verde y rojo; rojo y azul, verde, rojo y azul. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Comentar las respuestas a los casos planteados. 3. Investigar de dónde provienen los colores del arco iris.

La luz en onda

ACTIVIDAD 68 Lee en tu libro de texto sobre la relación del color y la característica de onda electromagnética y contesta:

1. ¿Cómo se relaciona el comportamiento de onda de la luz con los colores?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Qué características tienen las ondas electromagnéticas? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Requieren de un medio para viajar, como el caso del sonido? __________________________________________________________________________

4. ¿A qué se refiere el término frecuencia? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Qué tipo de ondas constituye el espectro electromagnético? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. ¿Cuál es la relación de la luz con los electrones? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

La Luz y la energía

ACTIVIDAD 69 Lee acerca del descubrimiento del infrarrojo; luego contesta:

1. ¿Cuál era la hipótesis de Herschel con respecto a los colores? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Para qué utilizó un prisma? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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3. ¿Qué utilizó para identificar diferencias en el calor de los colores? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. ¿Para qué colocó termómetros fuera del espectro de luz visible? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Cuál fue el resultado de las mediciones de temperatura de los colores? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. ¿A qué atribuyó la medición de mayor temperatura en una región fuera del espectro de luz visible?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

LA ENERGÍA Y SU APROVECHAMIENTO

La energía eléctrica apenas existe libre en la Naturaleza de manera aprovechable. El ejemplo más relevante y habitual de esta manifestación son las tormentas eléctricas. La electricidad tampoco tiene una utilidad biológica directa para el ser humano, salvo en aplicaciones muy singulares, como pudiera ser el uso de corrientes en medicina, resultando en cambio normalmente desagradable e incluso peligrosa, según las circunstancias. Sin embargo es una de las más utilizadas, una vez aplicada a procesos y aparatos de la más diversa naturaleza, debido fundamentalmente a su limpieza y a la facilidad con la que se la genera, transporta y convierte en otras formas de energía. Para contrarrestar todas estas virtudes hay que reseñar la dificultad que presenta su almacenamiento directo en los aparatos llamados acumuladores. La generación de energía eléctrica se lleva a cabo mediante técnicas muy diferentes. Las que suministran las mayores cantidades y potencias de electricidad aprovechan un movimiento rotatorio para generar corriente continua en una dinamo o corriente alterna en un alternador. El movimiento rotatorio resulta a su vez de una fuente de energía mecánica directa, como puede ser la corriente de un salto de agua o la producida por el viento, o de un ciclo termodinámico. En este último caso se calienta un fluido, al que se hace recorrer un circuito en el que mueve un motor o una turbina. El calor de este proceso se obtiene mediante la quema de combustibles fósiles, reacciones nucleares y otros procesos. La generación de energía eléctrica es una actividad humana básica, ya que está directamente relacionada con los requerimientos actuales del hombre. Todas la formas de utilización de las fuentes de energía, tanto las habituales como las denominadas alternativas o no convencionales, agreden en mayor o menor medida el ambiente, siendo de todos modos la energía eléctrica una de las que causan menor impacto.

CONTENIDOS: La energía y su aprovechamiento

Manifestaciones de energía: electricidad y radiación electromagnética.

Obtención y aprovechamiento de la energía. Beneficios y riesgos en la naturaleza y la sociedad.

Importancia del aprovechamiento de la energía orientado al consumo sustentable.

APRENDIZAJES ESPERADOS Relaciona la electricidad y la radiación electromagnética como manifestaciones de energía, y valora

su aprovechamiento en las actividades humanas.

Reconoce los beneficios y perjuicios en la naturaleza y en la sociedad, relacionados con la obtención y aprovechamiento de la energía.

Argumenta la importancia de desarrollar acciones básicas orientadas al consumo sustentable de la energía en el hogar y en la escuela.

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ACTIVIDAD 70 Narra situaciones de la vida cotidiana que tengan que ver con su uso racional para la sustentabilidad. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD 71

Radiación electromagnética

Ante la dificultad para que entiendas y comprendas el concepto y los fenómenos electromagnéticos partimos de lo que ya sabes acerca de la luz y de algún tipo de radiación contesta las siguientes cuestiones:

¿Qué sabes de? ¿Qué es? ¿Para qué sirve? ¿Cómo se produce?

Ondas de radio

Microondas

Radiación infrarroja

Luz visible

Radiación ultravioleta

Rayos X

Radiación gamma

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Ondas de radio

Como hemos mencionado, se originan cuando las cargas eléctricas vibran en las antenas. Reciben esta denominación por ser las que se utilizan en las estaciones de radiocomunicación. Con un radiorreceptor, podemos oír la réplica de la voz de una persona que habla frente al micrófono de una estación emisora situada a cientos de kilómetros de distancia. El fundamento de la radiocomunicación consiste en que un conductor, por el que oscila una corriente eléctrica, emite ondas electromagnéticas en el espacio que lo rodea. Cuando una persona habla produce vibraciones en el aire. En el micrófono, estas vibración (1es se trasfieren a una lámina delgada conectada a un circuito eléctrico en su interior. Cuando la lámina vibra, la corriente en el circuito cambia, formando lo que se conoce como señales eléctricas. Un aparato llamado oscilador modula la amplitud (amplitud modulada: AM) o la frecuencia (frecuencia modulada: FM) de las ondas y hace que las señales eléctricas suban y bajen (vibren) por una antena. Así, la antena emite ondas electromagnéticas moduladas que se propagan en el espacio que la rodea a una velocidad de 3 x 1087' m/s Otro conductor (antena receptora), que se encuentra a cierta distancia, intercepta las ondas y en él se produce una señal eléctrica idéntica a la de la antena emisora de ondas. En el radiorreceptor, esta señal eléctrica hace vibrar las bocinas mediante otro circuito eléctrico y se produce una copia del sonido original. ACTIVIDAD 72 Responde a las siguientes preguntas que sin duda te motivarán a la reflexión acerca del uso y el impacto social de este tipo de energía.

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1. ¿Cuál es la importancia del radio en tu localidad? __________________________________________________________________________ 2. ¿Cuántas estaciones de radio conoces? ¿Cuáles son las siglas que las identifican? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. ¿De qué tipo son, AM o FM? __________________________________________________________________________

a) ¿Qué significa AM? _________________________________________________ b) Y FM? _________________________________________________ ¿Cuál se escucha mejor y por qué? __________________________________________________________________________ 4. ¿Qué significa que estén ubicadas en un cuadrante? __________________________________________________________________________ 5. ¿Por qué se pone -por ejemplo- que está a 560 MHz? __________________________________________________________________________ 6. ¿Cuáles son los programas que más escuchan en el grupo? ¿porqué? __________________________________________________________________________ 7. ¿Qué papel deberá desempeñar una estación de radio, de tal manera que en realidad le sirva a la comunidad? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 8. ¿Qué canales de televisión se pueden ver en tu localidad? __________________________________________________________________________ ¿Es televisión abierta o restringida? __________________________________________________________________________ 9. ¿Qué significan las siglas VHF y UHF? __________________________________________________________________________ 10. ¿Cuáles son las siglas del canal que te gusta? ¿Qué significa XHGC? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 11. ¿Estás de acuerdo con el contenido de los programas? ¿Por qué? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ¿Qué temas te gustaría que se trataran en la televisión? __________________________________________________________________________

Las Microondas Se generan por medio de circuitos electrónicos y son utilizadas en el radar y en la banda UHF de la televisión. Las microondas tienen una frecuencia comprendida aproximadamente entre 108Hz y 1012 Hz. Actualmente tienen una aplicación doméstica en los hornos de microondas. El horno de microondas se ha convertido en un aparato muy utilizado en las cocinas. Su principio de

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funcionamiento es la transferencia de energía por radiación. Las microondas son absorbidas principalmente por las moléculas de agua o grasa, las cuales aumentan sus vibraciones y así elevan la temperatura de los alimentos. ACTIVIDAD 73 Investiga acerca de las ventajas y desventajas de las microondas, comenta con tus compañeros y contesta: 1. ¿Qué otros usos tienen las microondas? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. ¿Es dañino el uso indiscriminado del teléfono celular? __________________________________________________________________________ 3. ¿Son dañinas las microondas? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. ¿Estarías dispuesto a vivir debajo de una antena de microondas? ________________________________________________________________________

La radiación infrarroja y la ultravioleta ACTIVIDAD 74 Lee con atención los textos, comenta con tus compañeros y contesta las preguntas.

La región infrarroja (antes del rojo) del espectro electromagnético, queda en el extremo de la longitud de onda larga (y baja frecuencia) del espectro visible. Las frecuencias infrarrojas son de 1011 Hz a 1014 Hz aproximadamente, y su longitud de onda de 10-3 a 10-7 m. Los cuerpos calientes son emisores de radiaciones infrarrojas (aparatos de calefacción, planchas, bombillas, el Sol, etc.).Con placas fotográficas sensibles al infrarrojo se pueden fotografiar objetos en ausencia total de luz visible.

1. ¿Para qué se utiliza la radiación infrarroja? __________________________________________________________________________________________ 2¿Es dañino su uso indiscriminado? __________________________________________________________________________________________ Más allá del extremo violeta, fuera de la zona visible del espectro, se extiende la región de la radiación ultravioleta. Su intervalo aproximado de frecuencias es de 1014 Hz a 1017 Hz y su longitud de onda de 10-10m a

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10-7m

El Sol es una fuente muy importante de radiación ultravioleta, que al llegar a la Tierra ioniza las moléculas de las capas altas de la atmósfera. Encapas inferiores, entre los 15 km y los 50 km de altitud, es casi totalmente absorbida por las moléculas de ozono. Los rayos ultravioleta pueden causar quemaduras en la piel, dañar los tejidos del ojo humano y acelerar muchos procesos bioquímicos que pueden provocar un desequilibrio ecológico. Debido a que la capa de ozono desempeña un papel protector, existe interés en conservarla. Sin embargo, puede ser destruida por algunos gases, como el freón. Por otro lado, la exposición moderada a la luz solar es necesaria para la producción natural de vitamina D a partir de compuestos que hay en la piel, pero la exposición excesiva puede causar cáncer en la piel.

3. Para qué se utiliza la radiación ultravioleta? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Las personas que la utilizan, ¿crees que están conscientes de lo dañina que es? ____________________________________________________________________

5. ¿Qué propones para evitar que los cajeros de los bancos y de otros establecimientos no estén expuestos a este tipo de radiación? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

Los rayos X y los rayos gama

El intervalo aproximado de frecuencia en los rayos X es de 1017 Hz a 1019 Hz, y su intervalo de longitud de onda es de 10-10 m a 10-11 m. Posiblemente ustedes estén familiarizado con los rayos X, pues son usados para obtener radiografías. Esta radiación electromagnética de elevada energía y gran poder de penetración puede ocasionar cáncer, quemaduras de la piel y otros efectos perjudiciales. Sin embargo, en intensidades bajas, los rayos X son empleados con relativa seguridad para observar la estructura interna del cuerpo humano y la estructura atómica de algunos materiales.

ACTIVIDAD 75

1. ¿Cuál es la importancia de la utilización de los rayos X en medicina? 2. ¿Por qué hace 70 u 80 años se les tomaban tantas radiografías a las mujeres

embarazadas y ahora no? 3. ¿Qué le pasó a la esposa de Wilhelm Roentgen, quien descubrió los Rayos X como

consecuencia de haber sido expuesta durante algunos minutos a este tipo de radiación?

4. ¿Qué cuidados se deben tener cuando se toman radiografías? 5. ¿Por qué los radiólogos sólo trabajan (o deberían trabajar)

durante 6 meses?

La frecuencia de los rayos gamma es superior a los 1019 Hz Y su longitud de onda es menor a 10 12m. Son ondas electromagnéticas que, en efecto, presentan frecuencias muy altas. Estos rayos se originan en los procesos radiactivos y nucleares, y son muy

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penetrantes, pues pueden atravesar espesores apreciables de materia, por lo que los materiales que los emiten deben estar aislados con gruesas placas de plomo para evitar que las personas que trabajan con ellos se expongan a dichos rayos.

6. ¿Por qué las personas se deben proteger de los rayos gamma? 7. ¿Qué pasa cuando las personas se exponen a este tipo de radiaciones?

8. Elabora un cuadro sinóptico de todos los tipos de ondas electromagnéticas, en el que indiques cuáles son dañinas para la salud y qué precauciones debemos tener con ellas.

En la siguiente dirección electrónica encontrarán información relacionada con las ondas electromagnéticas y sus aplicaciones. El legado de Einstein. http://www.rnaloka.org/f2oo0/appletsEL.htrnl

BLOQUE V CONOCIMIENTO, SOCIEDAD Y TECNOLOGÍA

Teoría de “La gran explosión”; evidencias que la sustentan, alcances y limitaciones

ACTIVIDAD 76 Los ejercicios que te proponemos exponen algunas de las ideas acerca del origen y evolución del Universo, contesta las siguientes preguntas integrado en equipo, binas o tríos investigando en los medios informativos convenientes y a tu alcance ¡adelante¡

1. ¿Qué es el Universo? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2 ¿Por qué existe? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Cómo está formado? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONTENIDOS: El Universo

Teoría de ―La gran explosión‖; evidencias que la sustentan, alcances y limitaciones.

Características de los cuerpos cósmicos: dimensiones, tipos; radiación electromagnética que emiten, evolución de las estrellas; componentes de las galaxias, entre otras. La Vía Láctea y el Sol.

Astronomía y sus procedimientos de investigación: observación, sistematización de datos, uso de evidencia.

Interacción de la tecnología y la ciencia en el conocimiento del Universo.

APRENDIZAJES ESPERADOS Identifica algunas de las ideas acerca del origen y evolución del Universo, y reconoce sus alcances y

limitaciones.

Describe algunos cuerpos que conforman al Universo: planetas, estrellas, galaxias y hoyos negros e identifica evidencias que emplea la ciencia para determinar algunas de sus características.

Reconoce características de la ciencia, a partir de los métodos de investigación empleados en el estudio del Universo y la búsqueda de mejores explicaciones.

Reconoce la relación de la tecnología y la ciencia, tanto en el estudio del Universo como en la búsqueda de nuevas tecnologías.

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4. ¿Qué lugar ocupamos en él? __________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ¿Tiene un principio y un fin? _____________________________________________________________________

Quizá éstas sean algunas de las preguntas más profundas que se ha planteado el ser humano a lo largo de la historia. Una de las teorías más difundidas señala que toda la materia del Universo se originó al salir desprendida luego de una gran explosión (Big Bang); el Universo ha continuado en expansión y es posible que llegue a detenerse debido a las fuerzas de atracción gravitacional. En tal caso, la materia empezaría a contraerse hasta colapsarse en una gran implosión. El Universo podría nuevamente hacer explosión y así efectuar un proceso cíclico expansión-contracción. ACTIVIDAD 77 Investiga las ideas centrales de la teoría de la gran explosión y elabora un documento en el que las expliques de acuerdo a la siguiente guía:

1) ¿Hace cuánto tiempo se originó el Universo? 2) ¿En qué consiste la teoría de la gran explosión? 3) ¿Cuáles son las bases de esta teoría? 4) ¿Cuál es el papel de la fuerza de gravedad en la estructura del Universo?

Recuerda que a partir de la información acumulada puedes construir conocimiento para darlo a conocer a los que te rodean. ACTIVIDAD 78 El objetivo del siguiente proyecto es que describas algunas características de los cuerpos que componen el Universo, auxíliate de las direcciones electrónicas que se indican a continuación, se plantean algunas preguntas interesantes relacionadas con la estructura del Universo las cuales ofrecen una explicación.

1. Realiza en tu libreta las descripciones con base en las siguientes preguntas: ¿Qué es el año luz? ¿Qué son los hoyos negros? ¿Cuántas estrellas hay? ¿Por qué brillan las estrellas? ¿Por qué Venus brilla tanto? ¿Cómo se formó el Universo? ¿El Universo es infinito? ¿De qué están hechos los anillos de Saturno? ¿Cuántos planetas tienen anillos? ¿Qué es el cinturón de Kuiper? ¿De dónde vienen los cometas? ¿Qué forma tiene el Universo? ¿Tiene rotación el Sol? ¿Por qué las estrellas son de colores?

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¿A qué distancia están las constelaciones? ¿Está vacío el espacio? ¿Son lo mismo las nebulosas que las galaxias? ¿Pueden chocar los planetas? ¿Cómo nacen las estrellas? ¿Puede un planeta salirse de su órbita? ¿Qué es un pulsar? ¿En qué dirección se ve el centro del Universo? ¿Qué hay afuera del Universo? ¿Es verdad que con el telescopio vemos el pasado? ¿De qué está hecho el Universo? ¿Qué es una galaxia? ¿Cómo llamamos a nuestra galaxia? ¿Cuántas estrellas tiene? ¿En qué lugar de nuestra galaxia nos encontramos? ¿Qué es una estrella? ¿Qué fuerzas actúan en el interior de una estrella? ¿Cuántos tipos de estrellas existen? ¿Cuál es la edad del Universo? ¿Hace cuánto que se formó la Tierra? Consulta estas direcciones en las que puedes encontrar algunas respuestas.: http://home.earthlink.net/-umuri/entrada.html http://astropatio.blogspot.mx/2011/02/101-preguntas-clasicas-de-astronomia-12.html http://www.astro.uson.mx/INFORMATICA/divulgacion/preguntas/preguntas.htm

2. Con la información que obtengas, completa la siguiente tabla:

3. Enseguida, elabora una presentación en diapositivas electrónicas y, de ser posible,

observa la proyección del video‖ En la orilla del océano cósmico‖, de la colección ―Cosmos‖, De Carl Sagan, disponible en youtube.com

Astronomía y sus procedimientos de investigación: observación, sistematización de datos, uso de evidencia Interacción de la tecnología y la ciencia en el conocimiento del

Universo

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ACTIVIDAD 79 Ante lo basto que es el Universo no debemos permanecer como espectadores, hay que reconocer que la ciencia para investigar utiliza métodos para conocer el Universo y establecer la búsqueda de mejores explicaciones.

1. Investiga: ¿qué hace una persona que ve detenidamente el Universo? Cuando esa persona examina el Universo: ¿qué hace con los datos obtenidos? ¿qué es una evidencia?

Es muy recurrente que los procedimientos de investigación de la Astronomía, sea mediante procedimientos de análisis de la información que nos llega a través de los fotones, que son nuestra única información. Esto se hace en forma directa o indirecta. Directa, es la observación de los fotones en forma organizada (telescopios de diferente frecuencia). Indirecta, es el análisis espectroscópico, así como el comportamiento de los fotones, cotejando con experimentos que podemos hacer en el laboratorio.

2. Consulta y contesta: Cuando consultas fuentes fidedignas o seguras haces acopio de información que luego debes analizarla. a) ¿En qué consiste el análisis de la información? b) Del Universo obtenemos información de los fotones como fuente única ¿qué son? c) Si se obtiene esta información de telescopios de diferente frecuencia ¿a qué se refiere? d) Especifica: ¿qué diferencia hay entre observación directa e indirecta? e) ¿Qué es un análisis espectroscópico?

ACTIVIDAD 80 La principal información del espacio la obtienen los astrónomos de la investigación de las ondas electromagnéticas de distintas frecuencias. Vamos ahora a indagar cómo la astronomía actual emplea diversas tecnologías para conocer el cosmos. Entre éstas destacan los telescopios y los radiotelescopios; éstos, a diferencia de aquéllos, captan las ondas electromagnéticas de distinta frecuencia emitidas por las estrellas y galaxias, como lo son la radiación infrarroja, las ondas de radio, los rayos X y las ondas luminosas. En las direcciones electrónicas que se citan, encontrarán información, imágenes y simulaciones que explican el funcionamiento de los diferentes aparatos que utilizan los científicos para estudiar el Universo. http://www.xtec.es/recursos/astronom/indexs.htm http://www.astromia.com/fotohistoria/radiotele.htm http://www.ifir.edu.ar/%7Ehnavone/cachicompu/optica/telescopio/radiotelescopios/radiotel.htm

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1. Con base en la información obtenida, elabora un reporte en el que expliquen lo siguiente:

a. Simulaciones: Breve historia del telescopio. El nuevo telescopio espacial

Hubble, ¿Cómo funciona? b. ¿Qué son los radiotelescopios? c. ¿Cómo se clasifican? d. ¿Cuál es su tecnología? e. ¿Cuáles son las principales semejanzas y diferencias entre los radiotelescopios

y los telescopios ópticos de reflexión? f. ¿De qué forma ha servido el desarrollo de la tecnología en el avance de los

conocimientos astronómicos? g. ¿Cuáles son los usos sociales?

2. Presenta tu trabajo en plenaria. Recuerda que es muy importante cuidar la elaboración

de los textos, organizar la información y emplear tu creatividad para la comunicación de la información.

3. Organizado en equipo de trabajo con tres compañeros, realicen las actividades que

les permitirán conocer la información que llega del espacio en forma de ondas electromagnéticas. En el bloque 4 estudiaste las ondas electromagnéticas. Repasa para que expliques y entiendas:

a. ¿Qué son las ondas electromagnéticas? b. ¿Por qué tienen diferentes frecuencias? c. ¿A qué se refiere este término? Explíquenlo. d. ¿Qué utilidad tienen las ondas electromagnéticas en el conocimiento del

Universo? ACTIVIDAD 81 La búsqueda de respuestas a las incógnitas acerca del origen y composición del Universo, originaron que se formara otra rama científica: la radioastronomía, y un instrumento: el radiotelescopio. Sabemos que los cuerpos celestes están a distancias tan grandes que solamente se reciben sus radiaciones y éstas forman parte del espectro electromagnético.

1. Explica a qué se refiere lo anterior.

2. Consigue un esquema del espectro electromagnético como el que se te presenta y en él marca cómo es la longitud de las ondas en cada zona, obtén las frecuencias correspondientes, y responde:

a. ¿En qué sección es mayor la longitud de onda? b. ¿En dónde se identifica la frecuencia mayor? (Recuerda que cuando vas a

responder alguna pregunta debes decodificar el mensaje de manera conveniente)

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c. Elabora un reporte utilizando los datos encontrados. ACTIVIDAD 82 En ciencias es usual el uso de las analogías. En el caso que nos ocupa se utiliza la analogía para conocer cómo se manifiesta el espectro electromagnético al trabajar un metal en una fundidora por su comportamiento semejante.

1. Investiga o indaga ¿qué colores adquiere un metal cuando se va fundiendo? 2. Si emite una radiación visible, ¿de qué color es? 3. Conforme se sigue calentando, ¿qué color se aprecia? 4. ¿Qué crees que emite? Fundaméntalo.. 5. Eso significa que estamos en la zona de radiación ¿cuál es esta? 6. Localicen en el esquema del espectro electromagnético estas zonas de radiación

integrados en equipo y expongan su resultado en plenaria. Si este ejemplo lo llevamos a los cuerpos celestes, en especial a las estrellas, al analizar su longitud de onda o su frecuencia, se encuentra: su temperatura, su color, qué elementos las forman, la distancia desde la Tierra en que se localizan y qué edad tienen (recuerdan que las estrellas cumplen un ciclo: nacen, envejecen y mueren).

7. En equipo investiguen las siguientes características del Sol y de varias estrellas que ustedes designen (Aldebarán, Betelgeuse, Estrella Polar, etc.). y completen este cuadro:

8. A continuación expliquen cómo se han determinado esos valores.

9. ¿Qué papel desempeñan los diversos tipos de radiación electromagnética que emiten estos cuerpos celestes, en la determinación de estos valores?

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10. ¿Cómo se ha llegado a saber de qué sustancias están compuestos los cuerpos celestes? ¿De qué están compuestos el Sol, Marte y alguna de las estrellas con las que acaban de trabajar?

ACTIVIDAD 83 El espacio está surcado por ondas electromagnéticas. Diversos cuerpos celestes se han podido localizar por medio de las ondas electromagnéticas que emiten. En 1963, en el observatorio de Monte Palomar, en Estados Unidos los astrónomos identificaron un cuerpo celeste que emitía una gran radiación en forma de radiofrecuencia.

1 Investiga algo sobre el observatorio de Monte Palomar y sus características 2 Localicen en su esquema del espectro electromagnético las ondas de radio y anoten

cómo es la longitud de la onda y su frecuencia. 3. Ahora investiga ¿Qué son los quásares?. 4. Logras imaginar ¿en dónde están? 5. ¿Qué aportaciones ofrece el conocimiento de los quásares y los pulsares? 6. ¿Qué es un año luz? 7. Como ya conoces la velocidad de la luz, calcula ¿a cuántos kilómetros equivale un

año luz? 8. ¿Qué estudia la radioastronomía? 9. ¿Y en México son relevantes los estudios de astronomía? 10. Investiga algunas contribuciones hechas por astrónomos mexicanos. Detalla en qué

consisten.