CIENCIAS II Énfasis en
Física
2do Grado Volumen I
Física
SU
CIENCIAS II
IR U T STI
2do Grado Volumen I
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2do Grado Volumen I
ciencias II Énfasis en
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Física
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Ciencias II. Énfasis en Física. Volumen I fue elaborado en la Coordinación de Informática Educativa del Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa (ILCE), de acuerdo con el convenio de colaboración entre la Subsecretaría de Educación Básica y el ILCE.
Autores Mirena de Olaizola León, Alejandra González Dávila, Hilda Victoria Infante Cosío, Oliverio Jitrik Mercado, Helena Lluis Arroyo, Abraham Pita Larrañaga, Juan José Sánchez Castro Asesoría académica María Teresa Rojano Ceballos (DME-Cinvestav) Judith Kalman Landman (DIE-Cinvestav) (Convenio ILCE-Cinvestav, 2005) Colaboración Leonor Díaz Mora, Margarita Petrich Moreno Coordinación editorial Sandra Hussein Domínguez Edición Paloma Zubieta López
Servicios editoriales Dirección de arte y diseño Rocío Mireles Gavito Diagramación Fernando Villafán, Gabriel González, Víctor M. Vilchis Enríquez Iconografía Cynthia Valdespino, Fernando Villafán Ilustración Imanimastudio, Curro Gómez, Carlos Lara, Juan Carlos Díaz, José Luis Díaz, Mayanin Ángeles, Víctor Eduardo Sandoval Fotografía Art Explotion 2007, Kurt Hollander, Cynthia Valdespino, Fernando Villafán
Primera edición, 2007 Sexta reimpresión, 2012 (ciclo escolar 2013-2014) D.R. © Secretaría de Educación Pública, 2007 Argentina 28, Centro, 06020, México, D.F. ISBN 978-970-790-954-0 (obra completa) ISBN 978-970-790-957-1 (volumen I) Impreso en México D istribución gratuita -P rohibida su venta
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CIENCIAS
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Mapa-índice
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Clave de logos
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secuencia i nicial ¿Qué
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Bloque 1
El movimiento. La descripción de los cambios en la Naturaleza
22
secuencia
1
¿Realmente se mueve?
32
secuencia
2
¿Cómo se mueven las cosas?
42
secuencia
3
¿Qué onda con la onda?
54
secuencia
4
¿Cómo caen los cuerpos?
68
secuencia
5
¿Dónde están los alpinistas?
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proyecto
1
¿Cómo detectar un sismo con un dispositivo casero?
90
Evaluación Bloque 1
96
Bloque 2
Las fuerzas. La explicación de los cambios
98
secuencia
6
¿Por qué cambia el movimiento?
112
secuencia
7
¿Por qué se mueven las cosas?
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secuencia
8
¿Cuáles son las causas del movimiento?
136
secuencia
9
¿La materia atrae a la materia?
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secuencia 10
¿Cómo se utiliza la energía?
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secuencia 11
¿Quién inventó la montaña rusa?
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secuencia 12
¿Qué rayos sucede aquí?
182
secuencia 13
¿Un planeta magnético?
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proyecto
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I
estudia la física?
Un modelo de puente para representar las fuerzas que actúan en él
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Evaluación Bloque 2
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Bibliografía
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Percepción del movimiento. Punto de referencia y posición.
Descripción del movimiento Trayectoria y desplazamiento Velocidad y rapidez. Representación gráfica posicióntiempo.
Movimiento ondulatorio. Características del sonido.
Cambio de velocidad Caída libre. Las explicaciones de Aristóteles y Galileo.
Gráficas para representar el movimiento. Movimiento acelerado.
Diseño de un sismoscopio o sismógrafo. Ondas sísmicas, intensidad y tiempo de duración del movimiento de un terremoto.
2 ¿Cómo se mueven las cosas?
3 ¿Qué onda con la onda?
4 ¿Cómo caen los cuerpos?
5 ¿Dónde están los alpinistas?
Proyecto investigación 1 ¿Cómo detectar un sismo con un dispositivo casero?
Temas
1 ¿Realmente se mueve?
Secuencias
Identificar las causas y los efectos de las ondas sísmicas. Obtener información directa sobre riesgos sísmicos y medidas de seguridad en la comunidad. Identificar por medio de un sismógrafo las fuerzas y otras magnitudes de un sismo.
Hacer gráficas de distancia contra tiempo. Hacer una gráfica de posición contra tiempo. Interpretar gráficas de diferentes movimientos acelerados.
Diseñar un experimento de caída libre. Aplicar los conceptos asociados a la caída libre. Inferir cómo varía la velocidad de los cuerpos que ruedan por un plano inclinado. Identificar las magnitudes involucradas en distintos tipos de movimientos rectilíneos.
Analizar la forma en la que se producen ondas en el agua. Inferir cómo se propaga el sonido.
Describir el movimiento de algunos cuerpos. Construir un modelo que describa la trayectoria, desplazamiento y rapidez de un móvil. Calcular la rapidez de un cuerpo en movimiento.
Describir el movimiento a partir de la percepción del sonido que emite un objeto sonoro.
Destrezas
Valorar el uso de dispositivos tecnológicos en la prevención de desastres.
Valorar la utilidad de las gráficas para representar cambios, tanto en la ciencia como en la vida cotidiana.
Valorar las aportaciones de Galileo en la construcción del conocimiento científico.
Valorar los órganos de los sentidos en la percepción del movimiento. Valorar la utilidad del conocimiento sobre las ondas para prevenir desastres.
Valorar la utilidad de los conceptos físicos en el mundo que nos rodea.
Valorar el papel que juegan los sentidos en la percepción del movimiento.
Actitudes
CTS
CTS
Historia de la ciencia Naturaleza de la ciencia
CTS
Naturaleza de la ciencia
CTS
Perspectivas
Video: Sismos Interactivo: ¿Cómo detectar un sismo con un dispositivo casero?
Video: ¿Cómo graficar? Interactivo: Aceleración
Video: ¿Qué pasa cuando te aceleras? Interactivo: ¿Cuál cae primero?
Video: Ondas y desastres Interactivo: Ondas transversales y longitudinales
Video: El Universo en movimiento. Interactivo: De Cerritos a Villa Rica
Video: ¿Cómo saber si algo se mueve? Interactivo: Escuchando el movimiento.
Recursos tecnológicos
movimiento. La descripción de los cambios en la Naturaleza
Bloque 1 El
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Estado de movimiento La idea de fuerza. Interacciones por contacto y a distancia.
Cambios en el estado de movimiento de un objeto Características vectoriales de la fuerza. Fuerza resultante. Suma de fuerzas por métodos gráficos
Las Leyes de Newton.
La gravitación universal. Movimiento circular. Masa y peso
Fuentes y tipos de energía, sus transformaciones y sus manifestaciones. Principio de conservación de la energía.
Transformaciones de energía potencial y cinética.
Formas de electrizar objetos. Electrostática El electroscopio. El pararrayos. Carga eléctrica. Ley de Coulomb.
Magnetismo. La fuerza de atracción y repulsión de polos magnéticos. Magnetismo terrestre. Formas de imantar. Orientación.
Fuerzas que actúan en puentes.
7 ¿Por qué se mueven las cosas?
8 ¿Cuáles son las causas del movimiento?
9 ¿La materia atrae a la materia?
10 ¿Cómo se utiliza la energía?
11 ¿Quién inventó la Montaña Rusa?
12 ¿Qué rayos sucede aquí?
13 ¿Un planeta magnético?
Proyecto de iinvesticación 2 Un modelo de puente para representar las fuerzas que actúan en él.
Temas
Sintetizar información sobre conceptos y factores en la construcción de puentes. Obtener información directa para elaborar un modelo de puente. Construir un modelo de puente que represente las fuerzas que actúan en él.
Identificar las interacciones magnéticas. Utilizar herramientas y procedimientos para imantar algunos objetos. Construir un dispositivo: brújula.
Describir cómo se cargan eléctricamente algunos objetos. Construir un dispositivo: rehilete electrostático. Aplicar la tecnología de un rehilete electrostático para identificar la carga eléctrica de algunos objetos.
Identificar los factores de los que depende la energía que tiene un cuerpo. La influencia de la masa y la altura en la cantidad de energía que tiene un objeto antes de dejarlo caer. Analizar las transformaciones de energía potencial y cinética que se llevan a cabo en una montaña rusa.
Identificar los distintos significados de la palabra energía. Describir las transformaciones de energía que se llevan a cabo en algunos fenómenos cotidianos.
Describir las características del movimiento circular. Inferir cómo depende la interacción gravitacional de la distancia entre objetos de la misma masa. Calcular el peso de una persona sobre diferentes cuerpos del Sistema Solar.
Inferir la proporción que existe entre fuerza y aceleración. Identificar las fuerzas de acción y reacción en un movimiento.
Analizar algunas situaciones cotidianas donde interactúan fuerzas. Inferir la dirección del movimiento de un cuerpo aplicando fuerza sobre él representar las fuerzas que actúan en movimientos cotidianos utilizando vectores. Calcular la resultante de un sistema de fuerzas.
Analizar las formas de modificar el movimiento de distintos objetos. Identificar las interacciones causantes del movimiento de un objeto. Elaborar hipótesis sobre la naturaleza de las fuerzas que intervienen en algunos movimientos.
Destrezas
Valorar la importancia de un puente para evitar daños a causa de desastres naturales.
Valorar el uso de instrumentos tecnológicos para identificar variables físicas. Valorar la importancia de prevenir accidentes por descargas eléctricas.
Valorar el uso de instrumentos tecnológicos para identificar variables físicas. Valorar la importancia de prevenir accidentes por descargas eléctricas.
Apreciar la utilidad del concepto de energía para explicar diversos movimientos. Valorar la importancia de la imaginación en el quehacer científico. Valorar la forma en que la idea de energía simplifica algunas descripciones sobre el movimiento.
Valorar el uso de fuentes de energía menos contaminantes que el petróleo
Valorar la importancia de la astronomía para alguno pueblos.
Apreciar la importancia de la 2da Ley de Newton en la descripción y predicción de cualquier tipo de movimiento.
Valorar las ventajas de utilizar vectores para predecir la dirección de un movimiento.
Valorar la utilidad del conocimiento sobre las fuerzas para explicar cambios.
Actitudes
CTS
CTS
CTS Historia de la ciencia
Naturaleza de la ciencia
Ambiental
CTS Historia de la ciencia
Historia de la ciencia CTS
Naturaleza de la ciencia
Historia de la ciencia
Perspectivas
Video: Puentes Interactivo: Prototipo de un puente colgante
Video: ¡Qué planeta tan atractivo! Interactivo: Imanes en acción
Video: ¡Rayos y centellas! Interactivo: Electroscopio virtual
Video: Energía mecánica Interactivo: Montaña Rusa
Video: Fuentes de energía Interactivo: ¿Cómo se transforma la energía?
Video: La gravitación universal Interactivo: El peso y la gravedad
Video: La inercia Interactivo: Fuerza y aceleración Interactivo: Tercera Ley de Newton
Video: Fuerzas ¡en acción! Interactivo: La resultante de una fuerza
Video: El movimiento cambia… ¿en la Tierra y en el espacio? Interactivo: El experimento de Galileo
Recursos tecnológicos
fuerzas. La explicación de los cambios
6 ¿Por qué cambia el movimiento?
Secuencias
Bloque 2 Las
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Noción de materia. Propiedades generales de la materia y su medición.
Modelos científicos.
Estructura de la materia. Las ideas de Aristóteles y Newton.
Modelo cinético de partículas.
Diferencias entre calor y temperatura. Medición de temperatura.
Presión en líquidos y gases. Principio de Pascal. Presión atmosférica.
Cambios de estado de agregación de la materia. Representación gráfica de los cambios de estado.
Máquinas térmicas.
15 ¿Para qué sirven los modelos?
16 ¿Un modelo para describir la materia?
17 ¿Por qué se mezclan los materiales?
18 ¿Qué es el calor?
19 ¿Turismo espacial?
20 ¿Por qué cambia de estado el agua?
Proyecto de investigación 3 Un modelo de máquina de vapor
Temas
Aplicar los conocimientos de presión y temperatura en un modelo de máquina de vapor.
Describir los cambios en el estado de agregación. Interpretar gráficas sobre los cambios de estado.
Identificar las diferencias entre fuerza y presión. Relacionar el modelo de partículas con el concepto de presión.
Relacionar la temperatura con el modelo de partículas. Diferenciar calor de temperatura.
Construir modelos de sólidos, líquidos y gases para explicar la velocidad de las partículas. Analizar las propiedades de la materia en distintos estados de agregación.
Construir un modelo para explicar la estructura de la materia. Contrastar los modelos de Aristóteles y Newton.
Identificar las características de los modelos Comparar diversos modelos.
Identificar propiedades de la materia. Construir una balanza y utilizarla para comparar masas y volúmenes.
Destrezas
Valorar la utilidad del vapor en la vida cotidiana.
Valorar el uso de gráficas para interpretar información.
Valorar las aplicaciones de la presión y el vacío en la prensa hidráulica y el envasado de alimentos.
Apreciar la transferencia de calor en la formación del Universo.
Apreciar la importancia de los estados de agregación en la disolución de sustancias de uso cotidiano.
Valorar el proceso de cambio en las explicaciones científicas.
Apreciar el papel de los modelos en la ciencia y en la vida cotidiana.
Valorar la importancia de las propiedades de la materia en la toma de decisiones sobre el consumo de productos de uso cotidiano.
Actitudes
CTS
Naturaleza de la ciencia
Naturaleza de la ciencia CTS
Naturaleza de la ciencia CTS
Historia de la ciencia Naturaleza de la ciencia
Historia de la ciencia Naturaleza de la ciencia
Naturaleza de la ciencia CTS
CTS Historia de la ciencia
Perspectivas
Video: ¿Qué ocurre cuando hierve el agua? Interactivo: Cambios de estado
Video: Sputnik Video: ¿Cómo funciona nuestro oído? Interactivo: El aire Interactivo: Globo en el espacio
Video: Termómetro. Video: Temperatura. Interactivo: Movimiento de las partículas
Video: Las mil formas de la materia Interactivo: Las moléculas se organizan
Video: La Grecia atómica Interactivo: Aristóteles y Newton
Video: Modelando el universo. Video: ¿Cómo se utilizan los modelos? Interactivo: Modelos
Video: ¿Cuáles son las propiedades generales y específicas de la materia? Interactivo: Masa, volumen y densidad
Recursos tecnológicos
Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos
14 ¿Qué percibimos de las cosas?
Secuencias
Bloque 3
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Materiales conductores, semiconductores y aislantes. Descomposición de la Luz.
Modelos atómicos.
Descubrimiento del electrón. Resistencia eléctrica. Circuitos en serie y en paralelo.
Magnetismo. Inducción electromagnética.
Reflexión y refracción de la luz.
Proceso de generación y transmisión de la energía eléctrica.
22 ¿Qué hay en el átomo?
23 ¿Cómo conecto los focos?
24 ¿Cómo se genera el magnetismo?
25 ¿Existe la luz invisible?
Proyecto de investigación 4 Maqueta de una planta generadora de electricidad
Temas
Analizar el funcionamiento de la planta eléctrica que provee electricidad a la escuela. Construir la maqueta de una planta generadora de electricidad.
Observar el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. Identificar la reflexión y la refracción de la luz.
Analizar cómo se genera un campo eléctrico a partir de un campo magnético.
Construir un circuito eléctrico. Comparar la intensidad luminosa.
Identificar las características de los modelos de átomo. Construir un modelo atómico.
Clasificar materiales por su conductividad eléctrica. Relacionar la luz blanca con la combinación de colores.
Destrezas
Valorar la importancia de ahorrar en el consumo de energía eléctrica.
Valorar la utilidad de las energías alternativas.
Valorar la importancia del magnetismo en la vida cotidiana.
Valorar la importancia del ahorro en el consumo de energía eléctrica.
Apreciar el equilibrio de fuerzas.
Apreciar el uso de los conductores eléctricos en la vida cotidiana.
Actitudes
Ambiente CTS
Ética Ambiente CTS
CTS Historia de la ciencia
Historia de la ciencia CTS
Naturaleza de la ciencia
CTS Naturaleza de la ciencia
Perspectivas
Manifestaciones de la estructura interna de la materia
21 ¿Es la electricidad el padre de Frankestein?
Secuencias
Bloque 4
Video: ¿Cómo funciona una hidroeléctrica?
Video: Un poco de luz Interactivo: La luz y los cuerpos: Rebotes, desviaciones y travesías.
Video: La inducción de Faraday en nuestro siglo Interactivo: Generación de un campo magnético Interactivo: Inducción electromagnética
Video: Electricidad, resistencia y carga eléctrica
Video: Y se hizo la luz Interactivo: Construyendo un átomo
Video: Entrevista con un electricista. Video: Mezclando colores Interactivo: Frankestein
Recursos tecnológicos
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Origen y estructura del Universo.
Nuevos materiales y técnicas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. El caso de los rayos X.
Proyecto de investigación 6 Un díptico sobre la importancia de la Física en la salud
Temas
Identificar algunas de las aportaciones de la ciencia al cuidado y conservación de la salud. Elaborar un díptico para explicar la importancia de la física en la detección y tratamiento del cáncer.
Analizar las explicaciones sobre el origen y la estructura del Universo. Construir una maqueta o rotafolio que represente las características del Universo.
Destrezas
Valorar la importancia del uso de la tecnología en el cuidado de la salud.
Valorar la importancia de los modelos para representar objetos, procesos o fenómenos.
Actitudes
CTS
Historia de la ciencia
Perspectivas
Recursos tecnológicos
Conocimiento, sociedad y tecnología
Proyecto de investicación 5 Al infinito y más allá. Un modelo del Universo
Secuencias
Bloque 5
Clave de logos T rabajo
individual
S itios
de I nternet
En
parejas
Bibliotecas Escolares y de Aula
En
equipos
V ideo
T odo
el grupo
C onexi贸n
con otras asignaturas
G losario
C onsulta
CD
Programa integrador Edusat
I nteractivo
A udiotexto
otros materiales
de recursos
A ula
de
M edios
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secue n c i a i n i c i a l
¿Qué estudia la Física? sesión 1
Para empezar Lee el texto. • Antes de la lectura, contesta: ¿qué observas en la imagen, además de la Monalisa? Texto introductorio
de las En cada una , se indica la actividades e tú y tus forma en qu rán se organiza compañeros a rla: en form para realiza , en equipo individual . o en grupo
define con El glosario palabras y claridad las ntíficos términos cie . n los textos utilizados e tural: Fenómeno na n de Manifestació ocurren e u procesos q leza. en la Natura
Los seres humanos hemos tratado
siempre de explicar los sucesos que ocurren en nuestro entorno y nos hemos peguntado: ¿cómo suceden?, ¿qué los provocan?, ¿cómo podemos aprovechar estos conocimientos para Cuando observamos con cuidado, podemos descubrir detalles que antes no habíamos visto. vivir mejor? Desde las primeras sociedades, por ejemplo, el ser humano se planteó la pregunta: ¿por qué llueve? A lo largo del tiempo, se sucedieron mitos y explicaciones para explicar la lluvia. En la mitología nórdica, por ejemplo, se creía que llovía porque Thor viajaba en un carro jalado por cabras y, al agitar su martillo, producía truenos y rayos ocasionando así la lluvia que favorecía la agricultura. Para los aztecas, en cambio, la lluvia se relacionaba con la adoración a Tláloc, por lo que erigieron un templo en su honor. Como de la cantidad de lluvia depende la abundancia de las cosechas obtenidas, la influencia de Tláloc en esa época era tal que los antiguos pobladores de Tenochtitlán creían que los seres que iban al paraíso terrenal eran aquellos que morían ahogados o fulminados por un rayo. Como éstos, existen mitos y creencias sobre lo que percibimos de nuestro entorno, como el movimiento del Sol y los planetas, sobre el corazón y la sangre que corre por las venas, sobre las propiedades curativas de las plantas, entre muchos otros fenómenos naturales. Explicar las causas de cuanto nos rodea ha sido una necesidad constante para todas las culturas a lo largo de su historia. En tu entorno ocurren múltiples hechos, a los cuáles buscamos dar explicación. Los aztecas, por ejemplo, atribuían el fenómeno de la lluvia a la acción del dios Tláloc.
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CIENCIAS
II
Comenten: ¿Qué fenómenos mencionados en el texto son estudiados por la Física?
ve
En el curso de Ciencias I. Énfasis en Biología estudiaste algunos fenómenos nta una bre quí se prese A que y procesos relacionados con los seres vivos, el cuerpo humano y el ambiente, e los temas d n ió c a c li p y cómo estos fenómenos se relacionan con nuestra vida personal y social. En ex rioridad, te con ante s ja a b a tr esta secuencia, identificarás el objeto de estudio de la Física y reconocerás las sta nderás en e destrezas empleadas por las personas que se dedican al estudio de los lo que apre la utilidad en fenómenos físicos. Valorarás la importancia y la utilidad de estos conocimientos secuencia y su para la humanidad. vida diaria.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia. Para la feria de ciencias en tu escuela, has decidido participar en la sección de Física e investigar sobre las diferentes formas en las que se encuentra el agua a lo largo de su ciclo en la Naturaleza. Tu maestro te ha pedido presentar un mapa conceptual sobre el procedimiento que seguirás para investigar este tema, y explicar: ¿Por qué consideras que tu tema lo estudia la Física?
Lo que pienso del problema Responde en tu cuaderno: 1. ¿Qué método emplearías para realizar tu investigación? 2. ¿Cuáles serían las etapas? 3. ¿En qué orden las realizarías? 4. Menciona tres fenómenos que estudia la Física.
Manos a la obra streza empleada
Nueva de
características
nocer las Identificar: Reco nismos, hechos, orga o propiedades de os. es oc materiales o pr
arás dro encontr a u c re te s e En destrezas y las nuevas arás ue desarroll actitudes q des las activida al trabajar cia. de la secuen
Actividad UNO Identifica el método para realizar una maqueta. 1. Antes de iniciar, comenta en tu cuaderno: ¿cómo explican las ciencias lo que sucede en el entorno? 2. Analiza la siguiente situación: Tu hermano pequeño está haciendo una maqueta del Sistema Solar para la escuela y te ha pedido que le escribas en un papel los pasos que debe seguir para realizarla de la mejor manera, en el menor tiempo posible. 11
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secue n c i a i n i c i a l 3. ¿Qué procedimiento o pasos le recomendarías seguir y en qué orden? Juanito, para hacer una maqueta podrías: a) ___________________________________________ b) ___________________________________________ c) ___________________________________________ d) ___________________________________________ e) ___________________________________________ f) ___________________________________________ Intercambien sus opiniones sobre los pasos que sugirieron. Lean el texto. Durante la lectura, subrayen las destrezas que se llevan a cabo durante una investigación científica. Texto de información inicial
¿Se perdió, se fugó o se lo llevaron los “robachicos”? ¿Qué pasó con Pepito? De haber salido a la calle y preguntado al primer desconocido dónde estaba su hijo,
la señora Godínez, estaría procediendo de una manera descabellada. Lo lógico es que ella y su familia, que son quienes mejor conocen a Pepito, opinen sobre su posible paradero. En otras palabras, ellos son los más indicados para plantar una hipótesis sobre el problema. (…) -¿Será posible que el niño se haya perdido?- pregunta la abuelita. -Tenemos que averiguar dónde está Pepito- dice la hermana-, y luego le preguntaremos qué pasó. -¿Cómo haremos para encontrarlo?- inquirió el padre, acostumbrado a que su esposa sacara las castañas del fuego. (…) -Por favor- dice la madre con gesto suplicante-, dejen de divagar, lo único necesario es que digan dónde suponen que puede estar Pepito. -Ay, Dios mío- exclama la abuela-. Ha de ser que lo atropelló un coche o se lo llevaron los robachicos. -No sean tan pesimistas –apunta el padre-; me inclino a pensar que no viene por temor al castigo que le prometí si traía malas calificaciones. -A lo mejor sacó puros “dieces” y se fue a festejar con sus amigotes- dice el hermano. -Vamos a ver –propone la señora Godínez-, la hipótesis de Alberto (el hermano de Pepito) es la más descabellada de las tres, pues todos sabemos lo burro que es el niño y lo mal que se porta en la escuela. Lo del accidente parece difícil (…) El secuestro queda descartado (…) -Es cierto -dice la hermana-; creo que mi papá tenía razón cuando dijo que Pepito tuvo miedo al castigo por sus malas calificaciones. (…) -Bueno –dice Alberto-, tenemos una hipótesis, ¿y ahora qué? -Voy a buscarlo –dice el padre, caminando hacia la puerta. -Espera –ordena Luchita cogiéndolo del brazo-, ¿no crees que es más conveniente pensar con calma dónde vamos a buscarlo? -Pues… en la escuela. -¿Pero no te das cuenta de que la escuela está cerrada a esta hora, viejo? Mira, Consulta en tu diccionario el siéntate y vamos a planear cuidadosamente la búsqueda. Verás cómo ahorramos tiempo significado de y esfuerzo. palabras como -Mi jefa tiene razón –asienta Alberto-; yo creo que lo primero es hablar con Cirilo, el paradero. íntimo amigo de Pepito. (…) 12
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CIENCIAS
II
En ese momento suena el timbre de la puerta. Es el padre de Cirilo Lo único necesario es que digan dónde suponen que entra muy agitado y con preocupación reflejada en el rostro. que puede estar Pepito. -Perdonen la molestia –dice el visitante-, ¿no está Pepito? -Precisamente íbamos a hablarle por teléfono a usted para preguntar a Cirilo si sabía dónde está mi hijo –responde el señor Godínez. -En ese caso se confirman mis sospechas, el niño se fugó de la casa –dice el padre de Cirilo-. Hoy noté que habían desaparecido de la tienda varias latas de sardinas, un paquete de pan y unas tabletas de chocolate. (…) -Ahora recuerdo que Pepito hablaba de irse a Acapulco a ganar dinero moviendo la barriga para los turistas, cargando maletas y secuestrando pericos. -Falta la tortuga, la resortera, la alcancía, y mi cantimplora –grita Alberto-. ¡Me expropió la cantimplora! -No hay duda: se fugaron –exclama la señora Godínez-. Mire usted, don Cirilo, creo que lo mejor es que mi hijo Alberto vaya a la Terminal de los Autobuses Acapulqueños. Mientras mi mamá se queda aquí, nosotros vamos a la carretera, por si se les ocurrió viajar de “aventón”. Mi hija se irá a la tienda y todos nos comunicaremos con ella cada media hora para estar al tanto de lo que ocurra. Antes de irnos, sin embargo, conviene hablar por teléfono a la Patrulla de Caminos y a Locatel. ¿Les parece? Está visto que la madre de Pepito es la única buena diseñadora de la familia Godínez. Ella ha conseguido hacer una descripción detallada y racional del proceso que habrá de seguirse para localizar a los niños fugados. (…) El siguiente paso (…) consiste en llevar a cabo el plan de la señora Godínez. Fuente: Arana, Federico. (2007). Método experimental para principiantes. México: FCE, pp. 21 - 25.
Comenten: 1. ¿Qué destrezas utilizó la familia Godínez para investigar el paradero de Pepito? 2. Si quisieran continuar resolviendo el caso de la desaparición de Pepito: a) ¿Qué otras destrezas emplearían? b) ¿En qué orden?
Conexión con Ciencias I Revisen las destrezas de investigación que aplicaron en el curso de Ciencias I, Énfasis en Biología.
3. Describan cinco diferentes destrezas que se emplean en las ciencias.
Las ciencias y la comunidad científica En el año 240 a. de C., cuando la idea predominante en el mundo era que la Tierra tenía la forma de un disco plano, en Alejandría, Egipto, vivía el maestro Eratóstenes, quien había aceptado la idea de los griegos de que la Tierra era redonda, se formuló preguntas de investigación como: “¿Qué tan grande es?”, y decidió calcular cuánto medía su circunferencia. Había observado que la longitud de la sombra que proyecta un objeto varía según la hora del día y la época del año. También había recibido información que en Siena (hoy Assuan), el día del solsticio de verano a las 12 del día, los obeliscos no proyectaban ninguna sombra y se lograba ver el fondo de un profundo pozo; mientras que en Alejandría, el mismo día y a la misma hora, los obeliscos formaban una pequeña sombra, y no se lograba ver el fondo de los pozos. Así recabó diferentes datos, y fue tan sólo el principio de una investigación que realizó Eratóstenes, mediante el empleo de destrezas científicas. La medida obtenida por Eratóstenes hace más de dos mil años fue de un poco menos de 40 mil kilómetros. Menos de 1,000 km de diferencia con la verdadera circunferencia de nuestro planeta. Desde la antigüedad hasta nuestros días, las destrezas científicas se han aplicado en las investigaciones. 13
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secue n c i a i n i c i a l o. lo aprendid re b so n ió x Refle bre la flexionar so re a a it v in Te hay entre el relación que actividad y la e la resultado d l problema. e d solución
dido Reflexión sobre lo apren las mprender cada una de ¿Qué utilidad tiene el co y ria en la vida dia destrezas que se realizan ión? Recuerda que tu durante una investigac ra resolver el problema. respuesta te servirá pa
Actividad DOS Identifica los fenómenos que se relacionan con la física 1. Antes de iniciar la actividad contesta: ¿Cómo identificas un fenómeno físico? 2. Analiza la situación:
En tu escuela van a realizar un ciclo de cine con temas científicos. Te encargan elaborar el programa, para lo cual tendrás que decidir qué películas se relacionan con fenómenos físicos.
3. Revisa los títulos de las películas del ciclo “El cine y la ciencia”: a) “Trucos en la cocina: de la transparente clara al blanco sólido” b) “Pilotos de aviones de papel” c) “¡Fuego! ¿Por qué enciende un cerillo?” d) “¿Por qué se regenera la cola de las lagartijas y nuestros dedos no?” e) “Explosión de colores en los fuegos artificiales” f) “Fábricas naturales de colores en la selva” g) “¡Qué golazo! ¿A qué velocidad entró el balón?” h) “Canto de ballenas: concierto submarino” i) “Casas del futuro: luz solar que enciende focos en la oscuridad ” j) “Cuando el destino nos alcance: La extinción de la vida en el planeta” k) “De la super milpa al super elote” l) “Cuerpos que flotan en el agua: ¿magia o ciencia?” m) “¡Arañas gigantes!: Hilos superresistentes del futuro” n) “Jabones quita-manchas, ¿cómo funcionan?” 4. Elabora y completa en tu cuaderno una tabla de las películas que crees que se relacionan con la física siguiendo el ejemplo: Título Ejemplo: ¿Cómo se transmite el sonido de la música?
Fenómeno que trata Ondas sonoras
5. Completa la tabla siguiendo el ejemplo. 14
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CIENCIAS
II
Realicen lo que se pide: 1. Intercambien sus respuestas. 2. Comenten: a) ¿Qué estudia la Física? b) ¿Qué tipo de fenómenos estudia?
Para terminar Lean el texto. • Antes de la lectura, contesta: ¿qué observas en la imagen, además del hombre? Texto de formalización
¿Qué estudia la Física? La Física, como un caso particular de la actividad científica,
responde preguntas como: ¿Cómo es el movimiento de los cuerpos cuando caen? ¿Cuáles son las fuerzas que permiten el movimiento del Sol y los planetas? ¿Cuáles son los efectos de las cargas eléctricas? ¿Cuáles son las fuerzas que mantienen estable a un puente? ¿De dónde proviene la energía que empleamos para movernos? ¿Por qué flota sobre el agua una tabla de madera? La Física estudia los cambios en la materia sin que esta cambie su composición. Para describir y estudiar los fenómenos naturales con Herramientas que se emplean en el estudio de los fenóprecisión, la Física utiliza las Matemáticas, las gráficas y menos físicos. diferentes tipos de modelos. De esta manera, se ha logrado conocer a qué velocidad viajan la luz y el sonido, las fuerzas que mantienen cada planeta del Sistema Solar en su órbita, el movimiento del agua en el océano, el tipo y la cantidad de energía que aportan los alimentos a los seres vivos, la fragilidad o dureza de diversos materiales y muchos otros conocimientos que revisarás durante este curso. Los conocimientos de la Física se reflejan, frecuentemente, en avances tecnológicos que se incorporan con facilidad a nuestra vida diaria en un sinnúmero de artefactos, productos y servicios. Por ejemplo, la energía eléctrica nos facilita muchas labores en nuestras casas, radios y teléfonos nos permiten comunicarnos rápidamente, los juegos mecánicos como la rueda de la fortuna y la montaña rusa nos brindan esparcimiento. Otros conocimientos físicos tienen aplicaciones directas en la medicina; por ejemplo, algunas personas viven mejor gracias a un minúsculo aparato insertado en su corazón, que lo hace contraerse. Otras aplicaciones hacen más eficientes algunas tareas; así, se han desarrollado tractores que permiten preparar grandes extensiones de terreno para la siembra en poco tiempo.
Sabías que... Para contar el tiempo, los mayas tuvieron tres tipos de ciclos simultáneos. El ciclo Tzolkin, considerado el calendario sagrado, constaba de 260 días; el Haab de 365 y la Cuenta Larga de 1 millón 872 mil días. Con estos calendarios organizaban sus actividades cotidianas y religiosas, a la vez que registraban acontecimientos naturales y políticos. El tiempo es un concepto físico que ha fascinado al ser humano desde las antiguas civilizaciones. 15
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secue n c i a i n i c i a l Actividad TRES Identifiquen los fenómenos físicos implicados en actividades cotidianas. 1. Van a necesitar: a) Trozos de papel (recorten seis rectángulos de una hoja de papel). b) Bolsa de papel o plástico. 2. Realicen lo siguiente: a) Formen dos equipos. b) Escriban en los papeles tres actividades cotidianas en las que consideren que interviene la Física. Por ejemplo: caminar, hervir agua, lanzar una pelota, subirse a un camión, prender la luz, escuchar el radio. c) Doblen los papeles de tal manera que no se pueda leer lo que escribieron y deposítenlos en una bolsa. Revuelvan los papeles, agitando la bolsa. d) Escojan a un integrante de cada equipo, quien deberá sacar un papelito de la bolsa y representar la actividad escrita. e) Decidan qué equipo será el primero en identificar lo que se representa. f) Cuentan con 30 segundos para identificar cada actividad. El equipo contrario deberá tomar el tiempo. g) Si logran mencionar la actividad antes de que pasen 30 segundos, obtendrán un punto y la oportunidad de sacar otro papelito. De lo contrario, el otro equipo tomará el turno. h) El juego acabará cuando ya no haya papelitos. El equipo ganador es el que obtenga más puntos al final del juego. 3. Comenten: a) ¿Qué fue lo más interesante del juego? b) De las actividades que identificaron, qué fenómenos físicos intervienen. Realicen un cuadro en el pizarrón. c) Si tuvieran que investigar sobre alguno de estos fenómenos, ¿qué método seguirían?
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CIENCIAS
Lo que aprendimos Resuelvo el problema
II
s tu lema expresa b ro p l e o lv los En Resue , al emplear a m le b ro p l ndiste. solución a zas que apre re st e d s la conceptos y
“Para la feria de ciencias en tu escuela, has decidido participar en la sección de Física e investigar sobre las diferentes formas en las que se encuentra el agua a lo largo de su ciclo en la Naturaleza. Tu maestro te ha pedido presentar un mapa conceptual sobre el método que seguirás para investigar este tema y explicar: ¿por qué consideras que tu tema lo estudia la Física?” Para resolver el problema: 1. Identifica los pasos a seguir para investigar las formas en las que se presenta el agua a lo largo de su ciclo en la Naturaleza. 2. Elabora un mapa conceptual con los pasos identificados.
Un mapa conceptual representa los diferentes conceptos y sus relaciones en un orden. Por ejemplo: conceptos principales y secundarios. Para elaborar un mapa conceptual: Identifiquen la idea, noción o concepto principal. Escriban la idea principal en un recuadro que ubiquen en el centro de la hoja. Debajo del cuadro principal, anoten las ideas, nociones o conceptos secundarios. Tracen líneas que unan las ideas secundarias con la principal.
AGUA
es necesaria para
Seres vivos
es un
cambia
Compuesto
Estados
3. Contesta: ¿Por qué consideras que tu tema lo estudia la Física?
o métodos re lo aprendid cia sobre los Reflexión sob en cu se la e d erencias sabas al inicio les son las dif á en u p e ¿C u s. q le lo ra a tu Revis cias Na an en las Cien que se emple nsas ahora? con lo que pie 17
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secue n c i a i n i c i a l aprendí? sirve lo que e m é u q ra rezas o En ¿Pa ientos, dest im c o n o c s aplicas lo te. ue aprendis actitudes q
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Se avecina la época de lluvia: 1. ¿Qué método utilizarías para captar el agua de lluvia? 2. ¿Dónde la almacenarías? Comenten: 1. ¿Qué pasos de investigación emplearías para diseñar tu colector y almacén de agua? 2. ¿En qué orden los llevarías a cabo? ¿Por qué?
na se plantea u … e u q o in p e tomes En Ahora o na, para qu ia d ti o c n ió c lacionados situa aspectos re re b so s e n ia. decisio e la secuenc d s to p e c n o con los c
Ahora opino que… Si estuvieran en una situación similar a la de la familia Godínez, ¿qué retomarían de lo que aprendieron para resolver la situación? • Escriban en su cuaderno: 1. Lo que retomarían. 2. Una reflexión sobre las ventajas y desventajas de utilizar destrezas de investigación para resolver problemas. 18
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CIENCIAS
II
as lecturas gieren algun luye libros su se s… á Inc er m En Para sab ntar los conocimientos. a Escolar e m te o le ibli c para comp la y de la B u A e d a c incluyen te de la Biblio os libros. Se tr O e d o m o sí c icas. de la SEP, a es electrón n io c c e ir D también
Para saber más… 1. Arana, Federico. (2007). Método experimental para principiantes: México: FCE.
1. Fraioli, Luca. (2004). La historia de la tecnología. México: SEP, Libros del Rincón. 2. Talanquer, Vicente. (2003). ¿Ciencia o ciencia – ficción? México: SEP, Libros del Rincón. 3. Navarrete, Néstor. (2003). Atlas básico de tecnología. México: SEP, Libros del Rincón.
1. Mural. Historia de la Física. 1997-2003. Universitat de Valencia. 23 de abril de 2007. http://mural.uv.es/sansipun/ 2. La Física hoy. Una aventura del saber. Universidad Autónoma de Madrid. 23 de abril de 2007. http://www.fisicahoy.com/fisicaHoy/aventura/aventura.html
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II
CIENCIAS BLOQUE
1
El movimiento.
La descripción de los cambios en la Naturaleza
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¿Realmente se mueve? sesión 1
Para empezar ¿Cómo saber si algo se mueve? Lee el texto. • Antes de la lectura contesta: ¿Cómo te das cuenta que algo se mueve?
Texto introductorio
Desde los primeros días de vida percibimos las cosas que se encuentran a nuestro alrededor y sus cambios. Nuestros sentidos nos permiten identificar estímulos que pueden ser placenteros, desagradables e incluso peligrosos; nos permiten, por ejemplo, percibir el calor de un incendio por medio del sentido del tacto y el olor característico que producen algunas sustancias al quemarse. A muy corta edad, somos capaces de ubicar el lugar dónde se encuentran los objetos y donde ocurren diferentes fenómenos. Cuando se le pregunta a un niño de dos años dónde está el Sol o la Luna, es probable que señale hacia el cielo. Tanto los animales como los seres humanos usamos, instintivamente, referencias para localizar objetos ; una de ellas es la posición donde nos ubicamos, así, cuando alguien nos habla, Empleamos el lugar donde nos ubicamos para localizar objetos y constatar su movimiento. sabemos que se encuentra atrás, a un lado o enfrente de nosotros. Si un objeto aparece en nuestro campo visual y luego desaparece, podemos asegurar que se movió. De la misma manera, un árbol, una casa o un edificio nos sirven para saber que se ha movido un camión frente a ellos. En primaria aprendiste que los seres vivos poseemos órganos especializados para percibir diferentes estímulos del ambiente. En esta secuencia de aprendizaje analizarás algunas de las funciones de los sentidos al advertir y describir algo que se mueve. Valorarás el alcance y las limitaciones de tus sentidos para ubicar la posición de un objeto.
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CIENCIAS
II
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Te encuentras a bordo de un autobús en una terminal. Hay varios autobuses alineados al tuyo y el de junto retrocede muy despacio. Tu compañero de asiento dice: “Hemos comenzado a movernos”. Sin embargo, para ti, tu autobús sigue en reposo ¿Quién tiene razón? ¿Cómo lo justificarías?
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Cómo reconoces si algo se mueve o no? 2. ¿Qué sentidos empleamos para percibir el movimiento de un autobús? Describe cómo sería la experiencia para cada sentido. 3. ¿Todas las personas perciben el movimiento de la misma manera que tú? ¿Por qué?
Manos a la obra Actividad UNO Describan el movimiento de un borrador. • Realicen la experiencia: 1. Contesten: ¿Cómo sabemos que algo se mueve?
eada Nueva destreza empl y definir Describir: Reconocer iedades, con claridad las prop el las características o ganismos, or de funcionamiento . materiales o procesos
2. Van a necesitar: a) Cuaderno b) Borrador 3. Elijan a un compañero para que realice lo siguiente: a) Colocar un borrador encima de un cuaderno. b) Sujetar el cuaderno con las manos sin que se mueva el borrador. c) Caminar despacio en línea recta. d) Que el alumno que caminó en la actividad responda: ¿Se movió el borrador? 23
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secue n c i a 1 4. Comenten: a) ¿Se movió el borrador? ¿Por qué? b) ¿Qué referencia usaron para dar su repuesta?
Lean el texto. Pongan atención en cómo percibimos el movimiento usando los sentidos. Texto de información inicial
¿Cómo sabemos que algo se mueve? Imaginen que nos encontramos el mapa de un tesoro enterrado con las siguientes instrucciones:
“Colocarse en el mástil de la Plaza Mayor, caminar 500 metros hacia el este y 57 metros hacia el norte”. En este ejemplo, las instrucciones definen la posición del tesoro, y el mástil es el punto de referencia. Las instrucciones cambiarían si cambiamos el punto de referencia escogido. El punto de referencia lo empleamos también para determinar si algo se mueve. Por ejemplo, para determinar si un automóvil se mueve, podemos mirar hacia el pavimento de la avenida, si el auto se aleja o se acerca a este punto, esto significa para nosotros que el auto se mueve. Este punto fijado por nosotros es un punto de referencia. Podemos elegir, como punto de referencia, un punto cualquiera del espacio: una esquina del salón de clases, el centro del patio o la base del árbol más próximo. Empleamos principalmente la vista para percibir que algo se mueve, no obstante, como otros seres vivos, tenemos otras posibilidades sensoriales para localizar un objeto y percibir su movimiento. Por ejemplo, los perros, gracias a su desarrollado sentido del olfato, perciben si su amo se está acercando o alejando. También podemos percibir el movimiento a través del sonido, la luz y el calor que emite un objeto que se mueve con respecto a nosotros y saber si se está acercando o alejando. Hay sonidos característicos que nos indican si algo está en movimiento. Por ejemplo, sin verlo, podemos percibir si un mosquito se acerca o se aleja de nosotros, por el sonido que emite cuando se acerca rasante a nuestra cara. Existen movimientos muy rápidos o muy lentos que los sentidos no pueden detectar fácilmente. Por ejemplo, no podemos ver el movimiento de las alas de un colibrí. No podemos apreciar, tampoco, cómo el caudal de un río erosiona las rocas. Para detectar algunos de estos fenómenos recurrimos a instrumentos como el cine o el video, que pueden mostrar, según nos convenga, más lento o más rápido un movimiento, y así, poderlo analizar.
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CIENCIAS
II
En sus cuadernos mencionen dos ejemplos de movimientos que perciban mediante los sentidos de la vista y el oĂdo. • Indiquen en cada caso el punto de referencia.
Nosotros percibimos los cambios y el movimiento por medio de nuestros sentidos. 25
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secue n c i a 1 sesión 2
Actividad DOS Escuchando el movimiento Describan el movimiento de un objeto a partir de la percepción del sonido que emite.
1. Comenten: a) ¿Pueden detectar el movimiento de un objeto oyendo el sonido que emite? ¿Por qué? b) Mencionen tres ejemplos de lo anterior. 2. Van a necesitar un reloj despertador o un silbato. 3. Realicen lo que se indica: a) Colóquense en un extremo del patio de la escuela. b) Elijan a un compañero que, con el reloj o silbato sonando, realice lo siguiente: i. Se aleje corriendo hacia el otro extremo del patio. ii. Se acerque corriendo hacia ustedes. iii. Permanezca inmóvil cerca del resto del grupo.
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II
c) Pregunten al compañero que corrió: ¿Percibiste cambios en el sonido del silbato o del reloj? d) Escuchen atentamente cómo son los sonidos que perciben cuando: i. Se aleja o acerca el compañero con la fuente de sonido. ii. Se encuentra fija la fuente sonora. 4. Comenten: a) ¿En qué se diferencia el sonido del objeto cuando se aleja de cuando se acerca al observador? b) ¿Cómo es el sonido cuando la fuente sonora está inmóvil? c) ¿Hay diferencias entre lo que percibe el grupo y lo que percibió el compañero que corría? Expliquen su respuesta. d) ¿Cómo se puede saber si algo se está moviendo a partir de la percepción de un sonido? Justifiquen su respuesta. e) ¿Qué puntos de referencia se usaron en cada caso? 5. Elaboren en el pizarrón un breve texto donde expliquen cómo participa el punto de referencia para la percepción del movimiento.
Para terminar
dido bre lo apren es el Reflexión so n que percib , ¿este e ra e n a m s que la ferencia é? Ahora sabe l punto de re e d e d n ma? ¿Por qu e le p b e d ro p to l n e ie r e movim ra resolv to es útil pa conocimien
Lean el texto. Pongan especial atención en la representación del movimiento. Texto de formalización
¿Cómo representar nuestra percepción de la Naturaleza? Para un observador inmóvil un objeto puede estar moviéndose y, al mismo tiempo, parecer que está en reposo para otro observador que está en movimiento. No es difícil pensar por qué la Tierra fue considerada durante mucho tiempo un punto de referencia fijo: la posición de la Luna y de las estrellas aparenta cambiar con respecto a un punto fijo de la Tierra. Existen distintas representaciones matemáticas del espacio y puntos de referencia dentro de éste. René Descartes ideó la primera de ellas para ubicar la posición de un objeto. René Descartes Utilizó una recta numérica, en la que el cero se encuentra en su centro. Los números (1596-1650). positivos se ubican a la derecha del cero y los negativos, a la izquierda, en intervalos iguales. La posición de un objeto se representa por un punto determinado en la recta, al que se simboliza con la letra x. Por ejemplo, si un objeto se mueve, podemos denominar su posición inicial i y representarla con xi, de igual manera su posición final f, se representa con xf. Supongamos que un móvil se desplazó dos unidades desde su posición inicial. Para obtener este desplazamiento se resta del valor de la última posición el valor de la primera, esto es, se calcula la diferencia de 2 – 0 que es igual a 2. Para conocer cuánto se desplazó el objeto en términos matemáticos, restamos el valor xi del valor de xf. Esta diferencia la simbolizamos con la letra griega delta ∆. Es decir, ∆x = xf - xi
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secue n c i a 1 ∆x = 2 unidades
–2
–1
0
1
2 xf
xi
El observador localiza desde 0 al objeto en la posición x = 2.
x
∆x = xf - xi xi = 0 xf = 2 ∆x= 2 – 0 ∆x = 2 Dado que nuestros sentidos nos proporcionan información limitada, las descripciones del movimiento o de cualquier otro fenómeno físico necesitan ser tales que no dependan de quién las haga o cómo las haga, sino que describan el comportamiento de los fenómenos físicos de la manera más general Consulta tu posible. Es así como la representación matemática de un movimiento constituye una diccionario para herramienta indispensable para obtener información más precisa acerca del movimiento encontrar el de los objetos. La Física nos ayuda a hacer descripciones de fenómenos que ocurren en significado de palabras como la Naturaleza desde cualquier punto de referencia, sin depender de la capacidad fenómeno. sensorial del observador.
Conexión con Matemáticas
En su cuaderno
Recuerda que la suma y resta de números negativos lo revisaste en la Secuencia 25: Números con signo, de tu libro de Matemáticas I.
1. Encuentren: a) Para las dos figuras siguientes, el valor de la diferencia o el cambio de posición del auto con respecto al observador que se encuentra ubicado en 0. Apliquen la ecuación Dx = xf - xi.
A 1
2
3
B –3
–2
–1
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CIENCIAS
II
b) El valor del cambio de posición de un autobús que se encuentra inicialmente en el punto x = 3 y se mueve hasta el punto x = 7. c) El valor de la posición inicial, si saben que el valor ∆x es 10 y la posición final es 12. d) La relación que existe entre el valor positivo o negativo (signo) de ∆x, con el sentido del movimiento respecto al observador. Intercambien sus opiniones sobre: • ¿Cambiarían los valores ∆x si se modifica el punto de referencia?
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Te encuentras a bordo de un autobús en una terminal. Hay varios autobuses alineados al tuyo y el de junto retrocede muy despacio. Tu compañero de asiento dice: “Hemos comenzado a movernos”. Sin embargo, para ti, tu autobús sigue en reposo ¿Quién tiene razón? ¿Cómo lo demostrarían?” Para resolver el problema responde en tu cuaderno: 1. ¿Cuál o cuáles de tus sentidos se utilizan para ubicar la posición y el movimiento del autobús? 2. ¿Cuál es tu punto de referencia y el punto de referencia de tu compañero? 3. ¿Cómo puedes saber si se acerca o se aleja el autobús por medio de los sentidos?
aprendido Reflexión sobre lo cómo la secuencia sobre de io ic in al as ab rencia Revisa lo que pens a de ti. ¿Existe dife ej al se o ca er ac il se ifica tu detectar si un móv e sabes ahora? Just qu lo y as ab ns pe entre lo que respuesta. Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Cómo sabes que se mueve? en la programación de la red satelital Edusat.
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secue n c i a 1 ¿Para qué me sirve lo que aprendí? ¿Dónde estaría ubicado tu punto de referencia para que veas las siguientes situaciones? 1. La Luna aparece en el horizonte. 2. Un barco que se oculta en el horizonte. 3. Mientras viajas en autobús lees un anuncio inmóvil que está pegado en el interior del autobús. • Justifica las respuestas en tu cuaderno mediante dibujos o esquemas.
Ahora opino que... Sabemos de las limitaciones de los sentidos en la percepción de movimientos rápidos y lentos; ¿qué han hecho para superar estás limitaciones las personas que se dedican al estudio de los fenómenos naturales? • Argumenten su respuesta.
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Para saber más 1. Braun, E. (2003). El saber y los sentidos. México: FCE, 151 pp.
1. Braun, Eliezer. El saber y los sentidos: la vista. ILCE. 26 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/073/htm/sec_6.htm. 2. Braun, Eliezer. ¿Para qué sirven los sentidos?: la vista. ILCE. 26 de febrero de 2007. http:// bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/073/htm/sec_4.htm 3. Braun, Eliezer. El oído. ILCE. 26 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/073/htm/sec_7.htm
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¿Cómo se mueven las cosas? sesión 1
Para empezar El Universo en movimiento Lee el texto. • Antes de iniciar la lectura piensa en cinco movimientos que realizas en este momento.
Texto introductorio
El movimiento es parte de nuestra vida. Por ejemplo, la sangre circula por todo el
cuerpo llevando nutrimentos y oxígeno a todas las células, tejidos y órganos, a través de las arterias. Los músculos y huesos de nuestros brazos y piernas nos permiten caminar, correr y jugar. Existen algunos organismos que realizan migraciones y se desplazan de un lugar a otro, como la mariposa monarca. El movimiento también está presente en la materia inerte. Por ejemplo, un río corre llevando piedras, lodo y materia orgánica desde las montañas hasta el mar, y el viento mueve las nubes de un sitio a otro. Incluso los continentes se mueven, aunque su desplazamiento sea evidente sólo después de miles de años. La Tierra gira sobre su eje cada 24 horas aproximadamente y, al mismo tiempo, se desplaza alrededor del Sol siguiendo una trayectoria elíptica que se completa en 365 días. Y eso no es todo: El Sol y los planetas que lo circundan, se mueven en una órbita gigantesca alrededor del centro de la Vía Láctea. ¡Lo sorprendente es que estos movimientos ocurren sin que nos demos cuenta¡ Por lo visto, todo el tiempo algo se mueve dentro o fuera de nosotros.
Hace 650 millones de años
Hace 237 millones de años
Presente
Es difícil encontrar algo que no se mueva en el Universo.
Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como elíptico.
Ahora conoces los conceptos de posición, desplazamiento y distancia a lo largo de una recta. En esta secuencia, conocerás qué es la trayectoria y el desplazamiento de un cuerpo cuando se mueve en un plano, así como la diferencia entre su rapidez y su velocidad. Asimismo, representarás mediante gráficas de posición y tiempo el movimiento de un objeto a lo largo de una recta. De esta manera, apreciarás la importancia de describir con mayor precisión cómo se desplazan los cuerpos en la vida cotidiana.
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II
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante la secuencia.
Le has ofrecido a tu hermana que al salir de la escuela, puedes ayudarle a dejar tres invitaciones para su fiesta de quince años, aunque esto te desvíe un poco de tu camino habitual de la escuela a la casa. En las indicaciones, ella te escribe lo siguiente: “En ninguna casa te detengas, sólo mete el sobre en el buzón. Por la calle Juárez, camina 200 pasos en dirección al sur. Allí está la casa 1. Después, caminas 450 pasos en dirección este y llegarás a la casa 2. La tercera y última casa se encuentra a 600 pasos al norte de la casa 2. Cuando termines, regresa a nuestra casa, situada a 150 pasos al oeste de la casa 3. Puedes hacer todo el recorrido en media hora si mantienes el mismo paso. ¡Gracias!” 1. ¿Cuál es la distancia total recorrida para entregar las invitaciones desde la escuela hasta tu casa? Dibuja la trayectoria. 2. ¿Cuál es la cantidad y la dirección del desplazamiento neto? 3. Si mantienes el mismo paso, ¿en qué tiempo llegarías por el camino habitual de la escuela a tu casa, que es una línea recta?
Lo que pienso del problema Realiza en tu cuaderno lo que se pide: 1. Representa en un dibujo el camino seguido para repartir invitaciones. 2. ¿Cuál sería en este caso, medida en pasos, la distancia total recorrida y cuál la magnitud del desplazamiento neto? 3. ¿Qué dirección tuvo el desplazamiento neto? 4. ¿Cuántas posiciones intermedias reconoces en el mapa? 5. Caminando al mismo paso que para hacer las entregas, ¿en cuánto tiempo llegarías a tu casa por el camino habitual, que es una en línea recta?
Manos a la obra Actividad UNO Describan el movimiento de dos compañeros del grupo. • Para ello, realicen lo siguiente:
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secue n c i a 2 1. Comenten: ¿Qué se necesita para describir el movimiento? 2. Seleccionen a dos compañeros del grupo. 3. Ambos deben caminar de “gallo gallina” al poner la punta de un pie detrás del talón del otro pie, desde el mismo punto inicial hasta un mismo punto final dentro de salón, por trayectorias diferentes. 4. Cuenten el número de pasos de ambas trayectorias y anótenlo en su cuaderno. 5. Elaboren en el pizarrón un mapa del salón visto desde arriba y dibujen la trayectoria de cada uno de sus compañeros.
Dos alumnas de segundo de secundaria se mueven por trayectorias diferentes para llegar al mismo lugar del salón.
6. Comparen la diferencia en el número de pasos empleados para cada trayectoria. Comenten: 1. Sobre el mapa, describan cuál es la diferencia en el movimiento de cada uno de sus compañeros.
Vínculo entre Secuencias
2. ¿Cuál de las dos longitudes de las trayectorias, medidas en pasos, es la más parecida al desplazamiento? Expliquen.
Recuerda que el concepto punto de referencia lo revisaste en la Secuencia 1: ¿Realmente se mueve?
3. ¿Qué nociones o conceptos utilizaron para describir el movimiento de un cuerpo? Escríbanlas en el pizarrón. Lean el texto. • Antes de la lectura respondan la pregunta del título del texto con un ejemplo.
Texto de información inicial
¿Es lo mismo trayectoria que desplazamiento? Para describir el recorrido de la escuela a nuestra casa podemos dibujar el trayecto como una sucesión de
segmentos. Si fuéramos avanzando por una carretera, ocuparíamos distintas posiciones, que podemos marcar con puntos. La sucesión de estos puntos es nuestra trayectoria. Por ejemplo, una mosca puede moverse en círculos, por lo que su trayectoria es circular; la Tierra, por su parte, sigue una trayectoria elíptica al girar alrededor del Sol. Cada trayectoria tiene una longitud de trayectoria determinada, que no es otra cosa que la distancia recorrida por el cuerpo en movimiento.
Pf
Po
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 26 27 28 29 30
Trayectoría
Desplazamiento
La trayectoria seguida por el camión desde Po hasta Pf está marcada con puntos grises. Ésta se forma por el conjunto de las posiciones sucesivas ocupadas por el camión, desde el punto inicial hasta el punto final del recorrido. En este caso, la longitud de la trayectoria es mayor que la del desplazamiento. Todas las posiciones están referidas a un punto que es el origen del punto de referencia utilizado en el que podría estar un observador. 34
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CIENCIAS
II
Para distinguir cuando vamos de ida y cuando venimos de regreso por una carretera, hablamos de sentido de movimiento. Por otra parte, si trazamos un segmento que una los puntos inicial y final de la trayectoria estaremos representando el desplazamiento del objeto. Puedes darte cuenta que esta cantidad no depende de la forma de la trayectoria intermedia. Representa la distancia más corta entre las posiciones inicial y final, pero contiene otra información adicional: nos dice en qué dirección se movió el objeto al pasar de una posición a otra. Conviene dibujar el segmento como una flecha que apunta de la posición inicial hacia la posición final: nos dice de paso cuál es el sentido de movimiento.
A
F Supongamos que los atletas salen del punto “A”, situado a 100 metros de la llegada, en sentido inverso de las manecillas del reloj, y llegan a la meta, marcada con “F”. En este caso, la distancia recorrida es 300 metros, en tanto que la magnitud del desplazamiento es menor a 100 metros. En otras palabras, la longitud de la trayectoria es mayor a la del desplazamiento.
Te podrás dar cuenta de que la longitud de la trayectoria es siempre mayor o igual al desplazamiento. Conocer la trayectoria de un objeto nos dice exactamente qué posiciones puede ocupar a lo largo de su movimiento. Esto puede ser muy útil para estudiar, por ejemplo, los hábitos de algunas especies migratorias, la diseminación de un medicamento por el torrente sanguíneo, o bien, para determinar la responsabilidad del conductor de un vehículo en un accidente, al considerar la evidencia de las marcas de las llantas sobre el pavimento. En su cuaderno: 1. Elaboren una tabla comparativa entre trayectoria y desplazamiento neto. Trayectoria y Desplazamiento Semejanzas Diferencias
Para mayor información sobre trayectoria y desplazamiento, consulten el Diccionario Oxford de Física o alguna enciclopedia.
2. Hagan un dibujo en el que el tamaño del desplazamiento neto de un móvil sea igual a la longitud de su trayectoria. 3. Dibujen dos trayectorias posibles de su casa a la escuela y tracen el desplazamiento neto.
dido iento para bre lo apren y desplazam a ri to c e y Reflexión so a eptos de tr en los conc rv si te é u q ¿De problema? resolver el 35
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empleada elo: Utilizar Construir un mod dibujar vos, objetos o dispositi mas para ra ag esquemas o di enos naturales. representar fenóm
Nueva destreza
Actividad DOS De Cerritos a Villa Rica
Construyan un modelo que describa la trayectoria, el desplazamiento y la rapidez de un móvil.
i. Comenten: Describan dos trayectorias diferentes para ir a la escuela y digan cuál sería el desplazamiento neto. ii. En el patio de la escuela, realicen la siguiente práctica. 1. Material a) 4 cronómetros o relojes con segundero b) Cuaderno c) Lápiz d) 40 metros de estambre u otro hilo grueso e) Cinta métrica o metro f) Cinta adhesiva 2. Procedimiento
• Imaginen que se van a trasladar de un poblado llamado Cerritos hasta otra ciudad de nombre Villa Rica. Ahora: a) Hagan una marca en el patio, ubicando a Cerritos como punto de referencia. b) Dividan la longitud del estambre en cuatros segmentos o tramos de 10 m cada uno. c) Marquen con cinta adhesiva cada uno de los segmentos: 10, 20, 30 y 40 m. d) Coloquen el estambre sobre el piso simulando la forma de la trayectoria a su elección e) Fijen con cinta adhesiva el estambre al suelo. f) Escojan a cuatro cronometristas. Cada uno se ubica en cada una de las cuatro marcas. g) Pida a un compañero hacer el recorrido sobre el estambre de la siguiente manera: i. Caminando lento ii. Corriendo h) Tomen el tiempo que tarda el compañero en recorrer la distancia desde el punto de partida hasta la posición del cronometrista. Para ello los cronometrístas deben arrancar simultáneamente sus cronómetros. i) Midan el desplazamiento entre Cerritos y Villa Rica. j) Tomen el tiempo en que el compañero recorre esta distancia caminando y corriendo. k) Anoten estos datos en la tabla. 3. Resultados Tabla de resultados Segmento 1 2 3 4 Desplazamiento neto
Distancia Recorrida (m) 10 20 30 40
Tiempo caminando (s)
Tiempo Corriendo (s)
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CIENCIAS
II
4. Análisis de resultados a) ¿Cuál es la distancia en línea recta entre Cerritos a Villa Rica? b) ¿Cómo se llama esta magnitud? c) ¿En cuanto tiempo fue recorrida caminando y corriendo? d) ¿En cuántos metros difieren la longitud de la trayectoria y el desplazamiento neto? e) ¿Cómo podemos conocer la rapidez del compañero en esta experiencia? f) ¿En cuál de los segmentos el voluntario se movió con mayor rapidez? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de práctica en sus cuadernos. Comenten los resultados obtenidos Para ello: • Intercambien sus opiniones sobre: a) La diferencia entre la longitud de la trayectoria y el desplazamiento. b) ¿Cómo definirían la rapidez de un objeto? c) ¿Cuál creen que sería la fórmula de la rapidez? d) Menciona dos ejemplos de la vida diaria en la que la descripción del movimiento sea de utilidad
Para terminar Lean el texto. • Antes de la lectura comenten: ¿Cómo definirían la velocidad de un objeto? Texto de formalización
¿Qué más necesitamos para describir el movimiento? La rapidez y la velocidad son datos fundamentales
para describir el movimiento. Un objeto se mueve con mayor rapidez que otro cuando recorre la misma distancia en menos tiempo, no importando hacia dónde se dirija. Si medimos la longitud de la trayectoria de un compañero que cruza el patio de la escuela corriendo, y la dividimos entre el tiempo que tardó en llegar, obtendremos su rapidez. En las competencias olímpicas, por ejemplo, los atletas más rápidos son capaces de recorrer 100 metros planos en menos de 10 segundos. Si dividimos 100m entre 10s, obtenemos un valor de 10 m s , que es precisamente la rapidez. El valor de la rapidez promedio, que representaremos con la letra v, se calcula dividiendo la distancia total entre el tiempo empleado, lo que se puede expresar como v = d . t
En una carrera de 10 km, los atletas que llegan primero a la meta tienen una rapidez media de 4.3 km . h 37
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secue n c i a 2 Así, por ejemplo, si un objeto recorre 300 kilómetros en dos horas, entonces, su rapidez es de: v = 300km = 150km = 150 km 2h h h Esto significa que cada hora, el automóvil recorre 150 km. Conociendo la rapidez y el tiempo, podemos saber cuál es la distancia recorrida al despejar la fórmula. Por otra parte, la cantidad llamada velocidad nos proporciona más información sobre el movimiento de un objeto. Porque además de qué tan rápido se mueve, nos dice para dónde va. A manera de ejemplo, tomemos un movimiento rectilíneo donde un objeto se mueve desde la posición xi = 5 m hasta la posición xf = -7 m en 4 segundos. Según nuestras definiciones anteriores, podemos decir que la rapidez fue de: v = d = 12m = 3 m t 4s s
Posición (Km)
50 40 30
En tanto que la velocidad, representada por la misma letra v, se calcula como:
20 10 0 0
1
2
3
4
5
v=
Tiempo (horas)
La posición y el tiempo de un objeto en movimiento también se pueden representar gráficamente. El eje vertical muestra distintas posiciones del objeto, expresadas en kilómetros. El eje horizontal expresa el tiempo para cada posición, desde la primera hasta la quinta hora. La línea punteada representa el valor de la velocidad, que en este caso, siempre es de 10 km . h
(-7m-5m) -12m m = 4s = -3 s 4s
El signo menos nos da, en este caso, una información extra: el objeto se dirige hacia la izquierda. Entonces, la velocidad se define, en un movimiento rectilíneo, como: v = ∆x ∆t Donde: ∆x= xf - xi y ∆t es el tiempo invertido en completar el desplazamiento. Para determinar la velocidad de un cuerpo en un plano, es necesario dar la rapidez y especificar la dirección, con un ángulo respecto a la horizontal. Las unidades se pueden expresar en km y m s h
Analicen lo que se indica: • Escriban sus respuestas en el pizarrón. 1. ¿Es lo mismo velocidad que rapidez? Explica 2. En una competencia de maratón, ¿qué rapidez promedio debe tener un corredor para completar los 42.195 km en 3 horas? 3. ¿Cuál de las siguientes mediciones es una velocidad?:
a) 70 m s de México a León km al Noroeste de Tuxpan c) 80 h
b) 40 latidos/minuto d) 100
km h
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II
CIENCIAS ido re lo aprend b so n ió x e fl óvil, la Re e un autom d o tr e ím c lo esta. l ve ca tu respu li ¿Qué mide e p x E z? e id la rap stos velocidad o ncia entre e re e if d la r e c no ma? ¿Te sirve co lver el proble so re ra a p s concepto
Conexión con Matemáticas Para recordar cómo graficar variables en el plano cartesiano, revisa la Secuencia 32: Gráficas asociadas a situaciones de proporcionalidad de tu libro Matemáticas I..
Sabías que… Las personas dedicadas a las ciencias le llaman magnitudes físicas a las propiedades de los objetos que se pueden medir. Por ejemplo, la longitud y el tiempo.
empleada Nueva destreza numéricos. a partir de datos s ne io ac er op ar Calcular: Realiz
Actividad TRES
sesión 3
Calculen la rapidez de un cuerpo en movimiento. 1. Utilicen los datos de la tabla para: a. Calcular la rapidez de un alumno que camina por cada segmento de la trayectoria. b. Calcular la rapidez del alumno cuando corre por cada segmento de la misma trayectoria. 2. Escriban los valores calculados de la rapidez en la columna correspondiente. Caminando Distancia Recorrida (m) 10 20 30 40
Segmento 1 2 3 4
Corriendo
Rapidez ( m ) s
Tiempo (s)
Tiempo (s)
3 6 9 12
Rapidez ( m ) s
2 4 6 8
3. Elaboren dos gráficas de distancia y tiempo. Tracen los datos del tiempo en el eje horizontal. Corriendo 50
40
40
Distancia (m)
Distancia (m)
Caminando 50
30 20 10 0
30 20 10
0
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo (segundos)
8
9 10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Tiempo (segundos)
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secue n c i a 2 Analicen lo siguiente: 1. ¿Cómo se puede saber si un objeto es más rápido que otro en una tabla de datos? aprendido Reflexión sobre lo evos ¿Qué elementos nu ntestar co ra tienes ahora pa el problema?
2. ¿Cómo se puede saber si un objeto es más rápido que otro en una gráfica? Observa la inclinación de la recta al unir los puntos. 3. ¿Qué ventajas ofrece una gráfica para describir el movimiento? 4. Si se recorre la misma distancia en cada tramo, ¿por qué la rapidez es diferente?
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Le has ofrecido a tu hermana que al salir de la escuela, puedes ayudarle a dejar tres invitaciones para su fiesta de quince años, aunque esto te desvíe un poco de tu camino habitual de la escuela a la casa. En las indicaciones, ella te escribe lo siguiente: “Por la calle Juárez, camina 200 pasos en dirección al sur. Allí está la casa 1. En ninguna casa te detengas, sólo mete el sobre en el buzón. Después, caminas 450 pasos en dirección este y llegarás a la casa 2. La tercera y última casa se encuentra a 600 pasos al norte de la casa 2. Cuando termines, regresa a nuestra casa, situada a 140 pasos al oeste de la casa 3. Puedes hacer todo el recorrido en media hora si mantienes el mismo paso. ¡Gracias!” 1. ¿Cuál sería la distancia total recorrida para entregar las invitaciones desde la escuela hasta tu casa? Dibuja la trayectoria. 2. ¿Cuál es la cantidad y la dirección del desplazamiento neto? 3. Si mantienes el mismo paso, ¿en qué tiempo llegarías a tu casa por el camino habitual, que es una línea recta? ” Resuelve el problema en tu cuaderno. • Incluye en tus respuestas aspectos que revisaste en la secuencia. Por ejemplo: 1. Si la cantidad y dirección del desplazamiento neto es igual a las de la trayectoria 2. Si mantuviste la misma rapidez en las posiciones intermedias del recorrido, o si lo que mantuviste constante fue la velocidad. Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Describiendo el movimiento en la programación de la red satelital Edusat.
n el ue describe dido q n s re e p d a a d lo ti n re b zamiento lgunas ca Reflexión so bre el despla presentan a re so s se ía o b m sa ó e c u hora? onoces tre lo q que sabes a lo Ahora que c ué diferencia notas en y ia c n e , ¿q de la secu movimiento óvil al inicio m n u e d a ri y la trayecto
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CIENCIAS
II
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Si fueras un turista, ¿te convendría saber la rapidez o la velocidad del transporte que te llevará a tu destino? ¿Por qué? 1. Emplea los conceptos de rapidez y velocidad trabajados en la secuencia en tu respuesta. 2. Escribe un breve texto en tu cuaderno.
Ahora opino que... Supongamos que conducen una ambulancia por lo que su trabajo consiste en llegar al sitio adecuado en el menor tiempo posible para salvar vidas. • Escriban en su cuaderno una reflexión sobre: 1. Las ventajas de conocer la diferencia entre trayectoria y desplazamiento para recoger a una persona que sufre un accidente en el centro de la ciudad. 2. Las dificultades que tienen los conductores de las ambulancias para realizar su trabajo. 3. La utilidad de distinguir entre velocidad y rapidez.
Para saber más 1. Diccionario de Física. (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Walker, J. (1990). Física Recreativa: La feria ambulante de la Física. México: Noriega. 3. Wood, R.W. (2004). Ciencia creativa y recreativa. experimentos fáciles para niños y adolescentes. México: McGraw-Hill Interamericana.
1. Braun, Eliezer. Un movimiento en zigzag. ILCE. 26 de febrero de 2007 http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/13/htm/movzig.htm
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secue n c i a 3
¿Qué onda con la onda? Para empezar
sesión 1
Ondas y desastres Lee el texto. • ¿Qué entiendes por movimiento ondulatorio? Reflexiona sobre ello antes de leer el texto. Texto introductorio
Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como placa.
Para más información sobre los sismos, consulta el libro Los temblores en las Bibliotecas Escolares y de Aula.
El 26 de diciembre de 2004, se originó frente a la isla de Sumatra, en Indonesia, se originó un gran temblor o terremoto que generó olas de hasta 10 metros de altura las cuales afectaron todo el Océano Índico, principalmente las islas de Sumatra y Sri Lanka, pero también las costas de India, Tailandia, las islas Maldivas e incluso alcanzaron Kenia y Somalia, en el Continente Africano. Toda la superficie del planeta está dividida en placas, como un gran rompecabezas. Los continentes se ubican sobre estas placas. Los temblores o sismos se producen cuando dos placas que se encuentran juntas se mueven, lo que provoca vibraciones que se transmiten en todas direcciones. Cuando ocurre un sismo en el fondo del mar, se producen olas gigantes conocidas como tsunamis, lo que provoca que se desplace el agua que se encuentra arriba del sitio donde se produjo el movimiento del piso marino o epicentro.
Conexión con Geografía Recuerda que las causas de los sismos y los daños que ocasionan los revisaste en la Secuencia 9: La población en riesgo de tu libro de Geografía de México y del mundo.
Epicentro del terremoto que provocó el tsunami que afectó gran parte del Océano Índico en 2004.
Vínculo entre Secuencias La manera de prevenir accidentes durante los sismos se revisa en el Proyecto 1: ¿Cómo podemos medir la magnitud de los terremotos mediante el sismógrafo? Formación de un terremoto y de tsunamis a partir del desplazamiento de dos placas de corteza terrestre. 42
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CIENCIAS
II
En esta secuencia diferenciarás algunos tipos de movimiento ondulatorio y sus características. Utilizarás el modelo de ondas para explicar algunas propiedades del sonido.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Tienes una colección de botellas iguales de vidrio iguales; llenas a diferente nivel de agua. Si golpeas las botellas ligeramente con una pequeña varilla de metal, más o menos de la misma manera, notarás que todas ellas emiten sonidos distintos ¿por qué? Justifica tu respuesta.
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Cómo se genera el sonido? 2. ¿Cómo es posible que llegue el sonido hasta nuestros oídos? 3. ¿Por qué botellas con diferente cantidad de agua emiten distintos sonidos al golpearlas? Compartan sus respuestas. • Identifiquen las similitudes y las diferencias entre ellas.
Manos a la obra Actividad UNO Describan cómo se propaga el sonido. • Realicen la demostración: 1. Comenten: ¿Cómo se genera y propaga el sonido? 2. Van a necesitar: a) Lata de refresco vacía. Se debe quitar la base con un abrelatas. b) Globo grande y grueso. c) Liga d) Vela e) Encendedor 3. Realicen lo que se indica: a) Retiren la argolla de la tapa para dejar libre el orificio pequeño. b) Cubran con un pedazo de globo el hueco de la base de la lata. El globo simulará una membrana.
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secue n c i a 3 c) Enciendan la vela garantizando que no haya corrientes de aire demasiado fuertes alrededor de ella. d) Coloquen la llama a la altura del orificio pequeño de la tapa. e) Acerquen la lata aproximadamente a 2 cm de la flama de la vela. f) Pídanle a un compañero que golpee la membrana. g) Observen atentamente lo que ocurre con ella. h) Incrementen la distancia entre la lata y la flama a 4, 6, 8 y 10 cm. i) Observen con atención lo que ocurre con la flama cuando el compañero golpea la membrana, en cada uno de los casos. j) Escuchen el sonido que se produce al golpear la membrana. Pueden acercar el oído a la lata cuando se golpea la membrana. k) Elaboren una tabla como la que se muestra en el pizarrón, para registrar sus observaciones. Distancia entre la lata y la flama (cm)
Lo que ocurre con la flama
2 4 6 8 10
4. Comenten: a) ¿Qué pasa con la flama cuando golpean la membrana? b) ¿Qué hay entre la membrana y la flama? c) ¿De dónde proviene la fuerza necesaria para mover la flama? d) ¿Cómo se transmite la energía desde la membrana hasta la flama? e) ¿Qué ocurre cuando alejan la lata de la flama? ¿Por qué? f) ¿Cómo tendrían que mover la membrana para apagar la flama? g) ¿Cómo se transmite el sonido? Para ello, relacionen el golpe sobre la membrana, el movimiento de la llama y el sonido que escuchan.
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CIENCIAS
II
Lean el texto. Pongan atención en cómo se produce el movimiento ondulatorio a partir del movimiento oscilatorio. Texto de información inicial
¿Las ondas están en todas partes? Cuando una piedra cae en un estanque, desplaza
cierta cantidad de agua. Esta agua comienza a moverse de abajo hacia arriba o en círculos pequeños. Este movimiento se transmite al agua contigua lo que provoca que se propague el movimiento en forma de una onda u ola. Si en vez de tirar una sola piedra, agitamos o perturbamos el agua con la mano de manera repetitiva, con un movimiento oscilatorio, vamos a formar muchas olas en el estanque. Cuando en una ola el agua sube se forma una cresta o “lomo” de la ola. Cuando el agua baja se forma un valle. La propagación del movimiento oscilatorio del Olas marinas. agua en forma de olas es un caso particular de movimiento ondulatorio, conocido como ondas. Las ondas avanzan con distinta velocidad en diferentes medios materiales como el agua, el aire y la tierra, entre muchos otros. La materia que conforma el medio por el cual se propaga una onda no se desplaza significativamente. Lo que transfiere a la distancia una onda es energía. Las ondas nos rodean por todas partes. Por ejemplo, el sonido se produce cuando se perturba el aire o el agua, y esta perturbación avanza por ellas hasta llegar a nuestro oído. Las ondas se propagan por diferentes medios a diferentes velocidades. Por ejemplo, las ondas sísmicas producidas por un movimiento del suelo se llegan a transmitir a una velocidad de 6 km s .
rar, cidad de ob a p a c la s E iento. Energía: r en movim e n o p y r a transform de ovimientos m r a tu c fe E eces, a Oscilar: n muchas v e it p re se e vaivén qu o de un e un péndulo e o movido d ra e n a m la sort do de un re r objeto colga ra figurada a cualquie e n a m e D s por él. e mucha que se repit movimiento ilatorio. nsidera osc o c le se s e c ve n o la rnar el orde o st a Tr r: a Perturb algo. quietud de
Formación de olas por el movimiento repetido de regiones del agua de agua. 45
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secue n c i a 3 Vínculo entre Secuencias Recuerda que el concepto de desplazamiento lo estudiaste en las Secuencias 1: ¿Realmente se mueve? y 2: ¿Cómo describimos el movimiento de los objetos?
En su cuaderno: 1. Expliquen cómo se transmite energía a través de un medio material. 2. Describan la similitud y la diferencia entre un movimiento oscilatorio y un movimiento ondulatorio u onda.
Cresta
Una onda propagándose en el agua del mar es lo que conocemos como una ola. En la figura se observan los lomos y los valles de las olas.
Sabías que… La energía que transporta el sonido cuando se propaga en un medio puede ser también absorbida por otro medio. Por ejemplo, algunos materiales como el corcho absorben parte de la energía del sonido. El sonido también puede rebotar con algún material sin llegar a transmitirse a través de él. A este rebote se le llama reflexión y es la causante de los efectos de eco. También el sonido puede cambiar su dirección de propagación al pasar de un medio a otro, a este efecto se le llama refracción. onda incidente
onda reflejada
Normal Aire
Agua
θ
θ
α Alfa onda refractada
Las ondas incidente y reflejada hacen el mismo ángulo con respecto a la normal. La onda refractada se separa de la normal.
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CIENCIAS Actividad DOS Analicen la forma en que se producen ondas en el agua. • Realicen la siguiente demostración: 1. Comenten: ¿Cómo pueden producir ondas en el agua?
II
empleada Nueva destreza ar las Analizar: Determin ementos s el relaciones entre lo situación, a un n que compone lema. fenómeno o prob
2. Van a necesitar: a) Palangana, cubeta o charola grande semitransparentes de cinco a diez litros. b) Tres corchos o tres trozos pequeños de madera. c) Agua d) Regla e) Piedra pequeña 3. Realicen lo siguiente: a) Viertan agua hasta la mitad de la cubeta. b) Esperen a que el agua de la cubeta esté en completo reposo. c) Coloquen con mucho cuidado los tres corchos o trozos de madera sobre la superficie del agua sin perturbarla. d) Esperen hasta que observen que los corchos junto con el agua no se mueven. e) Pidan a un compañero que deje caer la roca pequeña en el centro de la cubeta a una altura de 20 cm aproximadamente, medida desde la superficie del agua. f) Observen con atención, durante un par de minutos, el movimiento de los corchos y el movimiento del agua en su conjunto.
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secue n c i a 3 4. Comenten:
ido re lo aprend b so n ió x e fl Re rve conocer ¿De qué te si an las ondas pag cómo se pro el ara resolver en el agua p problema?
sesión 2
a) ¿Qué tipo de movimiento realizan los corchos? b) ¿Qué tipo de movimiento realiza el agua? c) ¿Por qué se mueven los corchos? d) ¿Cómo se propaga este movimiento? e) Algunos ejemplos de la vida cotidiana en los que se observen ondas.
Para terminar Ondas transversales y longitudinales Lean el texto. Reconozcan los diferentes tipos de ondas.
Texto de formalización
¿Cuáles son las características de las ondas? Cuando se perturba el extremo de una cuerda horizontal tensa, sacudiéndola hacia arriba o hacia abajo, se
transmite este movimiento a todas las partículas que conforman la cuerda. El transporte de energía se da a lo largo de toda la cuerda en sentido horizontal. No obstante, el sentido del movimiento con el cual se perturba la cuerda es vertical. La onda generada de esta manera en una cuerda tensa, recibe el nombre de onda transversal, ya que hay un ángulo de 90° entre la dirección de propagación de la energía y la dirección en la cual se ha perturbado el medio.
Propagación de la energía
y
Ejemplo de una onda transversal.
x
A diferencia del caso anterior, cuando el aire es empujado o perturbado, por ejemplo, cuando tocamos un tambor o una trompeta, generamos en el propio aire ondas que viajan en la misma dirección en la que lo perturbamos originalmente. A este tipo de ondas se les conoce como ondas longitudinales, pues la dirección de propagación es la misma que la de la perturbación.
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CIENCIAS Producimos este tipo de ondas cuando hablamos, ya que las cuerdas vocales golpean o perturban cierta cantidad de aire. La porción de aire perturbado, a su vez, golpea a otra porción que se encuentre cerca. De esta manera se propaga la perturbación a través del aire y se transmite con ello energía en la misma dirección en que ésta avanza.
Un ciclo: distancia entre cresta y cresta.
II
Longitud de onda
Perturbación
Transporte de energíav
Cresta Línea de equilibrio
Amplitud
λ = longitud de onda
Valle
Esquema de una onda transversal
Las ondas pueden representarse gráficamente mediante una curva llanada sinusoide, de ahí que a las ondas transversales se les conozca como ondas sinusoidales. La onda sinusoidal permite definir las características generales de todas las ondas. Consiste en una imagen congelada de la onda en determinado tiempo. Como una fotografía de la onda. La línea horizontal que divide a la onda en dos partes iguales se define como línea de equilibrio. A partir de esta línea, al punto más alto de la sinusoide se le llama cresta, y al punto más bajo se le denomina valle. La distancia de la línea de equilibrio, ya sea a una cresta o a un valle, se le conoce como amplitud. La energía que transporta la onda se relaciona con la amplitud de dicha onda. Por ejemplo, en el caso del sonido, el volumen –qué tan fuerte escuchamos el sonido- depende directamente de la amplitud de las ondas sonoras. La longitud que separa a dos crestas consecutivas o a dos valles consecutivos se le llama longitud de onda y se denota con la letra griega λ, que se pronuncia “lambda”. El tiempo que se requiere para que una onda avance su propia longitud de onda, a través del medio en el cual se propaga, se llama periodo. Al número de longitudes de onda que avanza en exactamente un segundo se le llama frecuencia. Por ejemplo, la frecuencia en el caso de las ondas sonoras determina el tono. Un tono agudo, como el que emitimos al tocar una cuerda del violín corresponde a una frecuencia más alta que la de un tono grave, como el que emitimos al tocar un tambor. Podemos obtener una estimación de la rapidez con la cual se propaga la onda a través del medio, simplemente dividiendo la distancia que recorre entre el tiempo en que la recorre. Una onda puede recorrer una gran distancia, pero en particular, sabemos que recorre una longitud de onda en un periodo Por lo tanto, se puede obtener la rapidez de propagación dividiendo la longitud de onda entre el periodo.
Respondan en su cuaderno: • Las olas del mar, ¿son ondas longitudinales o transversales? Argumenten su respuesta.
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secue n c i a 3 empleada Nueva destreza a conclusión a posición o dar un su a un er ac H : r Inferi lees. noces, observas o partir de lo que co
Actividad TRES Infieran las características de una onda que se propaga en una cuerda tensa. • Comenten: ¿Cómo pueden generar ondas en una cuerda?: 1. Material a) Una cuerda de 3 m de longitud. b) Un cronómetro o reloj. 2. Procedimiento a) Aten uno de los extremos de la cuerda a la pata de la mesa. b) Sostengan el otro extremo con una mano para qu la cuerda se mantenga extendida y en reposo. c) Sacudan la cuerda firmemente una sola vez; moviendo hacia arriba y hacia abajo la mano que la sostiene. d) Midan el tiempo que tarda la perturbación en recorrer la longitud de la cuerda de ida y vuelta. e) Sacudan la cuerda durante 30 segundos. Cuenten sus movimientos de la mano. f) Hagan un dibujo de la forma que adopta la cuerda y cuenten las crestas.
3. Resultados • Escriban en sus cuadernos los resultados: Tiempo de una sola onda Número de crestas durante 30 s de onda Número de movimientos de la mano 4. Análisis de Resultados a) Calculen la rapidez de propagación de la onda: dividan la longitud que avanza la onda en ir de un extremo al otro de la cuerda, y regresar al punto de partida. En este caso la distancia recorrida es de 6 m. Dividiendo la distancia recorrida de ida y vuelta entre el tiempo invertido, se obtiene la rapidez de propagación. 50
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CIENCIAS
II
b) Dividan la longitud de la cuerda entre el número de crestas para obtener la longitud de onda. c) Dividiendo el número de movimientos de la mano entre 30 s para obtener la frecuencia. 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos. Intercambien sus opiniones acerca de cómo aumentar la amplitud y la frecuencia de una onda que se propaga en una cuerda tensa.
n el ido propagan e re lo aprend se b e so u q n s ió a x d e n fl Re entre las o as similares ic st rí te c ra ¿Hay ca uerda as en una c cuerda? d n la o n s e la y n a a u g ag o se propa onocer cóm c e rv si te é ¿De qu a? r el problem e lv so re ra a p
Actividad CUATRO
sesión 3
Describan lo que pasa con el sonido cuando se propaga a través de diferentes medios.
• Realicen la siguiente demostración 1. Van a necesitar: a) Dos o más botellas de vidrio. b) Agua c) Varilla de metal, puede ser un tenedor o una cuchara. 2. Realicen lo que se indica: a) Llenen una botella con agua y la otra, hasta la mitad. b) Golpeen por separado ambas botellas con la varilla. 3. Comenten: a) ¿En qué se diferencian los sonidos? b) ¿Qué característica de las ondas define el tono de un sonido? c) ¿Qué se necesita hacer para aumentar el tono? d) ¿Qué se necesita para disminuir el tono? e) ¿Cómo varía la frecuencia con la cantidad de agua en la botella?
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Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Tienes una colección de botellas iguales de vidrio; llenas parcialmente de agua a diferente nivel. Si golpeas las botellas ligeramente con una pequeña varilla de metal, más o menos de la misma manera, notarás que todas ellas emiten sonidos distintos ¿por qué? Justifica tu respuesta.” En tu cuaderno, escribe la solución al problema. • Para ello considera las siguientes cuestiones: 1. ¿Cómo cambia el tono del sonido en las botellas?
Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Qué onda con la onda? en la programación de la red satelital Edusat.
2. ¿Qué características de las ondas sonoras cambian según la cantidad de agua en las botellas? dido si una bre lo apren so n ió x encia sobre e u fl c e se R la e d io papel. sabas al inic nzar a un barquito de n e p e u q lo Revisa acer ava es gua puede h y lo que sab s onda en el a a b sa n e p lo que rencia entre aderno. ¿Existe dife sta en el cu e u sp re tu ca ahora? Expli
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Tu hermano menor quiere tender su cama rápido y sin realizar mucho esfuerzo. Se le ocurren dos formas para hacerlo: colocar la sábana sobre la cama y extenderla en todas direcciones, o bien, generar una onda transversal que se propague en la sábana para extenderla. ¿Qué método le recomendarías? 1. Explica tu respuesta en el cuaderno. 2. Utiliza en tus argumentos las nociones de generación y propagación de ondas.
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CIENCIAS
II
Lo que podría hacer hoy… Tu vecino practica a diario sus clases de trompeta y no puedes concentrarte para preparar tus exámenes. ¿Qué puedes hacer en la habitación donde estudias para que te llegue la menor cantidad de ruido? 1. Escriban en sus cuadernos una síntesis de sus argumentos. 2. Utilicen en sus argumentos los términos de reflexión, absorción y refracción del sonido
Para saber más 1. De la Herrán, José. (2004). Mosaico tecnológico. México: SEP/ADN editores. 2. Lomnitz, Jorge. (2003). Los temblores. México: SEP/CONACULTA Educal. 3. Mcgrath, S. (2002). La física es diversión. México: SEP/Planeta. 4. Navarrete, Néstor. (2003). Atlas Básico de Tecnología. México: SEP/Parramón. 5. Noreña, V. Francisco y Juan Tonda M. (2002). La energía. México: SEP/Santillana. 6. Pogan, A. (2003). Fuerzas físicas. México: SEP/Ediciones Culturales Internacionales. 1. Diccionario de Física. (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 1. Revista digital universitaria. 10 Febrero 2007. La luz como fenómeno ondulatorio. DGSCA, UNAM. 22 Febrero 2007. http://www.revista.unam.mx/vol.3/num3/sabias1/ondular.html
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¿Cómo caen los cuerpos? sesión 1
Para empezar Lee el texto. • Antes de la lectura contesta: ¿Qué se siente en el estómago cuando caes varios metros o bajas una pendiente en forma rápida?
Texto introductorio
Caer en el vacío como caía yo, ninguno de ustedes sabe lo que quiere decir. Para
ustedes caer es arrojarse quizás desde el piso veinte de un rascacielos o desde un avión que se avería durante el vuelo; precipitarse cabeza abajo, manotear un poco en el aire, y la tierra está ahí, de pronto, y uno se da un gran porrazo (...) Les hablo de cuando no había debajo tierra alguna ni nada sólido (...) Uno caía así, indefinidamente (...) no habiendo puntos de referencia, no tenía idea de si mi caída era lenta o rápida. Admitiendo pues que cayéramos, caíamos todos con la misma velocidad y aceleración (...) en mi caída, seguía una recta absolutamente paralela a la de ella…”. Fuente: Calvino, Italo. Las Cosmicómicas (1997). Barcelona: Minotauro, pp. 41-42.
Mientras no abran el paracaídas, estas personas caen libremente.
En esta secuencia estudiarás el concepto de aceleración, como cambio de velocidad. Analizarás el efecto que tiene el peso de los objetos en la aceleración que experimentan cuando caen libremente. Valorarás la importancia de utilizar procedimientos organizados para describir con mayor precisión algunos fenómenos físicos cotidianos.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante la secuencia.
Tu salón de clases se encuentra en el segundo piso de la escuela. Un compañero en la planta baja te pide prestada una goma. Al dejarla caer desde el balcón desprendes accidentalmente un ladrillo que estaba flojo. Si los dos objetos están a la misma altura cuando empiezan a caer, ¿cuál de los dos caerá primero? ¿Cuál de los dos tendrá mayor velocidad al llegar al piso? ¿Cómo lo demostrarías?
Lo que pienso del problema Escribe en tu cuaderno una explicación para cada pregunta: 1. ¿Qué es una caída libre? 2. ¿Cuál objeto caerá primero? Explica. 3. ¿Cuál de ellos tendrá una velocidad mayor al llegar al suelo? 54
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CIENCIAS
II
Intercambien sus ideas sobre: 1. ¿Qué tipo de evidencias necesitan para resolver este problema? 2. ¿Qué harán para demostrar cuál de los objetos caerá primero y cuál tendrá mayor velocidad al llegar al piso. 3. ¿Qué fue lo que más les interesó del Texto introductorio? ¿Qué más quisieran saber?
Manos a la obra ueba cual se pone a pr el e nt ia ed m o nt car ie necesario identifi ón de un procedim es ci , ea lo el an Pl ra : Pa to o. en en rim inado fenóm Diseñar un expe ados. ada con un determ on ci la re s si te materiales apropi s pó lo r na io cc le una idea o hi se ry podemos controla las variables que pleada
em Nueva destreza
Actividad UNO Diseñen un experimento para identificar si los objetos pesados caen más rápido que los ligeros.
1. Elaboren en su cuaderno una propuesta de experimento de caída libre para conocer si todos los cuerpos caen al mismo tiempo. El experimento debe permitir medir las variables que necesitas conocer en la caída libre. 2. El experimento debe permitir medir las variables que describen la caída libre. 2. Consideren los siguientes aspectos para su propuesta:
Una pelota y una pluma de ave, ¿caen al mismo tiempo?
ntal: ño experime e is d n u r e c Para ha ento: del experim o v ti je b o l e rueba? Propongan os poner a p m mento re e u q s si en el experi ir d e m ¿Qué hipóte a n a les que se v ¿Por qué? n las variab e u q fi ti é sucederá? n u e d ¿Q I : a d e c que su riales que esperan n qué mate o ¿C r: za li Anticipen lo ti los? ue van a u l material q os conseguir e m n e e d u o q fi ¿P ti r? n Ide abaja s vamos a tr s deseadas: o sustancia las variable ir d e m ra a to p cer? procedimien vamos a ha lo o Definan el m ó ¿C ? a medir eñado? ¿Qué vamos alizar lo dis re s o m e d o ¿P del diseño: Evaluación
Evalúen los diseños de todos los equipos. Para ello: 1. Expongan sus diseños frente al grupo. 2. Debatan sobre las ventajas y las desventajas de cada uno. 3. Elijan el que consideren que funcionaría mejor, de acuerdo con sus ventajas.
dido bre lo apren Reflexión so ahora ntos tienes ¿Qué eleme a? m r el proble para resolve
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secue n c i a 4 Actividad DOS ¿Cuál cae primero? Apliquen los conceptos asociados a la caída
empleada s: Identificar Aplicar concepto nceptos. s co y hacer uso de lo
Nueva destreza
libre de los objetos. 1. Material
a) Dos objetos del mismo tamaño pero de distinta masa: una canica y una bolita compacta de papel. b) Cinta métrica o un metro. c) Cronómetro o reloj con segundero. d) Sartén metálico de unos 20 cm de diámetro. e) Cinta adhesiva. 2. Procedimiento • Antes de iniciar las experiencias: i. Midan la altura que hay entre el piso y el más alto de sus compañeros subido en una silla con el brazo extendido hacia arriba. Pongan a esa altura una marca con un pedazo de cinta adhesiva en la pared. ii. Coloquen el sartén en el piso, debajo de la marca. Experiencia A: Los objetos caen ATADOS a) Aten los objetos con la cinta adhesiva. b) Escriban una hipótesis sobre cómo será la velocidad de caída de los objetos. c) Registren el tiempo de caída al escuchar el sonido cuando los objetos golpean el sartén.
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CIENCIAS
II
Experiencia B: Los objetos caen UNO POR UNO a) Escriban una hipótesis sobre cuál de los objetos caerá más rápido. b) Dejen caer los tres cuerpos al mismo tiempo, desde la misma altura pero separados. c) Registren el tiempo de caída, para ello escuchen el sonido en el sartén. Estén atentos pues la caída sucede en un tiempo muy corto.
3. Resultados • Completen estas tablas de resultados en su cuaderno. Experiencia A: Los objetos caen ATADOS Altura:
metros
Hipótesis ¿Cuánto tardará en caer el paquete?
Resultado Tiempo medido
Bola de papel Balín o canica Experiencia B: Los objetos caen SEPARADOS Altura: Hipótesis ¿Cuánto tardarán en caer los objetos?
metros Resultado Tiempo medido
Bola de papel Balín o canica 4. Análisis de resultados • De acuerdo con sus mediciones, expliquen en sus cuadernos: Experiencia A: Los objetos caen ATADOS a) ¿Cuál de los objetos tiene mayor masa? b) ¿El tiempo de caída del paquete fue determinado por la masa de alguno de los objetos? Explica. c) ¿Se cumplió su hipótesis? Expliquen. Experiencia B: Los objetos caen SEPARADOS a) ¿Hubo diferencias en los tiempos de caída? b) ¿Cuáles son las razones por las que se obtuvieron esos resultados? c) ¿Se cumplió su hipótesis? Expliquen. 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en su cuaderno. Intercambien sus opiniones en torno a si la masa influye en el tiempo de caída de los objetos.
dido bre lo apren Reflexión so rve lo que ¿De qué te si ra resolver el pa sabes ahora problema? 57
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secue n c i a 4 Lean el texto. Durante la lectura, encierren en un círculo los argumentos que les sirvan para resolver el problema.
Texto de información inicial
¿Cómo caen los cuerpos? El filósofo griego Aristóteles pensaba que el movimiento era algo que
los objetos poseían internamente, de manera que cuando caían libremente “manifestaban” mayor velocidad.. Aristóteles creía, además, que los cuerpos pesados tenían mayor “afinidad con la Tierra”. Esta idea prevaleció por siglos, hasta que Galileo Galilei la puso en duda y, pese a las críticas de muchas personas de su época, se dio a la tarea de demostrar la veracidad o la falsedad de las afirmaciones de Aristóteles, creando gran polémica en su tiempo. Galileo se había dado cuenta de que si se juntaban objetos pesados y ligeros, su combinación no restaba o sumaba velocidad a la caída de uno de ellos por separado. Por ejemplo, un par de piedras de masa diferente atadas entre sí, no caen más rápido que la ligera sola, como Aristóteles suponía. Estudiar este fenómeno no es cosa fácil. Un cuerpo en caída libre se mueve muy rápido y se necesitan alturas muy grandes para poder obtener algún dato útil. En aquellos tiempos no había cronómetros, fotografías instantáneas, ni mucho menos videos en cámara lenta. Experimentador ingenioso y sistemático, Galileo diseñó la forma de registrar datos de velocidades más lentas. Utilizó un plano inclinado para dejar rodar al mismo tiempo, cuesta abajo dos esferas de hierro observó que las esferas llegaban abajo al mismo tiempo aunque tuvieran diferente masa. Además de eso, Galileo marcó segmentos de la misma longitud desde lo alto de la rampa hasta la base. El tiempo que tardaban las bolas en recorrer cada segmento era diferente, de hecho, éstas pasaban más rápidamente por el último segmento. Con estos experimentos, Galileo dedujo el concepto de aceleración y demostró con evidencias que la velocidad con la que caen los cuerpos, no depende de su masa.
dido bre lo apren
Reflexión so ste en que elabora s si te ó ip h s aída ¿La S sobre la c O D d a id v ti a la Ac s se parecen to je b o s lo e libre d o por Aristóteles lo dicho por Galileo? hoque sabes a lo e rv si te é ¿De qu lema? lver el prob so re ra a p ra
Aristóteles (384-322). Utilizaba razonamientos lógicos para explicar los fenómenos de la naturaleza.
Galileo Galilei (1564- 1642). Utilizaba los datos de sus experimentos para explicar los fenómenos de la naturaleza Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como polémica.
Intercambien opiniones sobre: 1. ¿Qué ventajas tuvo Galileo al utilizar un plano inclinado, si dejar caer objetos es aparentemente más sencillo? 2. ¿Por qué Galileo empleó esferas de distinta masa para su experimento? 3. ¿Qué evidencia llevó a Galileo a concluir que los objetos se aceleran conforme caen? 4. ¿Qué se puede demostrar con el experimento de las piedras atadas? • Escriban los puntos principales en el pizarrón.
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CIENCIAS
II
Las ciencias y la comunidad científica Aristóteles afirmaba: “No hay nada en la mente que no pase primero por los sentidos”. Sin embargo, pensaba que las explicaciones de las cosas se encontraban en su esencia, que no es perceptible. Para explicar las cosas, se debería proceder mediante razonamientos para llegar a un conocimiento superior. De esta manera, Aristóteles analizaba los fenómenos pero no consideraba importante experimentar. Galileo, por otra parte, es considerado el padre de la física moderna. Se atrevió a poner en duda todo cuanto analizaba; propuso ingeniosos experimentos en los cuales planeaba cuidadosamente las variables a medir. Al efectuarlos, medía varias veces el mismo evento, registraba los datos, analizaba sus resultados y obtenía conclusiones para demostrar la validez de las afirmaciones científicas.
Actividad TRES
Sesión 2
Infieran cómo varía la velocidad de los cuerpos que ruedan por un plano inclinado. 1. Material a) Canica. b) Cinta métrica o un metro. c) Dos cronómetros. d) Tabla lisa de 1 metro de largo y 20 cm de ancho e) Plumón 2. Procedimiento a) Para elaborar el plano inclinado: i. Dividan con la regla la longitud de la tabla en dos partes iguales. ii. Hagan con el plumón una marca de 50 cm. No es necesario hacer las marcas en 0 y 100 cm. iii. Eleven el extremo que contiene el origen de la tabla a una altura de 3 cm; pueden apoyarla sobre algunos libros apilados. b) Para realizar la experiencia: i. Escriban en su cuaderno una hipótesis sobre si cambiará o no la velocidad de la canica al rodar sobre el plano inclinado. ii. Elijan dos compañeros que serán los cronometristas. iii. Un cronometrista tomará el tiempo cuando la canica pase por la marca de 50 cm y el otro, cuando la canica llegue al final de la tabla.
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secue n c i a 4 iv. Coloquen la canica en la marca de 0 cm. v. Suelten la canica cuando los cronometristas estén listos para tomar el tiempo. Ensayen un par de veces esta operación para lograr la sincronización. vi. Midan el tiempo en el que la canica pasa por las marcas de 50 y 100 cm. vii. Registren los datos del tiempo en la tabla de resultados. viii. Calculen la velocidad de la canica en cada tramo 3. Resultados • Completen la tabla de resultados en sus cuadernos. Distancia (cm)
Tiempo (s)
Velocidad hacia el suelo
0-50 50- 100 4. Análisis de resultados • De acuerdo con sus mediciones, expliquen en sus cuadernos: a) ¿Cuál fue el tiempo en que la canica recorrió cada tramo? b) ¿En cuál de los tramos la velocidad fue mayor? c) La velocidad es constante o variable durante el recorrido por la rampa? d) ¿Se cumplió o no su hipótesis? Expliquen. 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en su cuaderno. Intercambien sus opiniones en torno a: 1. La forma que tendría la gráfica v vs t. Elaboren la gráfica en el pizarrón. 2. ¿Con qué palabra describiría el cambio de velocidad?
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CIENCIAS
II
Para terminar Lean el texto. Antes de iniciar la lectura, comenten qué es la aceleración. Texto de formalización
¿Qué es la aceleración? Sabemos por experiencia que cuando soltamos
un objeto, éste no se queda suspendido en el aire sino que cae verticalmente. Mientras lo hace, aumenta constantemente su velocidad antes de estrellarse contra el piso. Este cambio de velocidad es la variable conocida como aceleración. Si, por el contrario, un objeto se mueve sin experimentar un cambio de velocidad, se dice que se desplaza a velocidad constante. Por ejemplo, supongamos que en un momento dado, un autobús viaja hacia Acapulco con una velocidad de 100 km s . Después de dos horas, el velocímetro marca 120 km h , de manera que hay una diferencia de velocidades en 2 horas, es decir:
Al caer, cada gota de lluvia se acelera verticalmente hacia abajo.
120km - 100km 20km h h h = = 10km h2 h 2h Este valor indica que ha habido una aceleración promedio de 10 km h2 km En el caso anterior, la aceleración se expresa en 2 , pero según el Sistema Internacional de Unidades se h expresa en metros sobre segundo al cuadrado, m2 . Existe una aceleración cuando cambia la velocidad; y a s mayor incremento en la velocidad se incrementa la aceleración. En forma práctica podemos decir, que en intervalos de tiempo iguales, mientras más grande sea la diferencia de velocidades en el numerador, la aceleración es mayor. Esto significa que la aceleración es directamente proporcional al cambio de velocidad. Gráfica de velocidad Velocidad ( km ) h 130
120
110
100 0
1
2
3
4
Tiempo (horas)
En esta gráfica se observa cómo en intervalos de una hora, la velocidad de un objeto aumenta desde 100 km hasta 130 km . Esto indica que la aceleración es de 10 km h h2 h
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secue n c i a 4 Si un cambio de velocidad fijo se hubiera producido en el doble de tiempo, es decir en 4 horas, la aceleración sería más pequeña, porque la aceleración y el tiempo son inversamente proporcionales: km km km km 120 h 20 h 120 h - 100 h km = = = 10 h 4h 4h 4h
v v La fórmula que expresa la aceleración es: a = f - i t Donde: vf , v i son la velocidad final e inicial, respectivamente t es el tiempo en el que ocurre el cambio de velocidad Galileo Galilei encontró que cuando el rozamiento del aire es mínimo todos los objetos caen simultáneamente y en línea recta hacia el suelo, sin importar cuál sea su peso. Su heredero científico, Isaac Newton descubrió el agente que causa la aceleración en los cuerpos que caen: la fuerza de gravedad. La aceleración que imprime esta fuerza es constante y uniforme en la cercanía de la superficie terrestre y se denomina, en m consecuencia, aceleración de la gravedad. Se representa con la letra g y su valor es de 9.8 s2 .
El agua de la cascada cae libremente
Respondan en el pizarrón: 1. En el pie de figura del dibujo de la lluvia, ¿qué quiere decir “cada gota de lluvia se acelera verticalmente hacia abajo”? 62
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CIENCIAS
II
2. ¿Cuál de las siguientes fórmulas corresponde a la de aceleración en una caída libre? Justifiquen su elección (a) t =
a y
(b) g =
v f - vi t
(c) v =
d t
(d) g =
a t
3. Si quisieran obtener el tiempo de caída de un objeto, ¿cómo lo obtendrían de la fórmula seleccionada en la pregunta 2?
Sabías que… La aceleración se puede representar mediante una gráfica de posición y tiempo. Para cada segundo transcurrido se grafica un punto. Al unir los correspondientes puntos se traza una curva y no una recta. Esto ocurre porque al aumentar su velocidad, el cuerpo recorre cada vez más distancia en el mismo tiempo. El desplazamiento entre dos distancias sucesivas se realiza más rápido. Si la velocidad se mantuviera constante, como ocurre en la gráfica de la Secuencia 2: ¿Cómo se mueven las cosas?, se graficaría el movimiento como una recta, en donde se representa de manera evidente que un objeto tarda lo mismo en recorrer cada posición. Es decir, la aceleración es cero. • Identifica las diferencias y las semejanzas entre esta gráfica y la que se encuentra en el texto ¿Qué más necesitamos para describir el movimiento? de la Secuencia 2. Posición (km)
50 40 30 20 10 5 0 0
1
2
3
4
5
Tiempo (horas) En esta gráfica de posición y tiempo se representa un objeto con movimiento acelerado.
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secue n c i a 4
Sesión 3
Actividad CUATRO ¿Qué pasa cuando te aceleras?
s empleadas Nuevas destreza ísticas nocer las caracter Identificar: Reco os, organismos, hech o propiedades de esos. materiales o proc
Identifiquen los distintos tipos de movimiento. Para ello: 1. Marquen con una 3 la magnitud que corresponda a cada descripción. 2. Expliquen su elección en la última columna. 3. Fíjense en el ejemplo. Tipo de movimiento Descripción
a) Un tornillo flojo se desprende de una lámpara del techo y choca con el suelo en menos de un segundo.
Aceleración constante 3
Velocidad constante
Explicación
La velocidad del tornillo va aumentando conforme cae. Por lo tanto tiene aceleración constante.
b) En una carretera con mucho tráfico, un conductor dice que viajó a 30 km s durante una hora.
c) Un trapo mojado cae del tendedero al piso.
d) Un corredor arranca y alcanza 10 m s en 5 segundos 64
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CIENCIAS
II
Analicen sus respuestas. Para ello: 1. Intercambien sus resultados. 2. Las descripciones que se refieran a caída libre, ¿a cuál magnitud corresponden? ¿Por qué? 3. Escriban en el pizarrón sus conclusiones sobre las características de movimientos con: a) Velocidad constante. b) Aceleración constante.
lema? ción del prob lo aprendido lu re so b re so la n n ió e x Refle aceleración concepto de l e e rv si te ¿Para qué
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Tu salón de clases se encuentra en el segundo piso de la escuela. Un compañero en la planta baja te pide prestada una goma. Al dejarla caer desde el balcón desprendes accidentalmente un ladrillo que estaba flojo. Si los dos objetos están a la misma altura cuando empiezan a caer, ¿cuál de los dos caerá primero? ¿Cuál de los dos tendrá mayor velocidad al llegar al piso? ¿Cómo lo demostrarías?”
Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ampliar sus respuestas al problema, escriban un diálogo imaginario entre Aristóteles y Galileo sobre la velocidad de dos objetos de diferente masa cuando caen. • Elaboren el diálogo en una cuartilla de su cuaderno, considerando lo siguiente: 1. Tomen como ejemplo los diálogos entre los campesinos de la obra: Cuando veas la cola de tu vecino arrancar…, del Proyecto de Investigación 3: ¿Cómo reducir la contaminación en mi comunidad?, en tu libro de Ciencias I, volumen II, p. 77. 2. Describan la postura de cada personaje. Para ello, lean el texto ¿Cómo caen los cuerpos? 65
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Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Cómo caen los cuerpos? en la programación de la red satelital Edusat.
rillo rendido oma o el lad p g a la lo si re b re b so Reflexión secuencia so l inicio de la a s a b sa n e p e uela. spuesta. Revisa lo qu piso de la esc Explica tu re l ? a ra o ro e h a m s ri e p b caerían lo que sa l de ensabas con p e u q lo a libre, con e o íd d ca ia b la m re ca b a 1. ¿H des ahora so e vista coinci uesta. d to n u p l á stifica tu resp Ju ? o 2. ¿Con cu le li a G e con el d Aristóteles o
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Para hacer pruebas de la resistencia de muchos materiales de construcción, los fabricantes dejan caer objetos para que adquieran grandes velocidades y así probar cómo se deforman al impactarse con el suelo • Utilicen los conceptos de aceleración y velocidad para responder: 1. ¿Qué tiempo se requiere dejar caer libremente un ladrillo para que alcance una velocidad de 200 m s? 2. ¿Qué forma tendría la gráfica de posición y tiempo de este movimiento? 3. Si una lámina y un ladrillo se dejaran caer al mismo tiempo, ¿cambiarían las características del movimiento? Expliquen. Comenten sus respuestas. • Escriban las ideas principales en el pizarrón.
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CIENCIAS
II
Ahora opino que… Poner el conocimiento existente a prueba utilizando diversas evidencias, fue el aporte de Galileo a las ciencias. • Contesten en su cuaderno: 1. ¿Qué recomendaciones harían a las personas que elaboran experimentos? 2. ¿Qué valor puede tener el proceder con rigor en un experimento? 3. ¿Qué se debe hacer cuando las cosas fallan? Escriban en sus cuadernos un párrafo al respecto.
Para saber más… 1. Diccionario Básico de Científicos. (1994). Madrid: Tecnos. 2. Diccionario de Física. (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 3. Calvino, Italo. (1997). Las Cosmicómicas. Barcelona: Minotauro. 4. Vancleave, Jean. (2000). Física para niños y jóvenes. México: Limusa. 1. Aguilar, Guillermo et al. La Mecánica de Galileo y Newton. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/03/htm/sec_9. html 2. Pérez, Luis. 29 de noviembre de 2006. Galileo. Exposición Galileo-Newton. 22 de febrero de 2007. http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd97/Biografias/11-1-b-galileo.html#caida
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¿Dónde están los alpinistas? sesión 1
Para empezar Lee el texto. • ¿Has empleado alguna vez gráficas? ¿Para qué? Texto introductorio
Todos los días aparecen gráficas en
Masa corporal en kilogramos
Pedro 80
Juan
Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como gráfica.
1998
1997
1996
1995
1994
los periódicos y revistas de circulación 78 nacional e internacional sobre diversos 76 temas. A partir de la interpretación de 74 su contenido, es posible conocer de un 72 solo vistazo cuándo, cómo y cuánto 70 cambian las cosas y los hechos que se 68 vienen registrando a lo largo del tiempo. Por ejemplo, cómo creció la población Años mexicana durante el siglo XX, o qué La gráfica muestra el cambio de la masa corporal (en kilogramos) tanto ha variado el precio del gas de dos personas a lo largo de cinco observaciones anuales. doméstico en el último semestre. Las gráficas son una forma muy útil de presentar información tanto en contextos científicos como cotidianos. Un médico las revisa para conocer cómo crece un bebé durante su primer año de vida, o qué tanta masa corporal pierde un paciente que sigue una dieta. En una gráfica se puede apreciar el incremento de temperatura que ha sufrido la Tierra a través del tiempo, y esta información permite predecir lo que sucederá en el planeta si no se toman acciones frente al efecto invernadero, por ejemplo. 14.5 14.3 Grados
14.1 13.9 13.7 13.5 1600
1700
1800
1900
2000
Años Cambio de la temperatura promedio de la Tierra durante los últimos cinco años, debido al fenómeno invernadero.
Las gráficas nos ayudan a visualizar los cambios de una magnitud o variable en relación con la otra y, así, comprender mejor el hecho, o la situación que se describe.
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CIENCIAS
II
Consideremos lo siguiente A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Unos alpinistas quedaron atrapados a 15 km de distancia del refugio en donde te encuentras y sólo podrán sobrevivir 40 minutos más debido al frío. De inmediato cargas el trineo para ir en su busca sobre la nieve. Los perros que jalan el trineo de rescate pueden correr a la misma rapidez durante una hora; aunque también pueden ir lento al principio para calentarse y, poco a poco, ir aumentando su rapidez. Utilizando la información de las gráficas contesta:
1. ¿Cuál pareja de gráficas es la que corresponde a cada uno de los movimientos del trineo? Explica tu respuesta. 2. Para rescatar a los alpinistas, ¿harías que los perros corrieran a rapidez constante o cada vez más rápido aunque al principio fueran más lento? ¿Por qué? Pareja de gráficas 1 Rapidez contra tiempo
18 16 14 12 10 8 4 2 0
Rapidez(km/min)
Distancia (kilómetros)
Distancia recorrida contra tiempo
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0
0
10
20 30 TiempoAños (minutos)
40
20
40
60
80
Tiempo (minutos)
50
Pareja de gráficas 2 Rapidez contra tiempo
Rapidez(km/min)
Distancia (kilómetros)
Distancia recorrida contra tiempo 18 16 14 12 10 8 4 2 0
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
0
10
20
30
Tiempo (minutos)
40
50
10
20
30
40
50
Tiempo (minutos)
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secue n c i a 5 Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Cómo se representa la velocidad de un cuerpo y sus cambios? Conexión con Matemáticas Para recordar las características del plano cartesiano, revisa la Secuencia 32: Gráficas asociadas a situaciones de proporcionalidad de tu libro Matemáticas I.
2. ¿De las dos maneras en las que pueden correr los perros, ¿cuál sería la necesaria para rescatar a los alpinista a tiempo? 3. ¿Cuál de las dos maneras en las que pueden correr los perros es un movimiento acelerado? Explica. 4. ¿Decir que un objeto se mueve con aceleración, ¿significa que va cada vez más rápido? Explica.
Manos a la obra Ahora sabes que la velocidad de un objeto puede ir cambiando en el tiempo y que a este tipo de movimiento se le llama movimiento acelerado. En esta secuencia de aprendizaje elaborarás e interpretarás las gráficas de distancia y rapidez contra tiempo, que te serán de utilidad para identificar las características del movimiento acelerado. Valorarás la utilidad de las gráficas para representar cambios tanto en el movimiento de los cuerpos, como en situaciones de la vida diaria. ¿Cómo graficar? Lean el texto. Pongan atención al significado de variable independiente y variable dependiente. Texto de información inicial
¿Qué son las gráficas? Para probar si una nueva medicina es eficaz en el tratamiento del cáncer, se investigan dos grupos de personas; a uno se le administra la medicina y al otro no, pero durante la investigación, todos los pacientes comen lo mismo, duermen el mismo tiempo y hacen el mismo ejercicio. De esta manera, se mantienen constantes algunas variables que pudieran afectar el resultado final. En este ejemplo, si el cáncer disminuye o no, es lo que se conoce como variable dependiente, ya que va a depender de otro factor. En este caso de si se usó o no la medicina, que sería la variable independiente. Otro ejemplo: si se quiere medir la distancia En este caso, la administración de medicamento contra el cáncer a un recorrida por un niño que viaja en bicicleta, la grupo de pacientes es la variable independiente, mientras que la incidencia de cáncer es la variable dependiente. variable independiente es el tiempo. La relación entre dos variables se e puede representar claramente en un plano cartesiano y marcar sobre el eje st si n siano: Co s Plano carte re horizontal o de las “x” la variable independiente con una escala apropiada. la perpendicu en dos ejes to Para el tiempo, la escala puede ser en horas, segundos, minutos, etcétera. La n en un pun que se cruza distancia depende de cuánto tiempo ha pasado, por lo que se considera una gen. llamado ori variable dependiente y se representa en el eje vertical o de las “y”. 70
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II
Vamos a suponer que después de 10 segundos de andar en bicicleta el niño avanzó un metro. Para graficar este dato, se coloca el lápiz en el eje horizontal donde está la marca de los 10 segundos, y se traza una línea vertical hacia arriba. Luego, se coloca el lápiz en el eje vertical donde la distancia sea 1 metro y se traza una línea horizontal hacia la derecha. En el lugar donde crucen las dos líneas se marca el punto de la gráfica. Si suponemos que cada 10 segundos el niño avanza un metro más, los demás datos numéricos se marcan de la misma forma; finalmente, se unen los puntos con una línea. La forma de la línea indica cómo se ha comportado una variable con respecto a la otra. A esta representación se le conoce como gráfica de distancia contra tiempo.
Las gráficas son representaciones de datos numéricos en un plano cartesiano. Estas representaciones se forman por la unión de puntos en el plano mediante una línea.
Distancia (metros)
También se puede graficar así la rapidez contra tiempo para saber si un movimiento es acelerado. Los datos podrías tomarlos, por ejemplo, del velocímetro de un automóvil en movimiento en intervalos de tiempo que tú mismo determines.
Distancia contra tiempo
y 7 6 5 4 3 2 1 0
x 0
10
20
30
40
50
60
Tiempo (segundos)
Plano cartesiano donde se representa la distancia que recorre el niño en la bicicleta.
Responde en tu cuaderno: 1. De acuerdo con la gráfica de distancia contra tiempo que aparece en el texto anterior, ¿la distancia es una variable dependiente o independiente? Explica. 2. ¿Qué distancia recorre el niño cada 10 segundos? 3. ¿A qué distancia estaría el niño después de 60 segundos? 4. ¿Es acelerado el movimiento que se representa o no? Justifica tu respuesta.
Vínculo entre Secuencias Analiza la gráfica de posición contra tiempo de la Secuencia 2: ¿Cómo se mueven las cosas? • Responde: 1. ¿El movimiento del objeto es acelerado o no? ¿Por qué? 2. ¿Cuál es la variable independiente en esta gráfica? Justifica tu respuesta,
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secue n c i a 5 empleada s Representar dato Hacer gráficas: n ió ac o, la denomin usando el format piadas para y las escalas apro manera clara. comunicarlos de
Nueva destreza
Actividad UNO Haz una gráfica de distancia contra tiempo. Para ello: 1. Necesitas una hoja de cuadrícula chica y una regla. 2. Observa, en la siguiente tabla, los datos de las diferentes distancias recorridas por un automóvil en distintos tiempos. La letra t representa el tiempo expresado en segundos; la letra d, la distancia recorrida por el automóvil en metros. 3. ¿Puedes saber si el coche se frena o se acelera a partir de los datos de la tabla de abajo? Explica tu respuesta. Tabla 1. Datos de un automóvil en movimiento Tiempo: t (s) 0
Distancia: d (m) 0
2
18
4
32
6
42
8
48
10
50
4. Elabora una gráfica en tu cuaderno usando los datos de la Tabla 1. Para ello: a) Dibuja un plano cartesiano como el que se muestra, en el que señales la variable que representa cada uno de sus ejes y las unidades en las que se mide.
b) Traza los puntos de la tabla sobre el plano cartesiano con un color. c) Une los puntos con una línea continua de distinto color. Comenten lo siguiente con base en la gráfica que construyeron:
1. ¿Qué distancia recorrió el automóvil en los primeros dos segundos? 2. Observa cómo se calcula la distancia que recorre el coche en el intervalo de tiempo que transcurre desde los dos segundos hasta los cuatro segundos:
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II
a) El intervalo significa el tiempo que pasa entre el segundo 2 y el 4. b) En el segundo 2 el coche está a una distancia de 18 m del lugar en el que arrancó. c) En t = 2 s la distancia es d = 18 m. En t = 4 s la distancia es d = 32 m. Para encontrar la distancia que recorrió en ese tiempo simplemente restamos: 32 m -18 m =14 m, ya que los primeros 18 m los recorrió en los primeros 2 segundos. Así que la distancia que recorrió del intervalo que va de t = 2 s a t = 4 s es 14 m. 3. ¿Qué distancia recorrió en el intervalo que va de t = 8 s a t = 10 s? 4. Observa los valores de la distancia. ¿La rapidez es constante o no? ¿Por qué? 5. ¿El movimiento del automóvil es acelerado? Expliquen. 6. ¿Es más fácil observar movimiento del coche en la tabla o en la gráfica? Justifica tu respuesta. d (m)
Sabías que… Existe otra forma más fácil de calcular la distancia que recorre un objeto: utilizando las gráficas. Si quieres encontrar la distancia recorrida en el intervalo de tiempo que va del punto de la gráfica correspondiente a t = 2 s, al que corresponde a t = 4 s, coloca tu lápiz en el primero y traza una línea horizontal que cruce el eje “y”. Haz lo mismo con el segundo punto, el de los 4 s. El espacio que separa estos dos puntos es la distancia recorrida.
36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
0
1
2
3
4
t (s)
Otra forma de calcular la distancia recorrida.
lo aprendido Reflexión sobre s de interpretar gráfica e r ui tr ns co s be Ahora que sa mpo, responde: posición contra tie recorrió el r la distancia que be sa ra pa s ría ndos? 1. ¿Qué ha DOS a los 7 segu ad id tiv Ac la de automóvil problema? rior a resolver el te an lo a ud ay te 2. Cómo
Vínculo entre Secuencias Compara la gráfica que acabas de elaborar con la gráfica de posición y tiempo de la Secuencia 4: ¿Cómo caen los cuerpos? ¿Qué tipo de movimiento se está representando en cada gráfica? Explica tu respuesta.
empleada as en los Detectar tendenci s: ca áfi gr r ta re tre los datos Interp ecer relaciones en bl ta es s; do ca afi datos gr nómeno. de un hecho o fe
Nueva destreza
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secue n c i a 5 SESIÓN 2
Actividad DOS Aceleración Interpreten gráficas de diferentes movimientos acelerados. 1. Observen las gráficas de rapidez contra tiempo que genera un trineo al desplazarse en diferentes terrenos. Rapidez del trineo en la bajada grande 20
Rapidez (km/hr)
16 12 8 4 0 0
1
2
3 Tiempo (hr)
4
5
6
Rapidez del trineo en la bajada pequeña
Rapidez (km/hr)
18 15 12 9 6 3 0 0
1
2
3 Tiempo (hr)
4
5
6
Rapidez del trineo en el camino plano
Rapidez (km/hr)
20 15 10 5 0 0
1
2
3 Tiempo (hr)
4
5
6
Rapidez del trineo en la subida
Rapidez (km/hr)
20 15 10 5 0 0
1
2
3 Tiempo (hr)
4
5
6
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II
2. Respondan en su cuaderno: a) ¿En qué casos existe una aceleración? b) ¿Qué pasa con la rapidez cuando la aceleración es negativa? Intercambien sus respuestas. • Escriban sus conclusiones en el cuaderno. 1. ¿Cómo esperan que sea una gráfica de rapidez contra tiempo, en el caso en que la aceleración sea muy pequeña? 2. ¿Qué pasa con la inclinación de la línea en las gráficas de rapidez contra tiempo cuando va disminuyendo la aceleración?
aprendido Reflexión sobre lo racterísticas del identificar las ca s be sa e qu a or Ah áficas, observa o por medio de gr ad er el ac o nt ie oblema. ¿Qué movim muestran en el pr se e qu s la te en da uno nuevam corresponde a ca e qu la es s ca áfi pareja de gr os del trineo? de los movimient
Vínculo entre Secuencias Para explicar las características del movimiento acelerado, consulten la secuencia 4: ¿Cómo caen los cuerpos?
Para terminar Lean el texto. Identifiquen las ideas principales durante la lectura. Texto de formalización
¿Para qué sirven las gráficas? 50
40 Número de personas
Explicar el movimiento de un cohete, de una mariposa o de una piedra al caer puede ser un poco complicado utilizando las palabras. A veces un dibujo puede ser más esclarecedor; sin embargo, las herramientas más poderosas para describir cualquier movimiento son las gráficas. En una gráfica se puede mostrar con precisión la rapidez, la distancia o la aceleración que tiene un objeto en movimiento durante cualquier tiempo de su recorrido.
30
20
10
0 Canción preferida
Existen otros tipos de gráficas, llamadas histogramas o gráficas de barras. En ellas se representan variables que sólo se pueden expresar en números enteros, como el número de hombres o de mujeres, la cantidad de hijos, etcétera. Estas variables se denominan discretas o discontinuas.
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secue n c i a 5
Tiempo
Tiempo
Rapidez
Rapidez
Rapidez
Rapidez
Reconocer un movimiento que tiene aceleración constante es muy fácil si conoces las gráficas de rapidez contra tiempo, porque en ellas puedes observar una línea inclinada. Cuando no existe aceleración, la gráfica de rapidez contra tiempo presenta una recta horizontal, ya que la velocidad no cambia en el tiempo.
Tiempo
Tiempo
Cuando un cuerpo se mueve con aceleración cero, la gráfica de rapidez contra tiempo es una recta horizontal. Para representar movimientos con aceleración constante, se utilizan rectas en las que la inclinación depende de qué tan grande es la aceleración.
Rapidez
También puede ser que la aceleración sea negativa como cuando frenas la bicicleta antes de atravesar la calle. En este caso la gráfica de rapidez contra tiempo es muy parecida, sólo que la inclinación es invertida.
Tiempo
Podemos saber fácilmente si un cuerpo está frenando, al observar la gráfica de velocidad contra tiempo: la inclinación de la recta es contraria a la de las gráficas anteriores.
El empleo de las gráficas va más allá de la descripción del movimiento. Suelen ser muy útiles para representar cualquier situación en la que existan cambios; por ejemplo, el crecimiento de una planta o la temperatura de un lugar a lo largo del día o del año. Intercambien opiniones sobre la utilidad de las gráficas en la vida cotidiana. Para ello: 1. Dibujen en el pizarrón una gráfica que represente un movimiento acelerado y otra que no. 2. Mencionen algunos casos de la vida diaria en los que las gráficas sean de utilidad. 3. ¿Para qué serían de utilidad las gráficas anteriores? 4. ¿Qué gráfica utilizarían para representar cuáles son las películas que más les gustan en el grupo? 76
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II
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Unos alpinistas quedaron atrapados a 15 km de distancia del refugio en donde te encuentras y sólo podrán sobrevivir 40 minutos más debido al frío. De inmediato cargas el trineo para ir en su busca sobre la nieve. Los perros que jalan el trineo de rescate pueden correr a la misma rapidez durante una hora; aunque también pueden ir lento al principio para calentarse y, poco a poco, ir aumentando su rapidez. Utilizando la información de las gráficas contesta: 1. ¿Cuál pareja de gráficas es la que corresponde a cada uno de los movimientos del trineo? Explica tu respuesta. 2. Para rescatar a los alpinistas, ¿harías que los perros corrieran a rapidez constante o cada vez más rápido aunque al principio fueran más lento? ¿Por qué?”. Pareja de gráficas 1 Rapidez contra tiempo
18 16 14 12 10 8 4 2 0
Rapidez(km/min)
Distancia (kilómetros)
Distancia recorrida contra tiempo
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0
0
10
20 30 TiempoAños (minutos)
40
20
40
60
80
Tiempo (minutos)
50
Pareja de gráficas 2 Rapidez contra tiempo
Rapidez(km/min)
Distancia (kilómetros)
Distancia recorrida contra tiempo 18 16 14 12 10 8 4 2 0
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
0
10
20
30
Tiempo (minutos)
40
50
10
20
30
40
50
Tiempo (minutos)
Resuelve el problema en tu cuaderno.
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secue n c i a 5 Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Qué son las gráficas? en la programación de la red satelital Edusat.
aprendido Reflexión sobre lo secuencia abas al inicio de la ns pe e qu lo sa vi Re gráficas. ión que tienen las sobre la informac
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Relaciona las siguientes acciones con las gráficas de movimiento que representan. • Escribe en tu cuaderno la letra y el número para cada caso. Por ejemplo: 2A. Acciones:
Gráficas: (1) v
t
Muchacha sentada viendo televisión. ( )
(2) v
t
Coche frenando. ( )
(3) v
t
Cohete acelerando para despegar. ( )
(4) v
Burro caminando a rapidez constante. ( )
t
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CIENCIAS
II
Lo que podría hacer hoy… Por fin llegaron las vacaciones!… Tu familia decide salir unos días y debes escoger el lugar al que irán. ¿Cuál de los siguientes sitios para vacacionar eliges y por qué? 1. Para tomar la decisión observa las siguientes gráficas en las que se muestra la temperatura promedio que hubo en los meses anteriores:
Temperatura ( oC)
Temperatura en Tulum 40 35 30 25 20 15 10 5 0
0
1
2
3
4
5
6
7
Tulum, Quintana Roo.
9 10 11 12
8
Tiempo (meses del año)
Temperatura ( oC)
Temperatura en la zona de acampado Bosque de Ocotepetl (Toluca) 35 30 25 20 15 10 5 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12
Tiempo (meses del año)
Bosque de Ocotepetl, Toluca.
Temperatura ( oC)
Temperatura en las Barrancas del Cobre 35 30 25 20 15 10 5 0
0
5
10
Tiempo (meses del año)
15
Barrancas del Cobre, Chihuahua.
2. Contesta en tu cuaderno: a) ¿Qué lugar eliges y por qué? b) ¿Qué tipo de ropa llevarías a cada uno de los lugares?
Para saber más… 1. Llansana, Jorge. (2004). Atlas básico de Física y Química. México: SEP/Parramón. 2. Noreña, Fernando. (2005). La manzana de Einstein. México: SP/ADN Editores. 1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 1. Melgarejo, Joaquín y Pilar Cuevas. 1994. Las fuerzas circulares y la gravedad. SEP, Unidad de Telesecundaria. 20 de febrero de 2007 http://omega.ilce.edu.mx/biblioteca/sites/telesec/curso2/htmlb/sec_126.html 79
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 1
¿Cómo detectar un sismo con un dispositivo casero? sesión 1
Para empezar ¿Cómo detectar un sismo con un dispositivo casero? Lean el texto. El Sol Dora do Miércoles 27 de abril de 2005
¿Cómo se propaga un sismo? En la mañana del 19 de septiembre de 1985, los sismógrafos registraron un terremoto con movimientos horizontales y verticales, con intensidad de 8.1 grados en la escala de Richter. El origen del terremoto, se localizó en el suelo marino, cerca de las costas de Guerrero y Michoacán. El sismo se transmitió por la corteza terrestre, los devastadores efectos cobraron miles de víctimas en el Valle de México, las que se recuerdan en cada aniversario de la tragedia. La corteza terrestre está fraccionada como un gran rompecabezas y a cada una de estas partes se les llama “placa tectónica”. El calor del núcleo provoca que las rocas fundidas del manto (magma) asciendan en ciertos lugares de la corteza empujando lentamente las placas tectónicas que, de esta manera, se mueven unas con respecto a otras. Entre una placa y otra se acumula gran cantidad de energía, periódicamente se libera al moverse una placa con respecto a otra,
originando un sismo. Las ondas producidas por el sismo viajan a través de las capas terrestres y pueden llegar a recorrer miles de kilómetros. Por lo general, estas ondas viajan muy rápido. Por ejemplo, un terremoto originado en las costas de Acapulco tarda aproximadamente un minuto en sentirse en la Ciudad de México. La rapidez de las ondas depende de las características del medio; es diferente si la onda se transmite por agua o por algún tipo de roca. Las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz, mucho más rápido que las ondas sísmicas. Cuando se detecta un sismo se puede alertar de su llegada a comunidades distantes, por medio de ondas electromagnéticas, lo que permite tomar las medidas necesarias para evitar catástrofes. Tabla 1. Velocidades de las ondas en distintos medios Ondas primarias
Tipo de Medio
Roca
Ondas secundarias
Velocidad en km/s
Granito
5.2
3
Basalto
6.4
3.2
Caliza
2.4
1.3
Agua
1.5
Tabla 2. Velocidad de las ondas sonoras y electromagnéticas Velocidades en km/s
Sonido
Por causa de los movimientos de las placas tectónicas ocurren los terremotos. En las regiones cercanas a los bordes de las placas hay mayor probabilidad que ocurran fuertes sismos.
Aire
0.34
Agua
1.5
Madera
3.9
Acero
5.1
Luz
300,000
Ondas electromagnéticas
300,000
A lo largo de las secuencias del bloque, has aprendido los conceptos básicos del movimiento y sus relaciones, como efectos de la fuerza en su interacción con los cuerpos físicos. En este proyecto analizarás las variables que pueden medirse con un sismógrafo. Con la información que recopiles podrás elaborar tu propio sismoscopio o sismógrafo con materiales sencillos y, de esta manera, medir movimientos del terreno. Valorarás la utilidad de la tecnología para la prevención de desastres. 80
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CIENCIAS
II
Consideremos lo siguiente… Lean con atención el problema que se plantea. Con el trabajo que realicen en este proyecto podrán diseñar una propuesta concreta de solución.
Si fueras el responsable del comité de seguridad de tu escuela: 1. ¿Qué medidas de seguridad implementarías para proteger a la población ante un sismo? 2. ¿Considerarías la construcción de un sismógrafo como parte de una alerta sísmica? ¿Por qué? 3. ¿Cómo podrías elaborar un sismoscopio o sismógrafo casero? vidades: o de sus acti tr is g re l e Para reta o Escribe en tu bitácora una respuesta para cada punto: uaderno, lib Utiliza un c o bitácora. 1. ¿Alguna vez has sentido un temblor o has escuchado hablar de carpeta com enado temblores? registro ord Lleva ahí un blema, nsas del pro 2. ¿Por qué ocurre un temblor? de lo que pie nsultados, de las s co de los texto e los 3. El Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), ha e realices, d u q s ta is v e entr os. organizado un Plan de emergencia y seguridad e instalado un s encontrad tos y objeto a d Sistema de Alerta Sísmica ¿Sabes en qué consisten y cómo n muy iones te será c ta o n a s a funcionan? rme Est borar el info la e ra a p s útile 4. ¿Qué variables físicas crees que se pueden medir durante un sismo? . del proyecto Compartan sus respuestas.
Lo que pienso del problema
• Escriban en el pizarrón aquellas que son comunes.
Manos a la obra Plan de trabajo
abajo El plan de tr explica las que actividades realizar, tendrás que en fases. organizadas
SESIÓN 2
Fase I: Investigemos conocimientos útiles Por qué ocurre un temblor, cómo se mide su intensidad, qué son las ondas sísmicas y cómo se propagan, así como la manera de prevenir sus efectos. Fase II: Exploremos para definir el problema Organizados en equipos, recopilen información sobre el funcionamiento de una alerta sísmica, su existencia en instituciones de su comunidad, y el conocimiento de los habitantes de su localidad sobre qué hacer en caso de sismo. Para ello visiten instituciones públicas y platiquen con los encargados de esos comités de seguridad. Investiguen también si su comunidad se ubica en una zona sísmica. Fase III: ¿Cómo contribuimos a la solución del problema? Apoyados en los resultados de su investigación, elaboren un sismoscopio o un sismógrafo con materiales de fácil acceso, y prueben su funcionamiento. Evaluen la utilidad de los sismoscopios para prevenir desastres.
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 1 Calendario de actividades
ario En el calend s la escribirás que actividades s realizarán lo s en responsable las cada fase y fechas de entrega.
En cada fase identifiquen las actividades por hacer y designen a los responsables de cada una de ellas. Consulten con su maestro la fecha final de entrega para que distribuyan mejor su tiempo. De resultarles útil cópien el formato siguiente en su bitácora. En caso contrario, diseñen su propio calendario. Cronograma de Actividades Responsables
Fecha
Fase I Fase II Fase III
Fase I. Investiguemos conocimientos útiles Describan las causas y los efectos de las ondas sísmicas. Para ello: 1. Respondan:
En esta fase recopilarás información l para l úti documenta del ll el desarro o amos d proyecto. Te rencias algunas refe bes para de lo que sa es sult que las con
a) ¿Qué lecturas y actividades del bloque pueden servir para identificar cómo se originan y transmiten las ondas sísmicas? b) ¿Qué viaja más rápido: La luz o el sonido? c) ¿Qué viaja más rápido: El sonido o una onda sísmica? d) ¿Qué beneficio tiene para nuestra seguridad el conocer la diferencia de velocidades de las ondas?
Las partículas del medio por el cual se desplaza la onda, vibran en el mismo sentido de la propagación de la perturbación.
Onda Secundaria o Transversal. Los movimientos de las partículas del medio que transportan la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la perturbación.
Las ondas primarias provocan contracciones en el terreno. Pueden propagarse en cualquier tipo de material, ya sea líquido o sólido.
Las ondas secundarias provocan ondulaciones en el terreno. Sólo pueden propagarse por medios sólidos.
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CIENCIAS
II
e) Amplien la información sobre los siguientes aspectos: i. ¿Qué tipos de onda producen los movimientos trepidatorios y qué tipos, los oscilatorios? ii: ¿Qué se puede medir con un sismógrafo y qué con un sismoscopio? iii. ¿Qué mide la escala de Richter y qué, la Mercalli? iv. ¿Cuáles son las medidas de protección contra terremotos? 2. Consulten las referencias que consideren necesarias para identificar: a) El origen y los efectos de los sismos. b) Las zonas sísmicas de nuestro país. c) Sismos en tierra y mar 3. Pueden consultar las referencias que se listan abajo. Para ello: a) Dividan las lecturas entre todos los equipos. b) Cada equipo buscará y sintetizará los textos revisados en su bitácora. c) Expondrán una síntesis de la información consultada al resto del grupo.
Algunas referencias de nterés Ciencias II. Énfasis en Física: 1. Secuencia 2: ¿Cómo se mueven las cosas? 2. Secuencia 3: ¿Qué onda con la onda? Geografía: 1. Secuencia 9: La población en riesgo 1. Sismos 1. Alcántara, I. (2002). Los derrumbes. Colección Fenómenos naturales. México: Conaculta 2. Dalgleish, S.(2002). Los terremotos. México: Mcgraw-Hill 3. Medina, F. (2003). Sismicidad y volcanismo en México. Colección “La ciencia para todos”.México: FCE. 4. Nava, A. (2003). La inquieta superficie terrestre. Colección “La ciencia para todos”. México: FCE. 5. Nava, A. (2002). Terremotos. Colección “La ciencia para todos”.México: FCE. 6. Stradling, J. Fuerza de la naturaleza. McGraw-Hill Periódico Reforma “Crecen la alerta sísmica” fecha 19-07-2005. Ciudad y metrópoli Periódico Reforma “Inventan detector de tsunamis” fecha 19-01-2005. Cultura
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 1 1. CENAPRED. Desastres, Guía de prevención. 26 de febrero de 2007. http://www. cenapred.unam.mx/es/DocumentosPublicos/PDF/guia.pdf 2. Espíndola, J. La Sismología y los Sismos de Michoacán de Septiembre de 1985. 23 de febrero de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/066/htm/sec_8.htm 3. Gómez, J. 3 de agosto de 2005.Cómo construir un sismoscopio casero. 23 de febrero de 2007. www.geociencias.unam.mx/bol-e/bole__sismoscopio020805.pdf 4. Nava, Alejandro. Terremotos. La ciencia para todos. 23 de febrero de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/34/html/terrem.htm 5. Observatorio Astronómico de Agache. 25 de mayo de 1997. Construcción de un sismógrafo analógico casero. 26 de febrero de de 2007. http://www.cip.es/personales/oaa/informes/sismografo/sismografo.htm 6. Sarrazín, M. Cómo protegerse de los terremotos. 23 de febrero de 2007. http://www.creces.cl/new/index.asp?imat=++%3E++54&tc=3&nc=5&art=32# 7. UNAM. Servicio Sismológico Nacional del Instituto de Geofísica. 23 de febrero de 2007. http://www.ssn.unam.mx/
Intercambien la información que cada equipo sintetizó. Para ello: 1. Escuchen con atención las exposiciones de sus compañeros. 2. Completen su bitácora con la información que ellos aporten.
sesión 3
za empleada al, oral o rmación textu fo in r ca fi ti en eno. rmación: Id Obtener info sa, situación, hecho o fenóm a co gráfica de un
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Fase II: Exploremos para definir el problema Obtengan información sobre los riesgos sísmicos en su comunidad y las medidas de seguridad que se toman para enfrentar un terremoto. Para ello:
1. Seleccionen cuatro o cinco edificios públicos (puede ser una escuela, hospital, oficina del gobierno o del municipio, biblioteca).
En esta fase recabarás información te directamen nidad u m o c de tu r para resolve . a el problem
2. Formen cuatro o cinco equipos y repártanse los lugares. 3. En cada lugar, acudan con el encargado de la Brigada de Seguridad o Protección civil o con alguna otra persona que les pueda dar información. 4. Realicen una entrevista para indagar sobre: a) Los riesgos sísmicos en su comunidad. b) ¿Qué se debe hacer en caso de sismo y por qué? c) ¿Se cuenta con alarma sísmica? ¿Cómo funciona?
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II
5. Investiguen si existe alguna estación cercana en donde se estén monitoreando los sismos; pueden ser un tecnológico regional, universidad o dependencia gubernamental. 6. Pidan permiso de visitar la estación y entrevisten a personas que trabajan en ella. Pregunten, por ejemplo, cuáles son las medidas de protección antes, durante y después de un sismo. Mapa sísmico de México
Sísmica Semisísmica asísmica Falla de San andrés Falla del Paralelo 19
Para hacer sus entrevistas: Elaboren y lleven por escrito cuatro o cinco preguntas clave para guiar sus entrevistas: Por ejemplo: ¿Cada cuándo se registra un sismo en esta región? ¿Qué se hace para prevenir a la población? Seleccionen a los adultos que serán entrevistados y hagan una cita con ellos. Infórmenles sobre su proyecto y sean amables. Utilicen una grabadora, una libreta pequeña de notas o bien, su bitácora para registrar la información durante la entrevista. Si les prestan objetos o fotografías, sean cuidadosos en su manejo y regrésenlos.
Al terminar sus entrevistas: Reúnanse con todo el equipo y seleccionen la información útil para resolver el problema. Valoren las coincidencias en las respuestas de los entrevistados. Una tabla de datos puede ser de gran ayuda. 85
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 1 Clasifiquen la información obtenida durante las entrevistas: 1. Reúnan las entrevistas de todos los equipos. 2. En una tabla de datos integren la información de cada lugar visitado. Pueden utilizar una como la que se presenta a continuación:
Escuela
Hospital
Oficina de gobierno
Biblioteca
Estación de registro sísmico
Riesgos sísmicos ¿Qué hacer en caso de sismo? ¿Cuenta con alarma sísmica? ¿Existen campañas para prevención de riesgos? 3. Elaboren en su cuaderno un resumen sobre: a) Medidas de protección en caso de sismo, clasificadas en: i. Antes ii. Durante iii. Después b) ¿Cómo funciona una alarma sísmica? c) ¿Qué es un sismógrafo y qué un sismoscopio? d) ¿Qué mide la escala de Richter y qué la Mercalli?
Fase III. ¿Cómo contribuir a la solución del problema?
sesión 4
ico
tecnológ n instrumento u r ra o b a el eno. nsiste en ispositivo: Co udes implicadas en un fenóm d n u ir ru st n Co agnit o medir las m para detectar za empleada
Nueva destre
Construyan un dispositivo como un sismoscopio o un sismógrafo con materiales de fácil acceso. Para ello:
1. Se presentan seis diseños o prototipos diferentes de sismógrafos y sismoscopios. 2. Formen seis equipos. Distribúyanse los diseños. 3. Cada equipo conseguirá los materiales para construir uno de los prototipos. 86
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CIENCIAS 4. Una vez construido, cada equipo realizará pruebas con su prototipo con el fin de evaluar su funcionamiento. Tomen en cuenta criterios como:
se utiliza la En esta fase tenida hasta ob información ar de desarroll ahora a fin que dé a un producto lema y rob conocer el p ciones. lu posibles so
a) El dispositivo que construyeron, ¿registra movimientos oscilatorios? b) El dispositivo que construyeron, ¿registra movimientos trepidatorios? c) Identifiquen los inconvenientes de cada dispositivo.
Sismoscopio Material: Recipiente de crema, vasos de gelatina, base (madera o unicel), pegamento para plástico y agua. Elaboración: Hagan ocho perforaciones en el recipiente en dirección de los puntos cardinales. Peguen los vasos con silicón, como se muestra. Viertan agua al recipiente justo por debajo de los hoyos. Muevan la base oscilando y trepidando. Observen y registren los resultados.
II
Sismoscopio
Sismógrafo
Material: Base de unicel o madera, recipiente de crema, 8 vasitos, agua, silicón. Elaboración: Perforen el recipiente en dirección de los puntos cardinales y péguenlo sobre la base. Alrededor del recipiente peguen los vasos con silicón. Viertan agua al recipiente justo por debajo de los hoyos. Muevan la base oscilando y trepidando Observen y registren los resultados.
Material: Plato de unicel, 4 palitos de madera, plumón, cinta adhesiva, hilo, estambre. Elaboración: Coloquen los palitos verticalmente alrededor del plato boca abajo, formando un cuadro como postes. Amarren el plumón de los postes cuidando que quede exactamente al centro. Muevan la base oscilando y trepidando. Observen y registren los resultados.
Sismoscopio
Sismoscopio
Material: Plato hondo de unicel, 8 canicas, 8 vasitos, 8 rondanas, poste de cartón de papel sanitario. Elaboración: Peguen el plato volteado hacia abajo sobre el poste y éste sobre la base. Distribuyan los vasos sobre la base alrededor del borde plano del plato. Peguen las rondanas sobre éste y hagan que coincidan con los vasos; van a servir como soporte de las canicas. Coloquen las canicas sobre ellas. Muevan la base oscilando y trepidando. Observen y registren los resultados.
Material: Base (unicel o madera), plato hondo de unicel, pegamento, rondanas, canicas, vasitos, poste de cartón de papel sanitario. Elaboración: Peguen el plato volteado hacia abajo sobre el poste y éste sobre la base. Peguen las rondanas sobre la superficie plana del plato y coloquen las canicas sobre ellas. Distribuyan los vasos alrededor del plato sobre la base y péguenlos con silicón. Muevan la base oscilando y trepidando.
Sismógrafo Material: Arena, cono de papel, hilo, marco, tabla con papel. Elaboración: Hagan un péndulo con el cono lleno de arena, sujetándolo de un hilo desde el marco como en la figura. Agiten la base con movimientos similares a los de un sismo. Observen las marcas que deja cada tipo de movimiento. Registren lo sucedido.
Fuente: Gómez González, Juan Martín. Cómo construir un sismoscopio casero. Centro de Geociencias. UNAM. 87
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 1 Evalúen los diferentes prototipos para construir uno para su escuela. Para ello: 1. Comenten las ventajas y las desventajas de cada prototipo. 2. Elijan el prototipo que consideren mejor para registrar los movimientos del terreno. 3. Presenten a las autoridades de la escuela el prototipo elegido y sus ventajas. Solicítenles que se construya uno para la escuela, con materiales más durables. 4. Argumenten por qué el uso de un sismógrafo o sismoscopio puede ayudar a prevenir los riesgos de un sismo o terremoto. SESIÓN 5
Para terminar
za empleada as de la ación obtenid rm fo in e s s. ea ompartir id blas y gráfica Comunicar: C pleando textos, imágenes, ta em investigación
Nueva destre
Comuniquen los resultados que obtuvieron. Para ello:
pa En esta eta n reporte elaborarás u ción y de investiga la encontrarás s manera má e apropiada d tu r ta presen rminado producto te ad. a la comunid
1. De los productos desarrollados durante el proyecto, decidan cuál o cuáles quieren comunicar a la comunidad, por ejemplo: síntesis de información sobre causas de los sismos, terremotos y tsunamis, frecuencia en que se presentan sismos en su región; reportes de entrevistas; etcétera. 2. Pueden elaborar una presentación que contenga: a) Introducción: Expliquen el propósito del proyecto. b) Desarrollo: Describan el procedimiento que siguieron para elaborar un sismógrafo o sismoscopio y presenten el dispositivo construido. c) Conclusiones: Mencionen las medidas de prevención que existen en su comunidad, en relación con los efectos de los sismos y terremotos, así como las ventajas de contar con un dispositivo para registrar los movimientos del terreno. 3. Organicen con los asistentes un intercambio de opiniones acerca de la necesidad de prevenir daños a la comunidad ocasionados por sismos o terremotos.
Lo que aprendimos
za empleada Nueva destre s y la s componente lo r za li a n A nes. Evaluar: tomar decisio ra a p o lg a e d organización
Evalúen lo aprendido durante el proyecto. • Respondan en su bitácora:
rás Aquí evalua s y la aprendizaje n de tu contribució ara producto p roblema. p resolver el
1. Sobre los sismos y la prevención de daños a la comunidad: a) ¿Cómo puede contribuir un sismógrafo en la prevención de daños provocados por un sismo?
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CIENCIAS
II
b) ¿Cuáles son las variables físicas que se pueden medir con un sismoscopio o un sismógrafo? c) ¿Cuál de los dispositivos del grupo les parece más adecuado? Expliquen. d) ¿Cuál fue el criterio para la elección del dispositivo? e) ¿Qué fue lo que más les gustó de los productos que elaboraron? f) ¿Existe alguna forma de prepararse para un terremoto, al menos unos segundos o minutos antes que llegue a un lugar específico? Explica tu respuesta. g) ¿Qué se debe hacer en caso de sismo? 2. Calculen, en el mapa de México, el tiempo aproximado que tardaría un terremoto en llegar a la ciudad de Monterrey, si se genera en el estado donde viven. Para ello: a) Consideren que el terreno es de roca caliza y las ondas, primarias. b) Utilicen la escala del mapa para calcular el tiempo. Mapa de México
3. Sobre el trabajo realizado: a) Describan lo más valioso de su experiencia al realizar su investigación la información sobre sismos, las entrevistas, la construcción del dispositivo, etc. b) ¿Están satisfechos con el dispositivo que construyeron? c) ¿Qué cambios harían para mejorar su dispositivo?
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EVALU A C I Ó N B L O Q U E 1
El movimiento.
La descripción de los cambios en la Naturaleza Revisión de secuencias I. Lee atentamente los cinco casos. Subraya el argumento más adecuado para explicarlo. 1. Juan está sentado en una banqueta del poblado de Villa Rica y ve pasar un autobús donde viaja su amiga Itzel, quien está leyendo un libro junto a la ventanilla. Cuando se encuentran en la estación, Juan le comenta que observó a su libro moverse hacia Villa Rica. Itzel se sorprende y le contesta: “No es verdad; mi libro jamás se ha movido”. ¿Quién tiene la razón? a) Sólo Juan, porque desde su punto de referencia el libro es el que se mueve. b) Sólo Itzel, porque desde su punto de referencia el libro no se mueve. c) Los dos, porque están en diferentes puntos de referencia. d) Sólo Juan, porque su punto de referencia es fijo. 2. Un farol se encuentra en el origen de una recta numérica. En el sitio x = 2 se ubica tu mamá leyendo el periódico, en el lugar x = - 3, está tu hermano, leyendo un libro y en x = -1 está tu papá con una revista. ¿Quién recibe con mayor intensidad la luz del farol? a) Tu hermano b) Todos igual c) Tu mamá d) Tu papá
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II
3. Una mosca sobrevuela un pastel que está sobre la mesa. ¿Cuál de las líneas muestra la trayectoria de la mosca y cuál el desplazamiento? a) La roja muestra la trayectoria y la azul el desplazamiento. b) La azul muestra la trayectoria y la roja el desplazamiento. c) Ambas muestran la trayectoria. d) Ambas muestran el desplazamiento.
4. Un autobús sale de Comalá a una velocidad de 50 km h en dirección noreste. ¿A qué pueblo llega después de 2 horas? a) Temul b) San Bartolo c) Iztan d) Chautengo
San Bartolo Temul Comalá
0
50
Chautengo
Iztan
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EVALU A C I Ó N B L O Q U E 1 5. ¿En cuál de los siguientes ejemplos se produce una onda longitudinal? a) Al dejar caer una piedra en un estanque. b) Al hacer ondas con una cuerda fija a un poste. c) Al cantar una melodía. d) Al sacudir una sábana para quitar las arrugas. II. Analiza el diagrama de la onda para calcular lo que se te pide.
4m
1m 6. ¿Cuál es la longitud de la onda? a) 0.5 m b) 2 m c) 1 m d) 4 m 7. Si la onda fuese de sonido, tendría una velocidad de propagación en el aire m de 343 s . ¿De cuánto sería su frecuencia? a) 243 Hz b) 343 Hz c) 150.5 Hz d) 171.5 Hz III. Aplica tus conocimientos para elegir la respuesta adecuada. 8. Una niña y su mamá se tiran un clavado a una alberca desde un trampolín. Si la pequeña pesa la tercera parte que su mamá, tendrá…. a) una velocidad mayor que su mamá b) una velocidad tres veces mayor que su mamá c) la misma velocidad que su mamá d) menor velocidad que su mamá 9. Un tractor hace surcos avanzando en línea recta con una velocidad de 6 ms hacia el norte de un terreno en donde se siembra maíz. Si después de 5 segundos su velocidad es de 11 ms , el valor de la aceleración es: a) 0 m s2
b) 1 m s2
c) 5 m s2
d) 20 m s2
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II
10. ¿Cuál de las afirmaciones describe mejor el movimiento de un tractor que avanza sin desviarse por un zurco? a) Rectilíneo y uniformemente acelerado b) Curvilíneo y uniformemente acelerado c) Rectilíneo y desacelerado d) Curvilíneo y desacelerado 11. ¿Cuál de las siguientes descripciones corresponde a un movimiento con aceleración negativa? a) Un piloto de carreras durante los primeros segundos al iniciar la carrera b) Un ciclista disminuye su velocidad hasta que se detiene por completo c) Un maquinista maneja en reversa para estacionar un tren d) Un automovilista mantiene estacionado su coche IV. Interpreta las gráficas 12. ¿Cuál de las siguientes gráficas de velocidad contra tiempo corresponde a un movimiento acelerado? Márcala con una cruz. b) 12
10
10
8 Velocidad (m/s)
Velocidad (m/s)
a)
8 6 4
6 4 2
2 0
0 0
1
2
3 4 Tiempo (s)
5
6
1
2
3 4 Tiempo (s)
5
6
0
5
10 Distancia (m)
15
d) 10
6
8
5 Tiempo (s)
Distancia (m)
c)
0
6 4 2
4 3 2 1
0
0 0
1
2
3 4 Tiempo (s)
5
6
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EVALU A C I Ó N B L O Q U E 1 13. ¿En cuál de las gráficas de velocidad contra tiempo se representa la mayor velocidad? Márcala con una cruz.
b) 12
12
10
10
8
8
Distancia (km)
Distancia (km)
a)
6 4 2
6 4 2
0
0 0
1
2 3 Tiempo (horas)
4
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1
2 3 Tiempo (horas)
4
5
0
1
2 3 Tiempo (horas)
4
5
d) 12
12
10
10
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Distancia (km)
Distancia (km)
c)
0
6 4 2
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0 0
1
2 3 Tiempo (horas)
4
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CIENCIAS
II
Autoevaluación • Sigue las instrucciones: 1. Escribe en la columna de la derecha el número que describa mejor tu actitud personal frente al trabajo en equipo. Emplea la siguiente escala: 1 = nunca, 2 = pocas veces, 3 = con frecuencia, 4 = siempre. ¿Cómo trabajo en equipo?
Actitud
Valoración
a) Cuando trabajamos en equipo, espero a que uno de mis compañeros nos organice. b) Cuando dividimos las tareas y termino primero, ayudo a mis compañeros.
c) Mis compañeros de equipo me toman en cuenta.
d) Si uno de mis compañeros hace un buen trabajo, se lo digo.
e) Si los demás no hacen lo que les toca, yo tampoco cumplo con mi tarea.
f) Durante una actividad, escucho y respeto la opinión de los demás.
g) Me gusta aportar ideas para realizar una actividad grupal.
h) Cuando algo me sale mal, reconozco mi error.
i) Considero que el trabajo en equipo contribuye a mi aprendizaje.
j) Cuando trabajamos en equipo, nos resulta muy difícil ponernos de acuerdo.
2. Responde: a) ¿Qué afirmaciones favorecen el trabajo en equipo? b) ¿Cuáles de estas actitudes manifiestas cuando trabajas con tus compañeros de equipo? 3. Es recomendable que guardes una copia de este cuestionario en el portafolio, para que lo compares con los que harás al final de otros bloques.
Integra tu portafolio
Reflexiona acerca de las actividades del Bloque 1 que te parecieron más importantes para tu aprendizaje, y guarda en tu portafolio algunas de esas actividades; por ejemplo, ejercicios, fotografías, dibujos, tablas o autoevaluaciones. Escribe en una tarjeta, por qué guardas cada una de ellas.
el , como a o i l o f un rta Un po uestra, es m que se hecha de a t les carpe ateria , tela m s o divers artón, yute e c qu como . Utiliza lo r a el o pap para fabric s a r quie o. el tuy
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BLOQUE 2
Las fuerzas.
La explicación de los cambios
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secue n c i a 6
¿Por qué cambia el movimiento? sesión 1
Para empezar El movimiento cambia… ¿en la Tierra y en el espacio? Lee el texto. • Antes de la lectura, menciona cómo se puede cambiar velocidad de tres objetos en movimiento.
Texto introductorio
Todos hemos participado en juegos de pelota. A muchos nos agrada el futbol, a otros el basquetbol, el
beisbol, el voleibol, el tenis, el frontón o el billar, entre muchos deportes más. Hemos jugado a los quemados o a las canicas. No importa qué tan grande o pequeña sea nuestra pelota, qué tan suave o dura pueda ser o si estamos al aire libre o bajo techo, siempre que jugamos a la pelota, para ganar, necesitamos controlar sus movimientos. Sabemos que una pelota permanece donde está y en reposo hasta que alguien la golpea con el pie, la mano o algún objeto. Por ejemplo, algo tiene que suceder para cambiar la rapidez y la dirección de una pelota que lanzamos al aire. La pelota conserva su forma esférica, hasta que algo sucede que la deforma.
La Tierra y la Luna forman un sistema en continuo movimiento.
En la práctica de todos los deportes, hay muchos cuerpos que se ponen en movimiento o que cambian su manera de moverse.
Ahora sabes que Galileo demostró que la velocidad de los objetos en caída libre cambia de manera uniforme, pero no explicó las causas de este cambio. En esta secuencia identificarás qué es lo que provoca los cambios en el estado de movimiento de los objetos y cuáles son sus características. Valorarás la utilidad de este conocimiento en tu vida cotidiana, ya que tú te mueves en todo momento, o estás en contacto con cosas de tu entorno que modifican su manera de moverse o se deforman. 98
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CIENCIAS
II
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
En un partido de futbol puedes poner la pelota en movimiento, elevándola, y ver que luego cae; otras veces la haces avanzar a ras de suelo para pasársela a un compañero. Sabes que, si nadie la recibe, después de un tiempo se detendrá en el campo de juego. ¿Qué se requiere para que la pelota se mueva de estas maneras?
Una pelota en distintos momentos de su movimiento durante un juego.
Lo que pienso del problema En tu cuaderno: 1. ¿Qué debes hacer para iniciar el movimiento de una pelota? 2. Cuando la pelota está avanzando en el aire, ¿por qué cae? 3. ¿Qué se necesita para detener el movimiento de la pelota? 4. ¿Qué otros cambios en su movimiento puede tener una pelota? 5. ¿Por qué una pelota puede cambiar de forma? 6. Lo que produce los cambios en el estado de movimiento de la pelota, ¿es lo mismo en todos los casos? Explica tu respuesta.
Manos a la obra Actividad UNO Analicen algunas formas de modificar el movimiento de distintos objetos. Para ello: • Realicen la siguiente demostración. 1. Comenten: ¿Qué se necesita hacer para cambiar el movimiento de un objeto? 2. Van a necesitar un objeto ligero, como una pluma, un borrador, un sacapuntas o una corcholata. 99
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secue n c i a 6 3. Realicen lo que se indica: Experiencia A: a) Pidan a dos compañeros su participación y numérenlos. b) Soliciten que se coloquen frente a frente en los extremos de una mesa o escritorio. c) El alumno 1 impulsa el objeto de manera que se deslice sobre la mesa, en una trayectoria recta hacia el alumno 2. d) El alumno 2 no detiene el objeto. Experiencia B: a) El alumno 1 impulsa el objeto de manera que se deslice sobre la mesa en una trayectoria recta hacia el alumno 2. b) El alumno 2 detiene, con sus manos, al objeto cuando llega al extremo de la mesa. Experiencia C: a) El alumno 1 impulsa el objeto de manera que se deslice sobre la mesa en una trayectoria recta hacia el alumno 2. b) El alumno 2, colocado a la mitad de la mesa, desvía el objeto en movimiento hacia un lado. 4. Intercambien sus opiniones sobre: a) ¿Cómo sería el movimiento en las experiencias B y C de no haber intervenido el alumno 2? b) ¿Qué acción realizaron para cambiar el movimiento del objeto? c) ¿Cómo le llamarían a la noción física que permite cambiar el movimiento de un objeto? d) ¿Cómo sería la magnitud de esta acción si quisieran mover un escritorio?
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II
El experimento de Galileo Lean el texto. Pongan especial atención en el razonamiento de Galileo. Texto de información inicial
¿Dos explicaciones del movimiento? Si pasa frente a nosotros una
pelota rodando, sabemos que no comenzó a moverse de manera espontánea, es decir, sin una causa aparente. Probablemente nuestro sentido común y la experiencia cotidiana nos indiquen que alguien la golpeó o impulsó para que se moviera. A lo largo del tiempo, se han buscado causas al movimiento; por ejemplo, Aristóteles pensaba que todo movimiento ocurre porque las cosas no están en el lugar al que pertenecen, al que necesitan llegar. Una vez allí ahí, se detienen. En otro de sus ingeniosos experimentos, Galileo consideró dos planos inclinados y un objeto que se Sin embargo, en el siglo XVI, Galileo desliza por ellos. En los dos primeros casos, el móvil alcanza la misma altura al subir por el segundo Galilei realizó una observación que plano, sólo que recorre más distancia conforme decrece la inclinación del segundo plano. En el caso revolucionó la física. Estableció que extremo de que el segundo plano quede horizontal, el móvil se moverá indefinidamente en línea recta a velocidad constante. el estado de movimiento de un cuerpo, que se define como su velocidad respecto a un punto de referencia, sólo puede ser alterado si actúa algo sobre él y que, en consecuencia, no hay móviles que se detengan por sí solos, como decía Aristóteles. El estado natural de movimiento de todo objeto, afirmó, es el movimiento rectilíneo uniforme, por lo tanto no se requiere de nada más para mantenerlo. En cambio, sí se requiere de una causa externa o interacción para modificar su rapidez o su dirección. El reposo es un caso particular del movimiento rectilíneo uniforme, en el que la rapidez es cero. Podemos concluir entonces que para que exista un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo, siempre hay una interacción que hace que los objetos en reposo se muevan, cambien su rapidez o alteren su forma, o bien que se detengan si ya están en movimiento. Los movimientos cambian debido a las interacciones entre los cuerpos.
Vínculo entre Secuencias Recuerda que las aportaciones de Galileo a la ciencia las revisaste en la Secuencia 4: ¿Cómo caen los cuerpos?
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secue n c i a 6 Sesión 2
Actividad DOS Identifiquen las interacciones causantes del movimiento de un objeto. • Realicen la demostración: 1. Contesten: ¿Un objeto puede moverse sin interactuar con algo? Expliquen. 2. Realicen los siguientes movimientos: a) Abran la puerta del salón desde dentro. b) Cierren la puerta del salón desde dentro. 3. Describan: a) El movimiento efectuado para abrir y cerrar la puerta. b) El esfuerzo necesario para abrir y cerrar la puerta. 4. Coloquen una silla junto a la puerta. 5. Realicen nuevamente los pasos 1 y 2. 6. Contesten en sus cuadernos: a) ¿Cómo interactúan con la puerta para abrirla y para cerrarla? b) ¿Qué nombre le darían a las interacciones que ejercieron sobre la puerta? c) ¿Cuándo se requiere mayor esfuerzo para abrir la puerta, con la silla o sin ella? ¿Por qué? d) Mencionen al menos dos causas que puedan hacer que la puerta se mueva sin tocarla. Justifiquen su respuesta. 7. Intercambien sus opiniones sobre: a) ¿Cuándo es más conveniente jalar y cuándo, empujar una puerta? b) ¿Hacia dónde debe abrirse la puerta de una salida de emergencia? c) Para producir un cambio en el estado de movimiento de la puerta, ¿requirieron hacer contacto con ella o es una interacción que puede hacerse a distancia? d) ¿Cómo le podrían llamar a la interacción que provoca el movimiento de un objeto?
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CIENCIAS
II
Para terminar Lean el texto. Pongan atención en los tipos de fuerzas existentes. Texto de formalización
¿Qué produce los cambios? Cada vez que algún cuerpo cambia su estado de movimiento o su forma, es
necesariamente a causa de que sobre él actúa algo que llamaremos fuerza. No puede ocurrir un cambio sin su intervención, ya sea en un balón de futbol, una mesa, el océano, las estrellas o las naves espaciales. Puede decirse, entonces, que las fuerzas son el motor del Universo. Las fuerzas se clasifican, según la forma en que operan, en: fuerzas de contacto y fuerzas a distancia. Tabla de los efectos de las fuerzas de contacto Características Requieren que los objetos involucrados en la interacción se toquen, es decir, entren en contacto físico. Son percibidas directamente por nuestros sentidos, por lo que son del orden de lo macroscópico. Pueden operar jalando, o empujando, presionando, deformando e incluso mediante choques. Se les llama también fuerzas mecánicas.
Cambios en el movimiento de los cuerpos
Ilustraciones:
Aceleración: Paso de una rapidez pequeña a una rapidez grande. Un caso particular es cuando se pasa del reposo al movimiento, es decir, cuando un objeto empieza a moverse. Frenado o desaceleración: Paso de una rapidez grande a una rapidez pequeña. Un caso particular es cuando se pasa del movimiento al reposo, es decir, cuando un objeto se detiene. Desviación: Cambio en la dirección en la que se mueve un objeto.
Deformación: Cambio en la forma o el tamaño de un cuerpo.
Temporalmente: Cuando la fuerza deformante deja de actuar, el cuerpo recupera su forma y tamaño originales. Permanentemente: Un resorte que se ha estirado tanto que ya no regresa a su forma original.
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secue n c i a 6 Tabla de fuerzas a distancia Ilustraciones:
Características
Ejemplos de algunas fuerzas a distancia
Estas fuerzas no necesitan contacto físico entre los objetos involucrados, es decir, pueden actuar a través del vacío, que es donde no hay un medio material. Se les conoce como las interacciones fundamentales de la naturaleza. se muestran dos de ellas: la gravitatoria y la electromagnética.
Gravitatoria: Es la responsable de los movimientos y trayectorias de los cuerpos celestes. En nuestra Tierra, el efecto de esta fuerza sobre todos los objetos se llama peso y produce la caída de los cuerpos. Sólo es de atracción.
Electromagnética: Es la responsable de todos los fenómenos eléctricos y magnéticos que conocemos, como la interacción con los imanes. Su efecto se percibe como atracción o repulsión. Entre otros fenómenos, produce las fuerzas de fricción, que siempre se oponen al movimiento.
Es raro que sobre un objeto en particular, en un momento dado, actúe sólo una fuerza. Lo usual es que sobre cada objeto operen varias fuerzas a la vez. Cuando esto sucede, los efectos de todas ellas se acumulan y combinan; puede incluso suceder que las fuerzas que actúan simultáneamente sobre un objeto se compensen o se anulen mutuamente, dando como resultado un cuerpo en equilibrio de fuerzas, el cual tendrá un movimiento rectilíneo uniforme o estará en reposo, como si no estuviese sometido a la acción de fuerza alguna.
Un peine electrizado que atrae papelitos y un imán que atrae tachuelas.
n o de interacció Atracción: Tip tos je b o s o rcar d ce a a e d en ti e qu un ravitatoria de Peso: Fuerza g un cuerpo. planeta sobre n o de interacció Repulsión: Tip a lejar entre sí que tiende a a dos objetos. Cuerpo 1
Interacciones electromagnéticas
Cuerpo 2
Las deformaciones causadas por las fuerzas de contacto pueden ser temporales o permanentes.
Las fuerzas de contacto y la fuerza de fricción son en realidad manifestaciones de fuerzas eléctricas y magnéticas entre los objetos cuando éstos se aproximan mucho. En general, la fricción depende del grado de rugosidad o aspereza de las superficies que se acercan lo suficiente y la percibimos como rozamiento.
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CIENCIAS
II SESIÓN 3
empleada oblema; una pregunta o pr a a iv at nt te a st rmente. s: Es una respue Elaborar hipótesi ación que debe ser probada posterio plic consiste en una ex
Nueva destreza
Actividad TRES Elaboren una hipótesis sobre las fuerzas que intervienen en los cambios del estado de movimientos. • Comenten: ¿Cuáles son las fuerzas que intervienen en el cambio de movimiento de un cuerpo? 1. Material a) Riel de 100 cm. Puede hacerse con una pieza plana de metal con bordes, o bien con tubos metálicos pegados en paralelo con cinta adhesiva. Hay que dejar entre ellos el espacio suficiente para el deslizamiento recto del balín, sin que pueda salirse a los lados ni hundirse. También pueden pegarse dos tiras o reglas de madera. b) Balín metálico. c) Juego de escuadras o transportador d) Cinta métrica. e) Recorte de franela o jerga de 60 cm de largo. f) Imán potente en forma de barra. 2. Procedimiento Experiencia A: Con un ángulo de inclinación fijo y diferente superficie de rodamiento. a) Coloquen el riel con una inclinación de 30°. b) Suelten el balín desde la parte superior del riel. c) Dejen que el balín continúe rodando sobre la mesa una vez que se deslizó por todo el riel (Caso 1). d) Pongan el recorte de tela y repitan los pasos b)y c) (Caso 2). e) Midan en centímetros la distancia recorrida sobre la mesa después de cada descenso.
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secue n c i a 6 Experiencia B: Con un ángulo de inclinación fijo y diferente impulso inicial. a) Coloquen el riel con una inclinación de 0°. b) Empujen con diferentes fuerzas el balín desde la parte superior del riel (Casos 3-5). c) Dejen que el balín continúe rodando sobre la mesa una vez que se deslizó por todo el riel. Experiencia C: Colocando el riel a 45 grados, aplicando al móvil una fuerza externa. a) Sitúen el balín en la parte media del riel. b) Acerquen el imán al balín, sin tocarlo, de tal forma que logren mantenerlo quieto (Caso 6). c) Suban el balín por el riel atrayéndolo con el imán, pero sin tocarlo (Caso 7). d) Registren sus observaciones en sus cuadernos. 3. Resultados • Registren las distancias recorridas por el balín sobre la superficie de la mesa. Para ello utilicen los siguientes formatos: Experiencia A: Con un ángulo de inclinación fijo y diferente superficie de rodamiento.
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Caso
Inclinación del riel
Manera en que inicia el movimiento y superficie empleada
1
30°
Sólo soltar. Sin tela.
2
30°
Sólo soltar. Con tela.
Distancia recorrida (cm)
II Fuerzas responsables
Observaciones
b) Experiencia B: Con un ángulo de inclinación fijo y diferente impulso inicial. Caso
Inclinación del riel
Manera en que inicia el movimiento
3
Horizontal (0°)
Con rapidez inicial pequeña.
4
Horizontal (0°)
Con rapidez inicial media.
5
Horizontal (0°)
Con rapidez inicial grande.
Distancia recorrida (cm)
Observaciones
Fuerzas responsables
c) Experiencia C: Colocando el riel a 45 grados. Caso
Inclinación del riel
6
45˚
7
45˚
Observaciones
Fuerzas responsables
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secue n c i a 6 4. Análisis de resultados • Respondan en sus cuadernos, de acuerdo con sus observaciones y mediciones: Experiencia A: a) ¿Por qué se frena el balín? b) ¿Qué tipo de fuerza frena al balín? Experiencia B: a) ¿Cómo consigues iniciar el movimiento con mayor rapidez? b) ¿Qué sucede cuando esta fuerza mecánica de inicio es mayor? c) ¿Qué tipo de fuerza es la mecánica? d) ¿Por qué el balín recorre una distancia mayor cuando la rapidez inicial es mayor?
La fricción juega un importante papel en la dificultad o facilidad para desplazarse.
Experiencia C: a) ¿Por qué se queda quieto el balín sobre el riel cuando le acercan un imán? b) ¿Qué tipo de fuerza ejerce el imán sobre el balín? 5. Comunicación • Elaboren un reporte en su cuaderno. Comparen sus resultados con los que obtuvieron otros equipos. Después: 1. Adviertan las semejanzas y las diferencias obtenidas. 108
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CIENCIAS
II
2. Expresen sus opiniones sobre las siguientes cuestiones: a) ¿A qué se deben las diferencias, si es que las hay? b) ¿Qué fuerzas intervienen en los casos experimentados? c) ¿Estas fuerzas son de contacto o a distancia? Expliquen. d) ¿Cómo participa la fricción en estos casos?
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “En un partido de futbol pones la pelota en movimiento para iniciar el juego, elevándola, y ves que luego cae; otras veces la haces avanzar a ras de suelo para pasársela a un compañero. Sabes también que, si nadie la recibe, después de un tiempo se detendrá en el campo de juego. ¿Qué se requiere para que la pelota se mueva de estas maneras?” Para resolver el problema: 1. Responde: ¿Qué se requiere para que la pelota se mueva de estas maneras? 2. Completa la tabla considerando lo siguiente: a) Asigna la fuerza y el tipo de fuerza causante del movimiento descrito. b) Fundamenta tu respuesta para cada caso.
Movimiento
Fuerza participante
Tipo de fuerza que actúa (de contacto o a distancia)
Elevar una pelota que está previamente en reposo.
Hacer caer una pelota que avanza en el aire.
Detener una pelota en movimiento.
3. Define con tus palabras el concepto de fuerza. 109
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aprendido Reflexión sobre lo encia al inicio de la secu as ab ns pe e qu Revisa lo el estado de de los cambios en sobre las causas bjetos. formación de loso de la o o nt ie im as y lo que mov tre lo que pensab en s ia nc re fe di en ¿Exist ica tu respuesta. ahora sabes? Expl
Para qué me sirve lo que aprendí? Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Las causas del movimiento en la programación de la red satelital Edusat.
El conocimiento de las fuerzas que participan en todos los movimientos ha ayudado a la humanidad a realizar con mayor facilidad muchas tareas, mediante el diseño y la construcción de máquinas que aprovechan las fuerzas naturales. 1. Pregunten a los adultos de su localidad cuáles son las máquinas que más se emplean diariamente. 2. Clasifíquenlas en: a) Máquinas mecánicas que sólo aprovechan las fuerzas de contacto. b) Máquinas eléctricas que utilizan las fuerzas a distancia de tipo electromagnético. 3. Mencionen dos ejemplos de fuerzas de contacto que actúan en una locomotora de vapor.
Ejemplos de máquinas mecánica y eléctrica. 110
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II
Ahora opino que… Desde la antigüedad, se han utilizado animales en la molienda de granos, los cuales están atados a las pesadas piedras de las norias. 1. ¿De que otra manera se puede hacer esta labor aprovechando alguna de las fuerzas que existen en la naturaleza? 2. ¿Qué ventajas tiene emplear estas fuerzas? 3. ¿Qué otros ejemplos podrían mencionar donde se utilicen estas fuerzas? • Escriban sus respuestas en el cuaderno.
Para saber más… 1. Estrada, Alejandro Félix, et al. (2001). Lecciones de Física. México: CECSA. 2. Tagüeña, Carmen, et al. (1999). Física. México: Santillana. 1. Hacyan, Shahen. Las fuerzas de la naturaleza. ILCE. 22 de febrero 2007.
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/129/htm/sec_6.htm
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¿Por qué se mueven las cosas? sesión 1
Para empezar Fuerzas ¡en acción! Lee el texto. • Antes de la lectura contesta: ¿Cómo se suman las fuerzas?
Texto introductorio
En nuestra vida diaria, las fuerzas están presentes en casi
todos los aspectos. Lo más frecuente es que sobre cada objeto actúen dos o más fuerzas simultáneamente. Por ejemplo, cuando un vendedor de camotes empuja su carrito cuesta arriba en una calle empinada, debe aplicarle una fuerza mecánica dirigida a lo largo del plano y apuntando hacia el punto más alto de la calle. Además de esta fuerza, sobre el carrito actúan por lo menos dos fuerzas más que dificultan su movimiento: la de gravedad, que siempre apunta hacia abajo, y la de fricción, entre las ruedas del carrito y el pavimento. Los efectos de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos no siempre son visibles pero están ahí. Si visitamos una ciudad grande, veremos edificios de varios pisos que, a diferencia del carrito, están en reposo. ¿Qué fuerzas actúan sobre un edificio? El peso es una de ellas. Pero, para que el edificio no se desplome debe existir al menos otra fuerza que contrarreste al peso. Estas fuerzas son producidas por los cimientos, las columnas o las trabes. ¿Qué otras fuerzas actúan a nuestro alrededor? Muchas, por ejemplo la acción del viento y de los movimientos del terreno producidos por las ondas sísmicas, son factores a considerar por quienes diseñan y construyen edificios. En el edificio actúan varias fuerzas simultáneamente y no hay desplazamiento o éste es mínimo… al menos, ¡eso es lo esperado! En cambio, en el carrito de paletas, el resultado de las fuerzas es un desplazamiento neto calle arriba.
Consulta en tu diccionario el significado de palabras como trabe.
El movimiento de este carrito de camotes es resultado de las fuerzas que actúan sobre él.
La estabilidad de esta torre, depende del equilibrio de las fuerzas que actúan sobre ELLA.
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II
Ahora sabes que la fuerza es aquello que provoca un cambio en el estado de movimiento de los objetos. En esta secuencia conocerás las características de una fuerza y la manera en la que puedes representarla gráficamente. Valorarás este conocimiento para encontar fuerzas resultantes y predecir el movimiento de objetos en tu vida cotidiana.
Consideremos lo siguiente… A continuación se te presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Van a colocar una estatua en la plaza de tu comunidad. Es tan pesada que se necesitan dos grúas para levantarla hacia su pedestal. Una de las grúas ejerce una fuerza de 2 unidades en una dirección de 30°, mientras que la otra ejerce una fuerza de 2.5 unidades a 135°. Cuando se ponen en acción las grúas, ¿hacia donde se moverá la estatua? Utiliza herramientas gráficas para encontrar la magnitud, la dirección y el sentido de las fuerzas que aplican las grúas
135º
30º
Las grúas deben colocar la estatua en el pedestal. ¿Lo lograrán?
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Qué harías para que la estatua quede en el pedestal? 2. ¿Qué es lo que cambia el estado de movimiento de un objeto? 3. ¿Cómo puedes predecir hacia dónde se moverá un objeto? 4. ¿Cómo representarías gráficamente la fuerza que cada grúa aplica sobre la estatua? 113
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secue n c i a 7 Compartan sus respuestas sobre: 1. ¿Qué dificultades tuvieron para representar gráficamente las fuerzas que mueven la estatua? 2. ¿Se pueden combinar dos fuerzas en una sola? Si es así, ¿a partir de ésta se puede predecir hacia dónde se moverá la estatua? ¿Cómo?
Manos a la obra Actividad UNO Infiere la dirección del movimiento de un cuerpo. • Realicen la siguiente experiencia. 1. Comenten: ¿Cómo seleccionan las fuerzas más adecuadas para mover un objeto en una dirección particular? 2. Van a necesitar una mochila y una cuerda. 3. Elijan a tres compañeros para que hagan lo siguiente: a) Pasen al frente. b) Amarren entre dos compañeros la cuerda al asa de la mochila, dejando dos extremos libres. c) El tercer voluntario dibujará un esquema en el pizarrón indicando cómo deben aplicarse dos fuerzas sobre la mochila para subirla al escritorio. d) El resto del grupo hará una predicción sobre cómo se moverá la mochila aplicando las fuerzas representadas en el pizarrón. e) Al terminar la predicción, los dos voluntarios deben jalar las cuerdas en la dirección indicada en el esquema, sin modificarla. f) Los compañeros que jalaron la mochila deben comentar al grupo si consideran que aplicaron las fuerzas adecuadas para subir la mochila, o no. g) Realicen los ajustes necesarios al esquema y hagan una nueva predicción. h) Repitan la experiencia hasta que el esquema y las fuerzas reales aplicadas coincidan.
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II
Comenten la experiencia: 1. ¿Qué ajustes hicieron al esquema original para lograr el movimiento deseado? 2. ¿Cómo representaron la cantidad de fuerza y cómo la dirección de la fuerza? 3. ¿ Se requiere aplicar siempre una fuerza para mover un objeto en reposo? Expliquen. 4. ¿Qué importancia tiene la dirección de aplicación de un conjunto de fuerzas en el resultado de un movimiento? 5. Escriban sus conclusiones en el pizarrón.
dido blema? bre lo apren erado. solver el pro re ra a Reflexión so p vimiento esp o O N m U n d u a r id ra v g cti a para lo el te sirve la A y de la fuerz igual a la d lo a u 1. ¿De qué se g , n á to l e je d b cia bre un o la importan a aplicada so rz e fu • Considera a d a c irección de rio que la d sa e c e n s E 2. ¿ ? Explica. movimiento Lean el texto. • Pongan atención en la representación de fuerzas mediante vectores. Texto de información inicial
¿Cómo se pueden representar las fuerzas? Ciertas cantidades en la física, llamadas escalares, quedan exclusivamente determinadas con un número y una unidad de medida, como sucede con el tiempo. Así afirmamos que un suceso ocurrió en 2 horas. Otras cantidades en cambio, llamadas vectoriales, requieren además ,una dirección y un sentido para que queden totalmente definidas. Hemos mencionado en secuencias previas al desplazamiento y la velocidad, que son, por supuesto, cantidades vectoriales. Es claro que no es lo mismo caminar 5 kilómetros hacia el norte que 5 kilómetros hacia el sur. De la misma manera, no obtenemos el mismo resultado si lanzamos una pelota de básquetbol hacia la canasta del equipo contrincante que hacia la propia, aunque necesitemos la misma magnitud de fuerza para arrojarla. ¿Qué tipo de cantidad será entonces la fuerza? Es, también, una cantidad vectorial. Como la fuerza es un vector, se puede representar mediante una flecha cuya longitud indique qué cantidad de fuerza se aplica y cuál es su dirección y sentido. Cuando se ejercen diversas fuerzas sobre un cuerpo, una representación de vectores permite analizar qué efecto se producirá como resultado de aplicar todas las fuerzas simultáneamente. El punto de aplicación de cada fuerza está Punto de aplicación representado por el punto inicial de la flecha; la dirección es el ángulo que forma la flecha con el eje horizontal, el sentido es hacia donde apunta la flecha y 1 2 3 4 5 la magnitud de la fuerza, es proporcional al tamaño Este vector representa una fuerza de 5 unidades en total de la flecha, medido desde el punto de aplicación dirección horizontal hacia la derecha. hasta la punta de la misma, trazada en una escala apropiada de longitud. 115
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Sobre esta pelota actúan dos fuerzas simultáneamente. Para analizarlas, podemos suponer que el punto de aplicación de ambas está en el centro del balón. Debe recordarse que dichas fuerzas no se encuentran en la pelota. Son consecuencia de la interacción, de la pelota con el jugador que trata de encestar, y la fuerza de gravedad, que es la interacción de la pelota con la Tierra.
La dirección del movimiento del objeto y de la fuerza aplicada por el sujeto, no siempre son iguales.
La dirección y el punto de aplicación sobre la bola de billar podría darnos una pista de hacia dónde se moverá después del tiro.
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II
Comenten algunas ideas del texto. • Respondan en sus cuadernos: 1. Cuáles son las ventajas de usar flechas para representar a las fuerzas 2. Observen las imágenes que acompañan al texto. ¿La dirección del movimiento y de la fuerza aplicada siempre son iguales? Expliquen.
empleada o modelos dibujar diagramas o ar iz til U : ar estructuRepresent enden conceptos, pr m co se e qu ar para demostr stemas y ciclos esos científicos, si oc pr , es on ci la re ras, os. biológicos o físic
Vínculo entre Secuencias Las características de magnitudes vectoriales como el desplazamiento y la velocidad se revisaron en la Secuencia 2: ¿Cómo se mueven las cosas?
Nueva destreza
Vínculo entre Secuencias Recuerda que los efectos que producen las fuerzas de contacto y a distancia sobre los objetos se describen en la Secuencia 6: ¿Por qué cambia el movimiento?
Actividad DOS Representen movimientos cotidianos utilizando vectores. 1. Observen las imágenes:
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secue n c i a 7 2. Representen en su cuaderno mediante vectores: a) Las fuerzas que actúan sobre los cuerpos. b) La dirección del movimiento al aplicar las fuerzas.
dido bre lo apren so n ió dad de x e fl e R s una propie e o n a rz e tre s que la fu teracción en in la e d Ahora sabe a id den sino la med res que pue to los objetos, c e v n so s fuerza ellos. Si las s: e con flecha rzas del representars ntar las fue se re p re s a odrí 1. ¿Cómo p a m proble ? mayor? a magnitud n u e n e ti a erz 2. ¿Cuál fu sabes? lo o ¿Cóm
Sabías que… La magnitud de una fuerza se puede medir con un instrumento llamado dinamómetro, que consiste en un resorte con un gancho, sujeto a un marco con una escala graduada. La fuerza estira el resorte, y la longitud de estiramiento da una medida de la cantidad de fuerza que soporta el resorte. • Tu puedes aplicar el funcionamiento del dinamómetro en forma muy sencilla. Consigue un resorte y amárralo a tu mochila. Sostén la mochila colgando del resorte y observa que el estiramiento del resorte es mayor si el peso de la mochila se incrementa al cargar más objetos. Si mides la longitud del estiramiento, tendrás una idea de la cantidad de fuerza presente. En este caso, se trata del peso.
El dinamómetro es un instrumento para medir la fuerza.
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II
Para terminar
SESIÓN 2
Lean el texto. • Antes de realizar la lectura comenten cómo pueden predecir el movimiento de un cuerpo al aplicarle dos fuerzas diferentes. Texto de formalización
¿Hacia dónde se moverá? Para saber la dirección del movimiento de un
objeto sobre el que se aplican varias fuerzas a la vez, hay que conocer primero las características de cada fuerza por separado. Conviene considerar al conjunto de interacciones como un sistema de fuerzas. Si dos fuerzas iguales en magnitud y dirección se aplican a un cuerpo en sentidos opuestos, éste no se moverá porque los efectos se contrarrestan. Un ejemplo de esto se tiene cuando dos personas jalan con la misma fuerza los dos extremos de una cuerda en sentido contrario. El análisis de las fuerzas que intervienen en un sistema es indispensable, por ejemplo, para los ingenieros que construyen puentes, edificios o plataformas petroleras, porque de sus predicciones y cálculos depende que las edificaciones se muevan controladamente o permanezcan estáticas.
Cualquier desequilibrio entre estas fuerzas provocará que el puente se desplace.
Las fuerzas sobre esta roca tenen un efecto nulo sobre su movimiento. 119
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secue n c i a 7 Cuando dos o más fuerzas se aplican en la misma dirección, sin importar que tengan sentidos contrarios, se denominan fuerzas colineales. En este caso, si tienen el mismo sentido, sus magnitudes se suman; si tienen sentido contrario, las magnitudes se restan, en forma similar a como se procede con la recta numérica.
+ F1 = − 4
= F2 = 5
=
Fi + F2 = − 4 + 5 = 1
R=1
Los vectores colineales se suman en forma algebraica.
Cuando las fuerzas aplicadas no son colineales, como ocurre con las fuerzas aplicadas sobre la estatua del problema, la fuerza resultante ya no es simplemente una suma aritmética. El procedimiento gráfico para sumar fuerzas en este caso es el método del polígono, que es el siguiente: 1. Cada fuerza se representa como una flecha. Puesto que las fuerzas se ejercen sobre el mismo punto de aplicación, éstas se trazan a partir de este punto, conservando las características de magnitud, sentido y dirección de las fuerzas que se quiere representar. 2. Después, se reacomodan las flechas de manera que se coloca la punta de una flecha con el extremo de otra, respetando la longitud, la dirección y el sentido originales. 3. La resultante se obtiene trazando una línea desde el origen de la primera flecha, hasta la punta la última flecha, es decir, del punto de aplicación al punto final de las fuerzas trazadas. a) F1
b)
F2
Método del polígono. La fuerza resultante es la misma, sin importar cuál de las dos fuerzas F1 y F2, se elija representar primero.
dido resultante bre lo apren so n ió x e der sobre la fl n e R re p a e d s a blema? lo que acab atua del pro a st d e u y la a r e te v é o ¿En qu para m a de fuerzas ué? de un sistem tua? ¿Por q a st e la rá e e se mov ¿Hacia dónd
Actividad TRES La resultante de una fuerza Calculen la resultante de un sistema de fuerzas. 1. Van necesitar hojas y transportador. 2. Analicen 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 unidades en una dirección de 45° hacia la lancha. Esta es la fuerza F1. El otro pescador, jala la red con la misma fuerza, pero con un ángulo de 90°. Esta es la fuerza F2. ¿Hacia dónde se moverá la red si la fuerza aplicada es de 5 unidades? 120
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CIENCIAS
II
Imagen de una red que es jalada por dos pescadores hacia el interior de su lancha.
Dos fuerzas actuando sobre un objeto.
3. En sus cuadernos: a) Utilicen el método del polígono para obtener la resultante de las fuerzas aplicadas por los pescadores sobre la red. b) Indiquen la magnitud, dirección y sentido de la fuerza resultante que mueve la red. 4. Analicen lo obtenido: a) ¿El sentido del movimiento de la red es el mismo que el de las fuerzas aplicadas por los pescadores? Expliquen. b) Proporcionen un ejemplo en el que una fuerza suple la acción de dos fuerzas concurrentes simultáneas. Comparen sus respuestas. 1. Verifiquen con sus compañeros si obtuvieron el mismo vector resultante. 2. ¿Qué dificultades se presentaron al trazar cada una de las fuerzas? 3. ¿Por qué puede haber resultados diferentes en el vector resultante? 4. ¿Cómo se puede saber quién ha trazado correctamente sus vectores? 5. ¿Existe alguna otra interacción que no se haya considerado en este sistema de fuerzas?
Para conocer más sobre las fuerzas, puedes consultar el libro Fuerzas físicas, de las Bibliotecas Escolares y de Aula.
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Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Van a colocar una estatua en la plaza de tu comunidad. Es tan pesada que se necesitan dos grúas para levantarla hacia un pedestal. Una de las grúas ejerce una fuerza de 2 unidades en una dirección de 30°, mientras que la otra ejerce una fuerza de 2.5 unidades a 135°. Cuando se ponen en acción las grúas, ¿hacia donde se moverá la estatua? Utiliza herramientas gráficas para encontrar la magnitud, la dirección y el sentido de las fuerzas que aplican las grúas.”
135º
30º
Las grúas deben colocar la estatua en el sitio marcado por la cruz verde. ¿Lo lograrán?
Resuelve el problema en tu cuaderno. • Para ello, considera las siguientes cuestiones: 1. ¿Es adecuada la dirección en que las grúas aplican la fuerza sobre la estatua? 2. Elabora un diagrama de las fuerzas ejercidas por las grúas sobre la estatua. 3. Encuentra la fuerza resultante para verificar si la estatua llega al sitio marcado. Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Las fuerzas y el movimiento en la programación de la red satelital Edusat.
rendido Reflexión sobre lo ap encia sobre la as al inicio de la secu Revisa lo que pensab licarle dos fuerzas overá un objeto, al ap m se e qu la en n ció direc é? que pensabas? ¿Por qu diferentes. ¿Cambió lo
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Seguramente han escuchado una frase popular que dice “más vale maña que fuerza”. 1. Expliquen en su cuaderno como se aplica esta frase al: a) Levantar una caja muy pesada con los brazos o empujarla por un plano inclinado. b) Evitar que un edificio se caiga o mueva de su lugar. 2. Utiliza en tu argumentación las nociones de magnitud, dirección y sentido de una fuerza. 122
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Ahora opino que… Como parte de las fiestas de tu comunidad, se está llevando a cabo un rodeo y un toro se escapó. Ahora, para regresarlo de nuevo a la función, los vaqueros primero deben lazarlo de los cuernos, para después subirlo a la camioneta y regresarlo a la feria. ¿Cómo hacerlo? • Para resolver lo anterior: 1. Observen el dibujo. 2. Respondan: a) ¿Es recomendable utilizar una sola fuerza de gran magnitud para subir al toro a la camioneta? ¿Por qué? b) Por el contrario, ¿cuántas fuerzas serán necesarias para conducir al toro de manera que no se regrese ni pueda embestir a los vaqueros? ¿Por qué?
Para saber más… 1. Noreña, V. Francisco y Juan Tonda. (2002). El movimiento. México: SEP/Santillana. 2. Pogan, A. (2003). Fuerzas físicas. México: Ediciones Culturales Internacionales. 1. Diccionario de Física. (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Noreña, V. Francisco. (2002). Física en Imágenes. México: Santillana. 3. Porter, A. (2005). Cómo funcionan las cosas. México: McGraw-Hill Interamericana. 1. Aristizábal, D. (2004). Suma de vectores por el método del polígono. Universdad Nacional de Colombia. 23 de febrero 2007.
http://www.unalmed.edu.co/~daristiz/virtual/generalidades/applets/applet_suma_ polig/SumaPolig.htm 123
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¿Cuáles son las causas del movimiento? sesión 1
Para empezar La inercia Lean el texto. • Antes de la lectura, comenten cómo es el movimiento que experimentan cuando un coche frena bruscamente.
Texto introductorio
Desde hace algunos años, las autoridades de tránsito han insistido en la importancia de usar el cinturón de seguridad para reducir el riesgo de daño o muerte en caso de accidente; para ello han realizado campañas informativas en diferentes medios como la televisión y los espectaculares. Con el mismo propósito, en algunas localidades, se han impuesto sanciones económicas a las personas que no lo usan. Acostumbrarse a emplear el cinturón de seguridad es importante porque permite que el conductor y los pasajeros se mantengan fijos en su asiento si el coche llega a chocar, frenar bruscamente o voltearse. Cuando un automóvil se detiene de improviso, los ocupantes tienden a continuar el movimiento que el auto tenía justo al momento del impacto, por lo que pueden golpearse con las partes internas del auto o salir por el parabrisas y sufrir lesiones graves o hasta la muerte. Es cierto que utilizando el cinturón, los riesgos de lesiones no se eliminan del todo, ya que los pasajeros pueden golpearse con otras partes del auto, como las ventanas laterales. Sin embargo, se ha comprobado que el cinturón permite salvar muchas vidas.
Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como robot.
Es importante que todos los pasajeros de un auto usen el cinturón de seguridad, para minimizar el riesgo de daño en caso de accidente. Los niños deben ubicarse en el asiento trasero, de preferencia en sillas especiales para ellos.
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II
Ahora ya sabes que las fuerzas se asocian a interacciones. En esta secuencia identificarás a las fuerzas como agentes de cambio en el estado de movimiento de las cosas; estudiarás las leyes que explican el movimiento de todos los objetos a partir de las fuerzas que actúen en ellos. Valorarás la utilidad de conocer estas leyes, para describir y predecir el movimiento de los objetos que se encuentran a tu alrededor.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia. Vas a elaborar un cartel para promocionar el uso del cinturón de seguridad en los vehículos automotores en tu comunidad. Después de leer el cartel, tus vecinos tendrán información sobre: 1. Las fuerzas que actúan sobre el cinturón cuando un coche frena. 2. Para que se utilizan los cinturones de seguridad. • 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.
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 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? Comenten: • En un choque frontal entre dos automóviles, ¿qué podría pasar si los pasajeros no tuvieran puesto el cinturón de seguridad?
Actividad UNO 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. 125
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secue n c i a 8 b) Tiren lenta y lateralmente de la tarjeta. c) Observen lo que ocurre. d) Prueben con monedas de diferentes tamaños. e) Repitan la experiencia de observación, sólo que ahora den los tirones rápidamente. 4. Escriban en su cuaderno una descripción del movimiento de la tarjeta y la moneda cuando tiran de la tarjeta lentamente y cuando tiran de la tarjeta rápidamente. • Indiquen las diferencias que hayan notado en cuanto al movimiento de las monedas. Comenten: a) ¿Cómo se llama la propiedad por la que las monedas caen al vaso cuando se tira la tarjeta rápidamente? b) Otro ejemplo de la vida diaria en la que se presente esté fenómeno.
Sabías que… La inercia es la oposición de un objeto a cambiar su estado de movimiento. La inercia que presenta un cuerpo bajo la acción de una fuerza es directamente proporcional a la cantidad de materia del cuerpo. Por acuerdo, consideraremos que la inercia es equivalente a la cantidad de materia. Esto significa que la inercia es numéricamente igual a la masa y se le asignan las mismas unidades físicas. Por ejemplo, si jalamos horizontalmente con rapidez una tarjeta, con una moneda encima, la moneda no “responde” instantáneamente a la fuerza lateral; al quedar suspendida la moneda cae por su propio peso. Otro ejemplo que ilustra la inercia es el experimento de Galileo: si soltamos dos objetos de diferente masa desde la misma altura con respecto al suelo, ambos lo tocarán al mismo instante. Al objeto de mayor masa, la Tierra lo atrae mediante una fuerza de mayor magnitud que con la que atrae al objeto de masa menor. Sin embargo, el objeto de menor masa se opone menos a cambiar su movimiento que el de mayor masa. Ambos efectos se equilibran perfectamente y, como consecuencia de ello, ambos objetos describen exactamente la misma trayectoria tocando el suelo al mismo instante.
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Actividad DOS
SESIÓN 2
Fuerza y aceleración Infieran la proporción que existe entre fuerza y aceleración. • Realicen la 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 la pesa de 1 kg y 4 cuadernos para que tenga una masa de 3 kg aproximadamente. 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, etcétera. e) Cinta métrica o flexómetro. 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 de la cuerda al camión y el otro extremo a una pesa de 500 g. Procuren que haya una distancia de 3m entre las llantas delanteras del camión y el extremo de la mesa.
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secue n c i a 8 d) Hagan pruebas para elegir 5 pesas entre 150 y 400 g cuyo peso permita al camión recorrer 1 m 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 cuadernos. e) Suelten la pesa y midan el tiempo que tarda el camión en recorrer la distancia de 1 m 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 tablas como las que se muestran: Tabla 1. Experiencia A Misma masa del móvil diferente fuerza de tracción Masa de la pesa de tracción ( kg)
Distancia
Tiempo t (s)
d (m)
Rapidez media d m V=( )( ) s t
1 1 1 1 1 Tabla 2. Experiencia B Misma masa del móvil diferente fuerza de tracción Camión
Masa de la pesa de tracción ( kg)
Distancia
d (m)
Masa original
1
Con aumento de masa
1
Tiempo t ( s)
Rapidez media d m V=( )( ) s t
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4. Análisis de resultados Experiencia A a) Cuando aumentan la masa de la pesa de tracción aumentan la magnitud de la fuerza que jala al 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? Justifiquen su 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, que 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? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos. Intercambien sus opiniones sobre: • La relación de proporcionalidad que encontraron entre la fuerza de tracción, la aceleración y la masa del camión.
Manos a la obra
El burro con carga de leña requiere mayor fuerza para acelerarse o para detenerse que el burro sin carga.
Lean el texto. Pongan especial atención en la causa de que un objeto se mueva. Texto de información inicial
¿Qué provocan las fuerzas? Las fuerzas operan como agentes de cambio del movimiento. Cuando se aplica una fuerza a un objeto, es
posible cambiar la manera en la que 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 una fuerza resultante de magnitud cero y, en consecuencia, no cambiará la manera en la que el objeto se mueve. Para provocar el movimiento de un objeto, o alterar su movimiento actual, es necesario que la suma vectorial de las fuerzas aplicadas dé una fuerza resultante o neta con una magnitud diferente de cero. Por ejemplo, si juegas a tirar de una cuerda con un amigo, tú jalando de un lado y tu amigo del lado contrario, es posible que notes que en algún momento la cuerda no se mueve. Si no hay fuerza neta, es posible que el objeto se quede quieto o que tenga un movimiento rectilíneo uniforme. Esto se debe a la inercia; un objeto no cambiará su estado de movimiento hasta que una fuerza neta venza su inercia. Por ejemplo, si colocamos un objeto sobre una mesa y lo ponemos en movimiento, dentro de algunos instantes se detendrá. Sin embargo, si pulimos bien la mesa y repetimos la experiencia, notaremos que el objeto se desplaza llegando un poco más lejos. Es razonable suponer que si somos capaces de eliminar por completo la fuerza que proviene del rozamiento entre el objeto y la mesa, éste seguirá moviéndose indefinidamente, con la misma velocidad que nosotros le hayamos dado en el instante inicial. Con base en experiencias similares Isaac Newton desarrolló su primer principio o ley del movimiento:
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secue n c i a 8 Primera ley: Todo objeto permanece en estado de reposo o movimiento
rectilíneo uniforme, a menos que una fuerza externa no equilibrada actúe sobre él. Newton reconoció que una fuerza neta es capaz de provocar un cambio en la velocidad de un objeto, o bien una aceleración. Por ejemplo, si jalamos una silla para sentarnos, con el jalón aumentamos la velocidad de la silla desde el reposo, en la dirección y sentido en que la jalamos, para ponerla en el lugar que queramos. Poner en movimiento cualquier cosa requiere de la acción de una fuerza neta. Este hecho lo formalizó Newton en su segunda ley del movimiento.
Segunda ley: Cuando actúa una fuerza neta sobre un cuerpo, éste tendrá
Primera ley de Newton.
una aceleración en la misma dirección y sentido que la fuerza neta aplicada. La magnitud de la aceleración del cuerpo, que se produce por la acción de la fuerza neta, es inversamente proporcional a la masa del cuerpo. Por ejemplo, si jalamos un carro de juguete de masa m = 20 kg que inicialmente estaba en reposo vi = 0 y con esto le damos una velocidad final vf de 2 m en un s tiempo t = 1s. El carro tiene una aceleración de a = 2 m2 . s La fuerza neta F que le aplicamos al bloque al jalarlo es de: kgm F = (20 kg) 2 m2 = 40 2 = 40 N s s
( )
La segunda ley de Newton puede expresarse matemáticamente con la ecuación:
F = ma
Con esta ecuación se define la unidad de fuerza; 1 kg m2 es igual a un newton, el cual s se denota con la letra N en honor a Isaac Newton.
( )
Las ciencias y la comunidad científica Newton no siempre fue un buen estudiante; al contrario, era un pésimo alumno, hasta que un día se peleó a puñetazos con el más bravo de su clase, quien además era un magnífico estudiante. Newton logró vencerlo y, para completar su triunfo, comenzó a destacar en la escuela. A partir de entonces su dedicación al trabajo nunca decayó hasta que llegó a la universidad. Durante dos años la universidad donde estudiaba Newton tuvo que cerrar por la expansión de una epidemia; fue en este lapso cuando desarrolló sus trabajos más importantes, sumergido en una profunda concentración. Mediante el análisis matemático de sus tres leyes, es posible conocer de antemano la trayectoria y la velocidad que tendrá, en cada instante, cualquier Isaac Newton nació en Inglaterra en 1642 y murió colmado de honores objeto que se mueva; conociendo su posición y velocidad iniciales. Newton en 1727. contribuyó al desarrollo de la ciencia de su época y de la nuestra legándonos, además de sus tres leyes del movimiento, la teoría de la gravitación universal y el cálculo diferencial e integral, entre sus contribuciones más importantes. Hoy en día se ponen en órbita satélites de comunicaciones con la ayuda de la teoría de la gravitación de Newton, y casi cualquier disciplina científica necesita de las herramientas del cálculo diferencial e integral para su funcionamiento. La dedicación y la constancia en su trabajo caracterizaron a Newton durante la mayor parte de su larga vida. 130
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Respondan en sus cuadernos: 1. En todos los casos en los que actúa una fuerza no equilibrada o fuerza neta sobre un objeto, ¿se mueve? Justifiquen su respuesta. 2. Si al mismo tiempo se les aplica a dos objetos de diferente masa una fuerza igual durante toda su actuación, ¿éstos se moverán de manera similar? ¿Cuál de los dos acelerará menos? 3. Si comparamos dos objetos de distinta masa, ¿cuál de ellos presenta una mayor inercia? Justifiquen su respuesta.
Conexión con Matemáticas Para recordar qué significa que dos variables sean proporcionales revisen la Secuencia 7: Razones y proporciones de su libro de Matemáticas II.
4. 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? 5. 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 en 1s. Si esta fuerza se aplica en dirección horizontal hacia la s izquierda, ¿hacia dónde se mueve el bloque? 6. Revisa las preguntas anteriores e identifica en qué momento se aplican las dos leyes de Newton estudiadas.
Vínculo entre Secuencias Recuerda que estudiaste la caída libre y la aceleración en la Secuencia 4: ¿Cómo caen los cuerpos?, y el concepto de velocidad en la Secuencia 2: ¿Cómo se mueven las cosas? La definición de fuerza la revisaste en la Secuencia 6: ¿Qué cambia el movimiento?
rendido Reflexión sobre lo ap ción, la fuerza y la acelera tre en n ció la re la s r el problema. Ahora que conoce te ayuda para resolve to ien cim no co te es ¿Cómo
Las fuerzas pueden modificar el movimiento. 131
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secue n c i a 8 SESIÓN 3
Actividad TRES Tercera ley de Newton Analicen las fuerzas en la interacción entre dos sistemas.
1. Necesitan: a) Globo b) Patines, patineta o silla con ruedas. 2. Realicen lo que se indica: 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) Siéntense en la silla con ruedas y con las piernas flexionadas impúlsense con la pared. b) Observen lo que ocurre. 3. Comenten: a) ¿Por qué se mueve el globo cuando se deja salir el aire? b) ¿Por qué si empujan a la pared con los pies se van hacia atrás? c) ¿Cuáles son los sistemas que interactúan para cada caso? d) ¿Cómo se manifiesta la interacción entre los sistemas?
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Para terminar Lean el texto. Pongan especial atención en la tercera ley de Newton. Texto de formalización
¿A toda acción corresponde una reacción? Cuando interactúan dos objetos entre sí para producir un movimiento, éste se produ-
ce por la participación de dos fuerzas. De hecho, en la Naturaleza todas las fuerzas se dan por pares, actuando sobre dos objetos distintos. Por ejemplo, los bomberos que apuntan al fuego con la tobera de una manguera gruesa deben sostenerla firmemente, ya que cuando el chorro de agua sale de ella, la manguera retrocede fuertemente. De la misma manera, cuando remamos en un bote impulsamos los remos hacia el frente golpeando con ellos una porción de agua; esto genera una fuerza que propicia que el bote se mueva hacia atrás. Cuando caminamos ejercemos una fuerza sobre el suelo y el suelo ejerce una fuerza sobre nosotros que nos impulsa hacia delante para poder avanzar. Comúnmente a una de las fuerzas del par se la identifica como fuerza de acción y a la otra como de reacción. Estos fenómenos, y muchos otros, se explican mediante la tercera ley de Newton:
3° ley: A toda fuerza de acción corresponde una fuerza de reacción de igual magnitud o intensidad, pero de sentido contrario.
La salida hacia abajo de gases generados en una combustión permite que el cohete tenga un impulso hacia arriba. El conocimiento de las leyes de Newton, en este caso la tercera, ha permitido un gran desarrollo tecnológico.
EL EL CABALLO CABALLO LISTO LISTO
Arre,caballo, jala el carro para que nos podamos ir
Jalar el carro sería un esfuerzo inútil
¿Cómo podré avanzar si el carro tira de mí hacia atrás?
Si yo jalo el carro, el tirará de mí a su vez por la 3˚ ley de Newton, las fuerzas son iguales y opuestas , asi que se cancelan, con una fuerza resultante de cero no nos moveremos
Física, Física, Física…
Física, Física, Física…
Sólo empuja el suelo hacia atrás, por la 3° ley de Newton el suelo te empujará hacia adelante con la misma fuerza
Para poder movernos tienes que ejercer una fuerza sobre el carro ¡tira de él y seguro lo lograremos!
Lo ves, ya avanzamos ¡esté suelo está haciendo un buen trabajo!
Elaboren en el pizarrón una lista de tres actividades cotidianas que se pueden explicar mediante la tercera ley de Newton. aprendido s causas del Reflexión sobre lo encia acerca de la cu se la de io ic in rencia abas al tre sí. ¿Existe dife en s to je Revisa lo que pens ob s do n o interactúa tu respuesta. movimiento y cóm s ahora? Explica be sa e qu lo y as ab entre lo que pens 133
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Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Vas a elaborar un cartel para promocionar el uso del cinturón de seguridad en los vehículos automotores en tu comunidad. Después de leer el cartel, tus vecinos tendrán información sobre: 1. Las fuerzas que actúan sobre el cinturón cuando un coche frena. 2. Para que se utilizan los cinturones de seguridad. • 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.” Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ello, considera: Para recapitular el contenido de la Secuencia consulten el programa: Las leyes del movimiento en la programación de la red satelital Edusat.
1. ¿Por qué se comenzaron a utilizar los cinturones de seguridad? 2. ¿Qué fuerzas actúan sobre las personas que viajan en un coche que frena? Elabora un dibujo al respecto. 3. ¿Cambia el efecto sobre el cinturón si una persona tiene una masa pequeña y otra una masa grande? Explica. 4. Emplea en tu argumentación los conceptos de fuerza, aceleración e inercia.
aprendido ovimiento. ¿Qué Reflexión sobre lo s cambios en el m lo e sta. br so a ci en cu Justifica tu respue de la se a? io or ic in ah s al be as sa ab e ns entonces y lo qu Revisa lo que pe lo que escribiste e tr en s ta no s ia diferenc
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Contesta las siguientes preguntas en tu cuaderno: 1. Si vas en tu bicicleta y ves a corta distancia un obstáculo en tu camino, ¿aplicarías los frenos inmediatamente o hasta que casi tocas el obstáculo? ¿Por qué? 2. ¿Qué ley de Newton explicaría por qué un mesero muy hábil no desacomoda los platos que están sobre la mesa si tira fuerte del mantel?
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Ahora opino que… Un juego muy común entre los niños es el de las “coleadas”. Este juego puede ser peligroso debido a las fuerzas que actúan en él. • Responde en tu cuaderno: 1. ¿Dónde resulta más seguro colocarse: adelante o atrás de la fila? ¿Por qué? 2. ¿Es más seguro: jugar coleadas con patines? ¿Por qué? 3. Argumenta tus respuestas empleando los términos: fuerza e inercia.
Para saber más… 1. Diccionario básico de científicos. (1994). Madrid: Tecnos. 2. Breun, E. et al. (1997) Física para segundo grado. El universo de la ciencia. México: Trillas. 3. Pérez Montiel, H. (1999). Física, segundo año. México: Patria 4. Viniegra, F. (1991). Una Mecánica sin Talachas. México: Fondo de Cultura Económica. 1. Aguilar, G., et al. La mecánica de Galileo y Newton. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/03/htm/sec_9. html 2. Alba, F. La mecánica. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/23/htm/sec_ 6.htm 3. Hacyan, S. La relatividad de Galileo. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/078/htm/sec_ 4.htm
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secue n c i a 9
¿La materia atrae a la materia? sesión 1
Para empezar Lee el texto. • Antes de la lectura, recuerda lo que sabes del Sistema Solar.
Texto introductorio
Se supone que nuestro Sistema Solar se formó hace
4,600 millones de años por la acumulación de una nube de gas y polvo que también dio origen al Sol. Ocho planetas giran alrededor del Sol siguiendo trayectorias elípticas, aunque prácticamente son circulares. Los planetas se dividen en dos grupos: interiores y exteriores. En orden creciente de su distancia al Sol, en el primer grupo se encuentran Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. En el segundo grupo Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Entre los dos grupos se encuentra un cinturón de asteroides que, al igual que los planetas, también giran en torno al Sol siguiendo trayectorias prácticamente circulares. De los planetas interiores La Tierra y Marte poseen satélites o lunas, que se mueven circularmente en torno a ellos. Los planetas exteriores son gaseosos y gigantescos, tienen anillos compuestos por millones de partículas de hielo y polvo. Desde luego, los anillos más espectaculares son los de Saturno. Además de los anillos, los planetas exteriores tienen satélites o lunas que giran a su alrededor. En las afueras del Sistema Solar se halla la nube de Oort, donde se concentra gran cantidad de cometas. En ocasiones viajan hacia el centro del Sistema, lo que permite que veamos su espectacular cauda. Algunos de ellos describen órbitas elípticas en torno al Sol, como los planetas. El cometa más conocido es el de Halley, que pasa cerca de la Tierra cada 76 años. Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como cometa.
Planetas del Sistema Solar.
Nuestro Sistema Solar es un sistema complejo y fascinante, con planetas, asteroides y cometas, entre otros cuerpos celestes.
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Sabías que… Hasta hace algunos años a Plutón se le consideraba un planeta del Sistema Solar, pero desde 2006 Plutón es considerado el planeta menor número 134,340, según el Minor Planet Center. Plutón no se encuentra en el mismo plano, en el que están las órbitas de los demás planetas. De hecho, por un tiempo Plutón se encontraba entre Urano y Neptuno. Estas son las razones principales por las cuales ya no se le considera un planeta del sistema solar. Ahora ya conoces distintos tipos de movimiento y su relación con las fuerzas. En esta secuencia podrás explicar, a partir de la Ley de la Gravitación Universal, el movimiento de cuerpos celestes y cómo se provoca nuestro peso. Este conocimiento te servirá para valorar la participación de la fuerza de gravedad en algunos fenómenos que ocurren en nuestro planeta, así como la importancia que ha tenido la astronomía para algunas culturas del mundo.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
¿La fuerza que nos mantiene unidos a la superficie de la Tierra y la que mantiene a los planetas moviéndose en torno al Sol? ¿Corresponden al mismo tipo de interacción?
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Cómo se le llama a la fuerza que nos mantiene sobre el suelo? 2. ¿De qué depende esta fuerza? 3. ¿Es lo mismo masa que peso? Justifica tu respuesta.
Manos a la obra Actividad UNO Describan las características del movimiento circular. Para ello: 1. Necesitan: a) Lata de aluminio de 355 ml; cualquier lata de refresco cumple con esta condición. b) 1.5 m de cuerda rígida; puede ser un mecate delgado para tender ropa. c) Abrelatas. d) Argolla; puede ser la de un llavero. La argolla es para evitar que te lastimes o te quemes el dedo mientras tiras de la cuerda. e) Cronómetro 137
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secue n c i a 9 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 a 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 ahí la argolla. e) Pidan la participación de un compañero y enrollen en la mano del compañero el resto de cuerda. f) El compañero introduce el dedo índice en la argolla. g) Ladeando el dedo horizontalmente, comenzará a darle vueltas a la lata. Debe darle exactamente 50 vueltas. Realicen esto con mucho cuidado para no golpear a un compañero. h) Midan el tiempo en que se completan las 50 vueltas. i) Repitan los pasos d a h para longitudes de 45, 50 y 60 cm desde el nudo y coloquen ahí la argolla.
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3. En su cuaderno: a) Expliquen cómo se produce un movimiento circular. b) Elaboren un círculo donde representen cuántas fuerzas existen en el movimiento circular y hacia dónde se dirigen. c) ¿Qué pasaría 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 circular y no hay ninguna cuerda que conecte al Sol con un planeta, ¿qué es lo que provoca 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 qué se debe? f) Describan lo que sintieron en el dedo al girar la lata y cambiar las longitudes de la cuerda. Intercambien sus puntos de vista acerca de lo siguiente: 1. ¿Cuál sería la trayectoria de un planeta si no hubiese ninguna fuerza actuando sobre él? 2. No hay una cuerda que sujete a los planetas con el Sol, entonces: ¿Qué los mantiene en su órbita? 3. ¿Cuál de las leyes de Newton explica este fenómeno? Comenten: • La trayectoria de un planeta en torno al Sol no es perfectamente circular; se desvía ligeramente describiendo una elipse ¿Cuándo se moverá más rápido un planeta, cuando esté más cerca o más lejos del Sol?
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secue n c i a 9 Lean el texto. Pongan atención en las características de la fuerza gravitacional. Texto de información inicial
¿Existe una fuerza de atracción en cualquier lugar del Universo? “La materia atrae a la materia en cualquier región del Universo”. Éste es el
principio de la gravitación universal de Newton. Toda la materia interactúa entre sí, 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. Por ejemplo, la fuerza de atracción gravitacional ‘Fg’, entre dos objetos de masas iguales m1 y m2 de 1 kg, que se encuentran separados a una distancia r de 1 m es de: Fg = 6.67x10-11 N . Podemos decir entonces que la interacción gravitacional depende de las masas y su distancia, aunque nunca deja de actuar sobre todos los cuerpos del Universo. mérico que universal: Valor nu ón ci ita av gr de e nt cional que se Consta la atracción gravita de ad id ns te in la uno expresa un kilogramo cada de s to je ob s do e produce entr metro de distancia. separados por un
Isaac Newton descubrió la ley de la gravitación universal apoyándose en los trabajos desarrollados por Kepler y Hooke, entre otros. Newton sintetizó las órbitas elípticas de Kepler con la fuerza “centrífuga” de Hooke. Es decir que reunió por lo menos dos siglos de creación y desarrollo científico en una teoría magistral, que sigue vigente hasta nuestros días.
Actividad DOS Infieran cómo depende la fuerza de interacción gravitacional de la distancia que separa a dos objetos de la misma masa.
1. 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. Distancia r (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Fuerza gravitacional F ( N) 100.00 25.00 11.11 6.25 4.00 2.78 2.01 1.56 1.23 1.00
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2. Elaboren una gráfica de fuerza contra distancia con estos datos. F(N) 100
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3. Contesten a partir de la curva que corresponde a esta gráfica: a) ¿Cuál es la relación de proporcionalidad, directa o inversa, entre la fuerza gravitacional y la distancia? b) ¿En qué momento llega a desaparecer la interacción gravitacional? Contesten en su cuaderno: 1. ¿Existe interacción gravitacional entre dos diminutas partículas de polvo? ¿Por qué? 2. ¿Es perceptible la interacción gravitacional que existe entre dos camiones de 5 toneladas separados a 1 m de distancia? Expliquen. 3. ¿La fuerza de atracción gravitacional que ejercen sobre ti los objetos que te rodean impedirá que te separes de tu compañero o compañera de banca? ¿Por qué?
dido bre lo apren so n ió x e fl e R relación camente la fi rá g ir b ri n esc a de atracció ción Acabas de d rz e fu la y a ia nc e esta inform rv entre la dista si te é u q al. ¿De gravitacion a? r el problem para resolve
Vínculo entre Secuencias Recuerda que el concepto de fuerza lo revisaste en la Secuencia 6: ¿Por qué cambia el movimiento? y en la Secuencia 8: ¿Cuáles son las causas del movimiento?
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secue n c i a 9 Sabías que… Newton dedujo que la fuerza de interacción 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, precisamente: 2 G = 6.67×10-11 Nm2 kg Por lo anterior, la fuerza de atracción gravitacional está dada por la siguiente ecuación: F= Gm21m2 r
Para terminar
SESIÓN 2
Lean el texto • Antes de leer el texto, contesten la pregunta del título. Texto de formalización
¿Pesamos lo mismo en la Tierra que en la Luna? El peso 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 segunda 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 g = 9.8 m2 . s 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) (9.8 m2 ) = 588 N s 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. El peso es una fuerza que nos atrae hacia el centro de nuestro planeta y nos mantiene sobre su superficie.
Comenten si pesamos lo mismo en la Tierra que en la Luna. • Expliquen sus respuestas empleando los conceptos de masa y aceleración de la gravedad. 142
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Actividad TRES El peso y la gravedad Calculen el peso de una persona en diferentes cuerpos del Sistema Solar. • Realicen lo que se pide: 1. Completen la tabla calculando el peso de una persona de 60 kg de masa en cada uno de los cuerpos celestes. 2. Tomen en cuenta la aceleración de la gravedad que existe sobre la superficie de cada cuerpo celeste. Cuerpos celestes
Aceleración de la gravedad en la superficie del planeta gp ( m2 ) s
Peso de una masa de 60 kg en el planeta Fp (N )
9.81
588
Tierra
3.63 Mercurio
8.87 Venus
3.71 Marte
1.62 Luna
419 Júpiter 143
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secue n c i a 9 3. Con los cálculos que han realizado, ¿en cuál de los cuerpos del Sistema Solar pesaríamos más y en cuál menos? 4. ¿Cuáles pueden ser las diferencias más significativas entre esos dos cuerpos celestes para provocar la enorme diferencia de pesos? 5. ¿En qué planeta nuestro peso sería más cercano al que experimentamos en la Tierra
Las ciencias y la comunidad científica Entre las culturas antiguas que tuvieron un gran desarrollo en astronomía destacan la maya, la inca y la griega. Existen códices mayas que indican que esta cultura tenía un calendario basado en el movimiento del Sol. El calendario de los incas, por su parte, constaba de un año solar de 365 días, repartidos en 12 meses de 30 días y con 5 días intercalados. Los aztecas, a su vez, propusieron un calendario solar conformado por un círculo exterior de 20 áreas que representaban los días de cada uno de los 18 meses que contenía su año. Los griegos fueron, quizá, la cultura europea que en la antigüedad desarrolló más la astronomía. Por ejemplo, Ptolomeo pensó que la Tierra era el centro del Universo y construyó un modelo matemático para explicar el movimiento de los astros que se conocían en su época. Este modelo fue aceptado por los estudiosos del cielo hasta la época del Renacimiento, en el siglo XV de nuestra era. Un sacerdote polaco de esa época, Nicolás Copérnico, cambiaría para siempre nuestra percepción del lugar que ocupa la Tierra en el Universo, al afirmar que el Sol es el centro del Sistema Solar.
La astronomía ha sido muy importante desde la antigüedad hasta nuestros días. Algunos pueblos tenían calendarios basados en el movimiento del Sol.
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II nal
vitacio racción gra prendido te a in lo e d re b a rz so e Reflexión e este as de la fu característic ntrípeta. ¿De qué te sirv s a n u lg a s ce fuerza ce Ahora cono fectos de la e s lo e st a blema y observ solver el pro re ra a p to n conocimie
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “¿La fuerza que nos mantiene unidos a la superficie de la Tierra es la misma que mantiene a los planetas moviéndose en torno al Sol? ¿En qué son similares esas fuerzas y en qué se diferencian?”. Resuelve el problema en tu cuaderno. • Para ello, considera las siguientes cuestiones: 1. ¿Qué dirección y sentido tiene el peso de una persona o, en general, de cualquier objeto? 2. ¿Cómo será el movimiento de un objeto, inicialmente en reposo, situado cerca de un planeta? 3. ¿La fuerza que nos mantiene unidos a la superficie de la Tierra y la que mantiene a los planetas moviéndose en torno al Sol corresponde a la misma interacción? Explica. 4. ¿La fuerza de gravedad actúa como una fuerza centrípeta?
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secue n c i a 9 5. ¿Por qué la Luna no cae encima de la Tierra? 6. ¿Por qué los planetas no chocan entre sí? Para ampliar sus respuestas al problema: 1. Observen el siguiente video.
La gravitación universal 2. Expliquen en su cuaderno: 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 interacción gravitacional que existe entre la Luna y la Tierra. ¿Qué sucedería si la masa de la Luna fuera el doble de lo que es?
Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿La materia atrae a la materia? en la programación de la red satelital Edusat.
rendido e los Reflexión sobre lo ap e la causa por la qu br so cia en cu se la as al inicio de diferencia entre Revisa lo que pensab de su órbita. ¿Existe len sa se no y l So rno al uesta. planetas giran en to ora? Explica tu resp ah s be sa e qu lo y lo que pensabas
¿Para qué me sirve lo que aprendí? 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. • Elaboren un texto en su cuaderno que explique por qué el atleta gira para lanzar el disco.
Ahora opino que… ¿Habría sido posible realizar el viaje a la Luna, en la misión Apolo XI de 1969, sin un conocimiento mínimo de la gravitación universal? • Intercambien sus opiniones al respecto.
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II
Para saber más… 1. Fierro, Julieta y Miguel A. Herrera. La familia del Sol. ILCE. 26 Febrero 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/062/htm/familia.htm 2. Instituto Superior de Ciencias Astronómicas. 2005. Espacio profundo. 26 Febrero 2007. http://www.observatoriomontedeva.com/mpc/mpc.html 3. León-Portilla, León. Astronomía y cultura en Mesoamérica. ILCE. 26 Febrero 2007 http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/04/html/sec_5. html
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secue n c i a 10
¿Cómo se utiliza la energía? sesión 1
Para empezar Fuentes de energía Lee el texto. • Antes de leer el texto contesta: ¿Qué fuentes de energía conoces?
Texto introductorio
Una de las fuentes de energía que más se utiliza en la actualidad
es el petróleo. Aunque su uso tiene dos inconvenientes: 1) cuando se quema produce gases que en grandes cantidades contaminan la atmósfera; 2) este combustible fósil, que se produjo hace millones de años en condiciones muy particulares, tarde o temprano, se acabará. Sin embargo, se puede utilizar la energía que proviene de otras fuentes, como el Sol. Hoy en día, es posible convertir la luz en electricidad mediante paneles solares instalados en las azoteas de casas y edificios, o bien en satélites y estaciones espaciales. Por otro lado, desde hace muchos años, se construyeron en Europa grandes molinos de viento para moler semillas; el diseño de estos molinos ha ido cambiando y también su uso. En la actualidad, se emplea la energía del viento para producir electricidad. Incluso la basura puede convertirse en una fuente de energía. Por ejemplo, el metro de la ciudad de Monterrey usa energía generada por el gas metano que se obtiene de la descomposición de la basura orgánica. Sin embargo, el uso excesivo de este gas afecta el ambiente, de manera que debe estar controlado. Lo importante es que estas fuentes de energía, a diferencia del petróleo, son ilimitadas y resultan más “amigables” con el ambiente.
Paneles solares.
Algunos barcos se impulsan con el viento.
Consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como panel.
Se utiliza la energía radiada por el Sol para cocer los alimentos.
Los molinos de viento se han utilizado desde hace mucho tiempo, aunque su diseño ha cambiado.
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II
Ahora conoces la participación de las fuerzas en los cambios ocurridos en la materia. En esta secuencia, aprenderás diferentes usos dados al término energía, así como las formas en que ésta se manifiesta y se transforma. Valorarás las distintas fuentes de energía que utilizamos para satisfacer nuestras necesidades energéticas.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta un problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Identifica cuáles son las formas de energía que se usan en tu escuela. ¿Qué fuentes de energía utilizarías para satisfacer las necesidades actuales y por qué?
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Cuántas formas de energía conoces? ¿Cuáles son? 2. ¿Qué fuentes de energía hay en tu comunidad? 3. ¿Qué formas de energía son las que más se utilizan en tu escuela?
Manos a la obra Actividad UNO Identifiquen los distintos significados de la palabra energía. 1. Comenten: a) La palabra energía se utiliza no solamente en la física sino en la vida diaria; ¿es diferente el significado que se le da en ambos casos? Expliquen. b) ¿Ocurre lo mismo con otros términos físicos como la aceleración? Expliquen. 149
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secue n c i a 10 2. Identifiquen en los siguientes enunciados: a) El significado que se le da a la palabra energía en cada oración. b) El contexto en que se usa la palabra energía: científico o no. c) Fíjense en el ejemplo. Oraciones que emplean la palabra energía
Significado dado a la palabra energía
Se refiere al estado de A. Hoy estoy lleno de energía, por mis ánimo que da el amor, venas corre la pasión por ti. el cariño.
Contexto de uso: científico o no científico
No científico
B. Un automóvil que aprovecha la energía de desechos animales y vegetales, es la sensación de la feria de agro-negocios del sur de Brasil.
C. El defensor le quitó el balón con mucha energía.
D. Miles de personas acuden a sitios arqueológicos en todo el país para cargarse de energía positiva con la llegada de la primavera. E. Un rayo cae sobre un árbol, la energía eléctrica se transforma en calor y luz cuando este se incendia.
ido re lo aprend b so n ió x e fl ados al Re gnificados d iano si s te n re e if ces d uaje cotid Ahora cono to en el leng n ta , ía rg e n término e científico. r si es como en el para explica to n ie im c o n e co a para 1. Utiliza est lizar la energía positiv en ti u s le ética de tu rg e n e o no posib s e d a s necesid satisfacer la la escuela. dará a uesta te ayu sp re tu e u q 2. Recuerda roblema. resolver el p
Intercambien sus opiniones sobre: 1. Las diferencias que encontraron en el significado de la palabra energía en los dos contextos. 2. Las ventajas y las desventajas de que una palabra tenga diversos significados.
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II
Lean el texto. Durante la lectura, pongan atención en las distintas formas de energía que existen. Texto de información inicial
¿La energía se transforma? Vivimos en un mundo en el que todos sus elementos, se
interrelacionan de alguna manera. Prácticamente en cualquier fenómeno que ocurre a nuestro alrededor existen transformaciones de energía. Por ejemplo, las plantas obtienen del Sol la energía que necesitan para producir su alimento. También nuestras casas son un buen ejemplo, pues ahi se transforma la energía eléctrica en otras formas de energía: cuando encendemos el radio, la energía eléctrica se convierte en energía sonora; al usar la licuadora, la energía eléctrica se transforma en energía mecánica cinética, ya que las aspas se mueven para triturar los alimentos. En casi todas las transformaciones de energía existe cierta “pérdida” en forma de calor, es decir, no puede aprovecharse toda la energía disponible en lo que se requiere. Por ejemplo, no toda la energía eléctrica que se usa para prender un foco En un motor existe transformacion de energía se transforma en energía luminosa o luz, lo que sería la función principal este dispositivo. Una buena parte de esa energía se transforma en calor; en este caso se le llama pérdida porque no sirve para iluminar. El calor que desprendemos cuando corremos, el rayo durante una tormenta, el funcionamiento del motor de un tractor, la percepción de la luz por nuestros ojos, las reacciones nucleares que suceden en las estrellas como nuestro Sol, son fenómenos que tienen algo en común: son transformaciones de energía.
Tabla 1. Algunas fuentes y formas de energía Fuente de energía
Forma de energía
Sol
Luminosa
Viento
Mecánica, en forma de energía eólica
Carbón, petróleo, gas natural
Química
Ejemplo
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secue n c i a 10 Tabla 1. Algunas fuentes y formas de energía Fuente de energía
Forma de energía
Ejemplo
Caídas de agua
Mecánica
Ilustración
Desechos orgánicos
Química
Átomos
Nuclear
Olas del mar
Mecánica
Emisor de sonido
Mecánica en forma de energía sonora
Ilustración
Intercambien sus opiniones sobre: 1. ¿Cuáles son las formas de energía que se mencionan en el texto?, ¿Cuáles de ellas se pueden percibir a través de los sentidos? Conexión con Ciencias I Para recordar las transformaciones energéticas que ocurren durante la fotosíntesis, consulta la Secuencia 15: ¿Cómo producen las plantas su alimento? de tu libro de Ciencias I.
2. ¿Cuál es la energía que está relacionada con el movimiento de las aspas de una licuadora? 3. Mencionen dos fenómenos naturales o procesos artificiales en los que existan transformaciones de energía.
ido spuestas a re lo aprend r con tus re b o ri so te n n ió a x o e n encia: fl u Re io de la secu la pregunta ic a in a l a st e a u m sp le tu re so del prob 1. Compara n? Lo que pien e d s ta s? ¿Cuáles so n e u c g o n o c las pre ía rg rmas de ene a. ¿Cuántas fo tu respuest a c li p x E s? a ayudará b lo que pensa secuencia te ió la b te m n a ra ¿C u . d 2 aprendas todo lo que e u q a rd e u a. 3. Rec r el problem para resolve
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CIENCIAS
II
Las ciencias y la comunidad científica En 1938, el científico alemán Otto Hahn descubrió la fisión nuclear. Inmediatamente después, la comunidad científica internacional vislumbró la posibilidad de fabricar un reactor nuclear para aprovechar la energía atómica en la industria. En esa época, el proyecto de un reactor nuclear no tenía mucho apoyo del gobierno de Estados Unidos pero, ya iniciada la Segunda Guerra Mundial destinaron gran cantidad de recursos monetarios, técnicos y humanos para adelantarse a Alemania en el desarrollo de una bomba atómica. El proyecto culminó con la fabricación de dos bombas atómicas que fueron arrojadas sobre Japón al final de la guerra, lo que ocasionó la muerte de cerca de 190 mil personas.
En la fisión atómica se rompen los núcleos atómicos. Esto libera enormes cantidades de energía que puede aprovecharse en actividades de la vida diaria o para generar una enorme destrucción como el caso de la bomba atómica.
Sabías que… Si bien la energía nuclear es muy poderosa, genera desechos que son en extremo tóxicos. Hay que manejarla con mucho cuidado para evitar accidentes como el que ocurrió en Chernobyl, Ucrania, el 26 de abril de 1986, cuando explotó uno de los reactores de la planta. Una década y media mas tarde la evaluación de víctimas totales por contaminación ascendía a decenas de miles. La radiación afectó a más de 300,000 personas que enfermaron de distintos tipos de cáncer. Las centrales nucleares permiten reducir la utilización de combustibles como el petróleo y son una alternativa para generar energía eléctrica limpia, porque no se producen emisiones de dióxido de carbono, que son el principal causante del efecto invernadero.
Central Nuclear Laguna Verde, Veracruz.
La única central nuclear que hay en nuestro país está en Veracruz, se llama Laguna Verde y cumple con las normas internacionales de seguridad.
Actividad DOS
SESIÓN 2
¿Cómo se transforma la energía? Describan las transformaciones de energía que se llevan a cabo en algunos fenómenos cotidianos.
1. Comenten si nuestros sentidos nos sirven para detectar la energía. 2. Enciendan la televisión del salón:
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secue n c i a 10 a) ¿Qué forma de energía es la que permite que la televisión encienda? b) ¿Qué formas de energía pueden identificar una vez encendida la televisión? c) ¿Qué forma de energía reconocen al tocar la pantalla de la televisión después de estar un tiempo prendida? 3. Froten su goma de borrar en la mesa con fuerza: a) Qué forma de energía está relacionada con el movimiento? b) Toquen el lugar donde frotaron la goma, ¿qué forma de energía identifican? c) ¿De dónde proviene la energía necesaria para mover la goma? Intercambien opiniones sobre: 1. ¿Pudieron observar la energía eléctrica o más bien infirieron su transformación? Justifiquen su respuesta. 2. ¿Se puede observar la energía mecánica? ¿Por qué? 3. Imaginen un rayo en una tormenta. ¿Lo que ven es la energía eléctrica o alguna transformación de ella? Explica tu respuesta.
Conexión con Ciencias I Recuerda que la transformación de los alimentos durante la digestión se revisó en la Secuencia 13: ¿Cómo puede mi cuerpo utilizar lo que como? de tu libro de Ciencias I.
Un rayo en una tormenta eléctrica.
dido a la bre lo apren se manifiest e u q s la Reflexión so n e s otidiana. ar las forma iones en nuestra vida c c fi ti n e id s que e c Ahora pued transforma s de energía a s su rm e fo d s s la a r n u ará ca energía y alg ocimiento para identifi esta te ayud u sp re tu e con Recuerda qu Utiliza este tu escuela. n e n za li ti más se u l problema. a resolver e 154
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CIENCIAS
II
Para terminar
SESIÓN 3
Lean el texto. Antes de iniciar la lectura, reflexionen sobre cómo usan la energía en su vida cotidiana. Texto de formalización
¿Se conserva la energía? Toda la materia y sus interacciones tienen asocia-
da energía. La energía puede entenderse como la capacidad de un sistema físico para cambiar o producir cambios en su alrededor. La materia es cercana a nuestra experiencia cotidiana, la podemos ver y tocar. No ocurre lo mismo con la energía; normalmente sólo podemos percibir con nuestros sentidos las transformaciones de la energía. Por ejemplo, la energía mecánica se puede transformar en calor que podemos sentir y la energía eléctrica se transforma en luz que podemos ver. La energía es un concepto muy importante para las ciencias. Se relaciona con diferentes fenómenos que ocurren a nuestro alrededor, como la luz, el calor, el movimiento, la electricidad y la energía química almacenada en los alimentos o en los combustibles. En la vida cotidiana también están presentes las transformaciones de energía. Por ejemplo, el tractor transforma la energía química del combustible en energía mecánica para levantar la cosecha. Cualquier forma de energía puede transformarse en otras, pero no puede crearse ni destruirse. A esto se le conoce como el Principio de Conservación de la Las olas y los ríos también tienen energía mecánica aunque no podaEnergía. mos verla, lo que sí podemos observar es su movimiento. Esta energía se aprovecha en algunos países para generar electricidad en centrales En un determinado sistema físico, por ejemplo el hidroeléctricas. péndulo de un reloj de pared, una galaxia o el Sistema Solar, pueden ocurrir cambios en cada uno de ellos: el péndulo se mueve de un lado a otro, los planetas completan sus órbitas; en el Sol ocurren explosiones al igual que en las estrellas que forman una galaxia. Sin embargo, para cada uno de estos sistemas existe una cantidad cuyo valor no cambia: la energía. Comenten: 1. Expliquen con sus palabras el Principio de Conservación de la Energía. 2. Cuándo frotas tus manos se calientan ¿estas creando energía en forma de calor? Explica. 3. ¿Cuáles de las formas de energía que aparecen en la Tabla 1. Algunas fuentes y formas de energía se pueden percibir con los sentidos?
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Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Identifica cuáles son las formas de energía que se usan en tu escuela. ¿Qué fuentes de energía utilizarías para satisfacer las necesidades actuales y por qué?”. Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ello menciona: 1. ¿Cuántas formas de energía conoces? ¿Cuáles son? 2. Enlista las formas de energía que más se utilizan en tu escuela. 3. Escribe tres fuentes de energía adecuadas para tu escuela; toma en cuenta las condiciones que la rodean. 4. ¿Cuáles serían las transformaciones que se llevarían a cabo para obtener y utilizar esa energía en tu escuela?
Para recapitular el contenido de la Secuencia consulten el programa: Aprovechemos la energía en la programación de la red satelital Edusat.
as rgía, las form e n o e id d la n s e re p é a bre lo ad. ¿Existe ia sobre qu Reflexión so tu comunid e la secuenc n d e io y a ic h in e l . u a e pensabas de energía q ? Justifica tu respuesta Revisa lo qu anifiesta y las fuentes ra o m ue sabes ah en las que se lo que pensabas y lo q ntre diferencia e
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Describe las transformaciones de energía que ocurren en tu organismo. Para ello: 1. Cuenta el número de: a) Pulsaciones que percibes en la muñeca de tu mano cada 10 segundos. b) Respiraciones que tienes en 10 segundos. 2. Sal del salón y Corre tres vueltas alrededor de la cancha o del patio de la escuela y regresa a tu lugar. 3. Escribe en tu cuaderno: a) ¿Cuántas pulsaciones y respiraciones tienes ahora cada 10 segundos? b) ¿Por qué crees que el pulso aumenta? c) ¿De dónde obtuviste la energía necesaria para correr? d) ¿Tuviste alguna sensación de calor que no tenías antes de correr? e) ¿Qué transformaciones de energía se llevaron a cabo mientras corrías? f) Explica de qué manera se cumplió el Principio de Transformación de la Energía en tu cuerpo.
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II
Ahora opino que… Guerras como la del Golfo Pérsico, que se desarrolló hace unos años, han estado relacionadas con el petróleo. Algunos países buscan aumentar sus reservas de este recurso ya que es una fuente muy importante de energía. Si tuvieran que elegir entre las siguientes dos opciones, ¿cuál escogerían? a) Buscar más lugares donde extraer petróleo. b) Desarrollar tecnologías para explotar otras fuentes de energía. • Escriban sus argumentos en el cuaderno.
Lo que podría hacer hoy… Haz las siguientes actividades en tu casa: 1. Identifica todas las formas en que se consume energía en tu casa. 2. Cuantifica la cantidad de energía que se consume en un mes. Emplea para ello: a) El recibo de la luz. b) La cantidad de gas utilizado. c) La cantidad de otros combustibles usados, como la leña. 3. Contesta: ¿Qué medidas puedes poner en marcha en tu casa para ahorrar energía? 4. Realiza estas medidas en tu casa durante dos meses y observa los resultados, a partir del nuevo consumo registrado.
Para saber más… 1. Diccionario de física. (2004). Madrid: Oxford-Complutense.
1. Comisión Nacional para el Ahorro de Energía. 10 de enero de 2006. Desde el hogar. 22 de febrero de 2006. http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_9_desde_el_hogar 2. Greenpeace. Renovables 2005. 22 de febrero de 2007. http://energia.greenpeace.es/ 3. Tonda, Juan. El oro solar y otras fuentes de energía. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/119/htm/orosolar.htm
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¿Quién inventó la montaña rusa? sesión 1
Para empezar Lee el texto.
Texto introductorio
• Antes de la lectura contesta: ¿Por qué crees que el juego mecánico de las ferias se llama “montaña rusa”?
La joven emperatriz de Rusia Catalina II la Grande, como todos los niños, jugaba a deslizarse colina abajo sobre la nieve, subida en un trineo. Así pasaba el invierno, arrojándose una y otra vez cuesta abajo en la montaña. Catalina era muy feliz hasta que la nieve se derretía y no podía deslizarse más desde las colinas. Un día se le ocurrió una gran idea: — ¡Póngale ruedas a una tabla! —, ordenó. Dicho y hecho, Catalina pudo desplazarse cuesta abajo en su flamante carrito durante todo el verano. Así se originó el juego que se ha llegado a conocer con el nombre de “montaña rusa” y que es además un excelente ejemplo de transformaciones de energía.
Catalina II La Grande (1729- 1796).
Este juego funciona de forma muy parecida a las resbaladillas y los toboganes, con los que nos hemos divertido desde niños. En todos ellos ocurren las mismas transformaciones de energía.
La montaña rusa: un juego de la realeza que en pocos años se hizo popular alrededor del mundo.
Ahora conoces las formas en las que se manifiesta la energía y algunas de sus transformaciones. En esta secuencia estudiarás la energía mecánica y su relación con el movimiento. Valorarás la importancia de la imaginación en la actividad científica. 158
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Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Vas a construir una resbaladilla o tobogán y te presentan dos diseños diferentes. Para entusiasmar más a los usuarios, decide en cuál de ellos crees que las personas alcancen una mayor rapidez al deslizarse. Explica tu decisión.
Diferentes diseños posibles de una resbaladilla.
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Qué formas de energía están presentes cuando una persona se desliza por una resbaladilla? 2. ¿En cuál de los diseños de resbaladilla una persona alcanza mayor rapidez, cuando se desliza hacia abajo? ¿Por qué?
Manos a la obra Actividad UNO Identifiquen los factores de los que depende la energía potencial. • Realicen la práctica. 1. Antes de realizar la práctica, contesten en su cuaderno: a) ¿Se podrá abrir un coco al soltar, desde una altura de 30 cm, una piedra sobre él? Expliquen su respuesta. 159
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secue n c i a 11 b) De los siguientes factores, ¿cuáles están relacionados con la energía necesaria para partir el coco?: La forma de la piedra.
La altura desde la cuál se suelta la piedra.
La masa de la piedra.
El tamaño de la piedra. 1. Material a) Tres barras de plastilina. b) Esfera de unicel que quepa en la palma de la mano. c) Cinta métrica o metro. d) Piedra de tamaño similar al de la esfera de unicel. e) Bola de plastilina de tamaño similar a la piedra. 2. Procedimiento • Elaboren con la plastilina seis figuras iguales que tengan el mismo tamaño que la esfera de unicel. Pueden ser esferas o muñecos sencillos.
Experiencia A: Misma altura y diferente masa a) Coloquen tres de las figuras en el piso. b) Dejen caer un objeto diferente sobre cada una de las figuras, desde una altura de un metro: i. Esfera de unicel. ii. Bola de plastilina. iii. Piedra
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Experiencia B: Misma masa y diferente altura a) Coloquen tres de las figuras en el piso. b) Dejen caer la piedra sobre cada una de las figuras desde una altura de: i. 10 cm ii. 50 cm iii. 100 cm
3. Resultados • Anoten sus resultados en una tabla como la que se muestra: Experiencia A: Misma altura y diferente masa Material
Deformación de la figura
Unicel (masa menor) Bola de plastilina Piedra (masa mayor)
Experiencia B: Misma masa y diferente altura Altura
Deformación de la figura
10 cm 50 cm 100 cm
4. Análisis de resultados • Respondan en sus cuadernos:
Experiencia A: Misma altura y diferente masa a) Si la masa aumenta, ¿qué pasa con la energía potencial del objeto que dejan caer? ¿Aumenta o disminuye? b) La energía potencial que tiene el objeto que dejan caer se transfiere a la figura de plastilina y la deforma. ¿En qué caso la figura quedó más destruida?
Experiencia B: Misma masa y diferente altura a) Si la altura aumenta, ¿qué pasa con la energía potencial del objeto que dejan caer? Expliquen. b) La energía potencial que tiene el objeto que dejan caer se transfiere a la figura de plastilina y la deforma. ¿En qué caso la figura quedó más destruida? c) ¿En qué caso es mayor la energía potencial que tiene el objeto que dejan caer? 161
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secue n c i a 11 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en su cuaderno. Intercambien sus opiniones sobre: 1. ¿Cómo influyen la masa y la altura en la cantidad de energía potencial que tiene el objeto que dejan caer? 2. Canek pesa 50 kg y Rodrigo pesa 40 kg. Ambos están subidos en una roca. ¿Cuál de los dos posee mayor energía potencial? ¿Por qué?
rendido s están Reflexión sobre lo ap la actividad: ¿cuále de io cip in pr al n ro caer ? ¿Por qué? que se menciona objeto que se deja 1. De los factores un ne tie e qu a gí er en relacionados con la edra. a) La forma de la pi piedra. la cual se suelta la b) La altura desde edra. c) La masa de la pi piedra. ad? d) El tamaño de la de realizar la activid s ué sp de as st ue sp on tus re ner más 2. ¿En qué cambiar a persona podría te un a ill ad al sb re la uesta te servirá seños posibles de cuerda que tu resp Re 3. ¿En cuál de los di ? do rri co re l de o inici energía potencial al lema. ob pr el para resolver
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SESIÓN 2
Energía mecánica Lean el texto. Pongan atención a las transformaciones de energía que se describen. Texto de información inicial
¿Cómo partir un coco? Al estar a cierta altura del piso, o del punto de referencia, un objeto tiene un tipo de energía llamado
energía potencial. Como pudiste observar en el experimento, 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 la gravedad de la Tierra, cuando soltamos un objeto, este comienza a caer. Al llegar al piso, alcanza la máxima rapidez y toda su energía potencial original se transformó en otro tipo de energía conocida como cinética, que está relacionada con la rapidez del objeto. Una de las transformaciones de energía más comunes que ocurren a nuestro alrededor es la que pasa de energía potencial gravitacional a energía cinética. Esto es lo que ocurre cuando te subes a una resbaladilla, cuando dejas caer un balón, o brincas desde la rama de un árbol al suelo, por mencionar algunos ejemplos. Esta transformación de energía potencial en energía cinética puede utilizarse por ejemplo, para partir un coco arrojando una piedra desde cierta altura.
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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.
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secue n c i a 11 Realicen lo que se les pide: 1. Calquen, con un papel albanene o similar, las barras de energía potencial y cinética que aparecen en la figura anterior para cada uno de los puntos del recorrido de la piedra. 2. Iluminen todas las barras de la energía potencial de un color y las de la energía cinética de otro. 3. Marquen cada barra con el número de la figura a la que pertenecen, para no revolverlos. 4. Recorten las barras de la energía. 5. Agrupen las barras por número. Comenten: 1. La suma de energía potencial y cinética ¿es la misma en cada punto del recorrido? • Para ello utilicen las barras de energía potencial y cinética que calcaron en papel. 2. La forma de expresar la conservación de la energía mecánica en una ecuación.
Sabías que… En física y en el Sistema Internacional de Unidades se emplea joule (J) para medir la energía. Esta unidad se obtiene al multiplicar las unidades de fuerza, llamadas Newton, por las de distancia, metros. La fórmula para definir el joule es la siguiente: J=Nxm Donde N representa a los Newton y m a los metros. Por lo tanto, las unidades que definen al joule son las siguientes: m2, kg, s-2 La energía potencial del niño en el árbol (980 J) equivale a 234.22 calorías, que más o menos son las calorías que proporcionan 5 g de azúcar. Las calorías son una unidad que puedes encontrar en los empaques de los alimentos, e indican la energía que te aportan al comerlos.
Actividad DOS Montaña rusa Analicen las transformaciones de energía potencial y cinética en una montaña rusa. Para ello: 1. Observen el siguiente esquema: v= 0 m/s Ec = 0 J
20 m Ep= 39200 J
v= 14 m/s Ec= 19600 J v= 17.76 m/s Ec= 39200 J
10 m Ep= 19600 J 3m
Ep= 5880 J
Energía mecánica en una montaña rusa.
v= 19.79 m/s Ep= ? Ec= 39200 J
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CIENCIAS
II
2. Marquen 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 completen la siguiente tabla: Altura h (m)
Punto A
Energía potencial Energía cinética Rapidez v ( m ) s Ep (J) Ec (J)
20
Punto B
Punto C
39,200
0
0
19,600
14
19,600
5,880
Punto D
Energía total
E ( J ) = E p+ E c 39,200
33,320
39,200
4. Contesten: 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? Elaboren en el pizarrón una gráfica de la energía mecánica. Para ello: 1. Utilicen un color para cada forma de energía. 2. Dibujen primero la barra de energía potencial para el punto A. 3. Representen la barra de energía cinética para el mismo punto encima de la barra anterior. 4. Repitan los pasos 2 y 3 para los puntos B, C y D. 5. Contesten: a) Cuando el carro va bajando: i. ¿La energía potencial aumenta o disminuye? ¿Por qué? ii. ¿Cómo cambia la energía cinética? ¿Por qué? b) Describan la transformación de energía que ocurre cuando el carro sube nuevamente. c) ¿Se conserva la energía mecánica total en la montaña rusa? Expliquen 165
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secue n c i a 11 tica que ncial y ciné aprendido te lo o p re b ía rg so e n n e : ¿Qué Reflexió aciones de la, responde rm il o d sf la n a a sb tr re s onoces la a por una e alcanza la Ahora que c ona se desliz l inicial y la rapidez qu rs e p a n u o blema. ia nd solver el pro rgía potenc ocurren cua e re n e ra a la p e á tr ir n serv te e relación exis rda que tu respuesta te e u c e persona? R SESIÓN 3
Para terminar Lean el texto. Pongan atención en las ecuaciones matemáticas que definen a la energía cinética.
Texto de formalización
¿Cómo se expresa matemáticamente la energía mecánica? Para que podamos conocer la energía potencial (Ep) de un cuerpo debemos considerar: 1. La altura a la que se encuentra (que se expresa con la letra (h).
2. Su masa (m). 3. La aceleración con la que el objeto es atraído a la Tierra, esto es, el factor de aceleración de la gravedad de la Tierra (g). Por ejemplo, para encontrar la energía potencial de un niño que tiene una masa de 50 kg y está en la rama de un árbol a 2 m del suelo, debemos multiplicar su masa por la aceleración de la gravedad de la Tierra y por la altura a la que se encuentra el niño: m Ep = (50 kg) × (9.8 2 ) × (2 m) = 980 J s Esta multiplicación se expresa en la fórmula matemática para calcular la energía potencial: Ep = mgh. Si el niño que está en la rama del árbol salta, a medida que cae, la energía potencial se va transformando en energía cinética (Ec ),. Esta energía depende de la masa (m) del niño y de la rapidez (v ) con que cae. Para calcular la energía cinética, tenemos que multiplicar la masa por la rapidez, por la rapidez otra vez, y dividir el resultado entre dos. En el ejemplo del niño, si cae con una velocidad de 6.26 m/s, la energía cinética es: ella que m m tica: Es aqu 50 kg × 6.62 s × 6.26 s Energía ciné o debido a su = 980 J Ec = erp posee un cu 2 sa como re p x e e S . movimiento 2 1 mv . Esta multiplicación se expresa en la fórmula matemática para Ec = s 2 vitacional: E ra g l calcular la energía cinética: ia c n te Energía po cuerpo por n u e se o p Ec = 1 mv2 aquella que iso o del p l e d ra 2 u lt aa resa estar a ciert p x e e S . ia c feren Observa que la velocidad está al cuadrado, esto es lo mismo que marco de re gh m = p multiplicar la velocidad por la velocidad otra vez: (v ) × (v )= v 2. E o m co la e d a m su La energía mecánica total es la suma de la energía cinética y la ánica: Es la o y la rp e Energía mec u c n u e energía potencial. Esto lo podemos expresar como: d ncial energía pote . Se expresa como E = Ec + Ep tica energía ciné Si no existen formas en las que se disipe la energía, como el E = Ec+ Ep calor y el sonido, entonces la energía mecánica se conserva. 166
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CIENCIAS
II
Calculen lo siguiente con la información del texto:
m a) La energía cinética que tiene un caballo que corre a 5 s y pesa 700 kg. b) La energía potencial de una manzana de 0.5 kg en un árbol a 3 m de altura.
¿Cómo podría saber la rapidez máxima que alcanza el carro?, lo único que se me ocurre es que como conozco la fuerza, que es la de gravedad, puedo encontrar la aceleración del carro y, si mido el tiempo del recorrido y la distancia podría encontrar la rapidez.
¿Y no sabes nada de la energía?
Sí ¿pero como me ayuda eso?
La energía es una idea alternativa a la de la fuerza y que algunas veces simplifica mucho los problemas. Por ejemplo, encontrar la rapidez máxima que alcanza el carro de la montaña rusa es muy fácil utilizando el concepto de energía. En el punto más alto la energía mecánica es puramente potencial y en el punto más bajo, dónde la rapidez es máxima, la energía es puramente cinética. Como la energía mecánica se conserva: Ep = Ec.
Si sustituimos las expresiones matemáticas de cada una de estas energías tenemos: mgh = 1 mv 2 2 Al despejar la rapidez:
v = 2gh .
Entonces, ¡Lo único que necesito conocer es la altura de la montaña!
Así es. Recuerda que en las ciencias siempre se busca encontrar explicaciones sencillas.
Calculando la rapidez del carro.
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secue n c i a 11 Las ciencias y la comunidad científica En una montaña rusa real no toda la energía potencial se transforma en cinética, puesto que hay fricción entre las ruedas y los rieles que, en consecuencia, se calientan. De la misma manera, cuando el carro se desliza sobre las vías escuchamos ruido, debido a que una parte de la energía potencial gravitacional que tienen al carro al iniciar el recorrido se transforma en sonido. Para estudiar algunos movimientos es más fácil imaginar o suponer que absolutamente toda la energía potencial se transforma en cinética. Esto es, no se consideran las “pérdidas” de energía en forma de calor y sonido, como las que se dan en una montaña rusa real. Este proceso de imaginación es frecuente en el trabajo que realiza la comunidad científica. Imaginar qué pasaría si la cosas fueran diferentes a como las observamos nos puede servir para resolver más fácilmente problemas, como el caso de la montaña rusa. Esto mismo hizo Galileo cuando imaginó cómo caerían los cuerpos en el vacío. Por su parte, Einstein imaginó lo que pasaría si la rapidez de la luz no fuera constante en cualquier sistema de referencia y, gracias a eso, desarrolló la teoría de la relatividad.
Lo que aprendimos Resuelvo el problema Vas a construir una resbaladilla o tobogán y te presentan dos diseños diferentes. Para entusiasmar más a los usuarios, decide en cuál de ellos crees que las personas alcancen una mayor rapidez al deslizarse. Explica tu decisión. Escribe la solución al problema en tu cuaderno. • Incluye en tu respuesta los siguientes aspectos: 1. Las transformaciones de energía que ocurren desde que el carro está en el punto más alto, a la mitad de la bajada, al final de la bajada. 2. ¿En cuál de las resbaladillas la persona tiene mayor energía potencial al inicio y por qué? 3. Si la energía potencial se transforma por completo en cinética, ¿en cuál de las dos resbaladillas alcanza mayor rapidez? Comenten sus respuestas. 1. Identifiquen las diferencias entre ellas. 2. Si existen diferencias, argumenten sus respuestas Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Cuando la energía se transforma en la programación de la red satelital Edusat.
dido pidez bre lo apren ia sobre la ra c n e u c se Reflexión so la xisten l inicio de pensabas a sbaladilla. ¿E es ahora? e re u e q d lo s o a ñ is e v b is Re s distintos d as entonces y lo que sa lo n e a d za n alca pensab entre lo que diferencias spuesta. Explica tu re
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CIENCIAS
II
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Un clavadista, que se tira a una poza de agua desde una roca de 10 m de altura, llega casi hasta el fondo de la poza, ¿por qué si se tira de una roca de 3 m de altura no llega a la misma profundidad? • Explica el hecho por medio de las transformaciones de energía.
La profundidad a la que se sumerge el clavadista.
Ahora opino que… En una montaña rusa real no toda la energía potencial gravitacional se transforma en cinética; una pequeña parte se “pierde”, ya que se transforma en calor por la fricción del carro con los rieles y con el aire. • Contesten en su cuaderno: 1. ¿Por qué se dice que la energía se “desperdicia” o que hay una “pérdida” de energía? 2. ¿Qué harían para reducir dicha “pérdida”? 3. En los fenómenos naturales, ¿puede anularse totalmente esta “pérdida” de energía? ¿Por qué?
Para saber más… 1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 2. Hewit, Paul. (1994). Física Conceptual. México: Trillas. 1. Hacyan, Shahen. 19 Mayo 2006. Relatividad para principiantes. ILCE. 23 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/078/htm/ relativ.htm
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¿Qué rayos sucede aquí? sesión 1
Para empezar ¡Rayos y centellas! Lee el texto. • Antes de la lectura contesta: ¿Qué son los rayos?
Texto introductorio
Donde quiera que vivamos, hemos sin duda presenciado los
fenómenos atmosféricos relacionados con la lluvia, es decir, los aguaceros, las granizadas o incluso las nevadas. Seguramente, en más de una ocasión, nos han llamado la atención las tormentas de rayos o tormentas eléctricas. En las tormentas eléctricas aparecen siempre los relámpagos, cuya luz es tan brillante que nos puede cegar durante algunos momentos. Luego del destello, escuchamos el trueno. El lapso que transcurre entre la luz y el sonido, nos da idea de la distancia a la que se originó el fenómeno. Sabemos que entre más tardemos en escuchar el trueno, más lejos se produjo el rayo. Los rayos son realmente espectaculares; sin embargo, es interesante saber cómo y por qué se producen.
Los rayos nos sorprenden, asustan y maravillan por su fuerza y espectacularidad.
Ahora ya conoces la fuerza gravitatoria entre dos cuerpos de cierta masa. En esta secuencia comprenderás la fuerza generada a partir de la interacción entre cargas eléctricas. Valorarás la necesidad de protegernos de las descargas eléctricas naturales.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Las cargas eléctricas se encuentran a nuestro alrededor en todo momento. Tu tarea consiste en resolver las siguientes situaciones: 1. Si ocurriera una tormenta eléctrica ahora, ¿qué medidas tomarías para protegerte de un rayo? 2. ¿Cómo lograrías que un globo se adhiera a la pared sin pegamento alguno? 3. ¿Cómo evitarías que tu cabello se erice al peinarte? • Explica tus respuestas en términos físicos. 170
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CIENCIAS
II
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Qué es la electricidad? 2. ¿Por qué se producen los rayos? 3. ¿Qué efectos crees que pueden tener los rayos sobre las personas, plantas y animales? 4. ¿Por qué a veces se te erizan los cabellos cuando te peinas? 5. ¿Qué debes hacer para pegar un globo a una pared sin usar pegamento? ¿Por qué? Intercambien sus puntos de vista sobre: 1. ¿Saben de alguna persona, comunidad o ambiente natural que hayan sido afectados en alguna forma por los rayos? ¿Cómo sucedió? 2. ¿Conocen algunas recomendaciones para evitar ser alcanzados por un rayo? Descríbanlos. 3. ¿Qué tienen que ver los fenómenos eléctricos con que se te erice el cabello al peinarte o que consigas pegar un globo en una pared sin pegamento?
Manos a la obra Actividad UNO Describan cómo se cargan eléctricamente algunos objetos. • Realicen la demostración: 1. Comenten: ¿Cómo se carga eléctricamente un objeto? 2. Van a necesitar: a) Peine b) Trocitos de papel 3. Realicen lo que se indica: a) Pidan a un compañero que frote el peine en su cabello seco. b) Acerquen el peine a los trocitos de papel. c) ¿Qué creen que sucederá? d) Observen qué sucede. 4. Contesten: a) ¿Qué sucede al acercar el peine frotado a los trozos de papel? b) ¿Creen que se transfirió algo la carga de un cuerpo a otro? c) ¿Cómo llamarían al fenómeno mediante el cual un cuerpo cargado, al acercarlo al otro, provoca que el segundo también se cargue?
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secue n c i a 1 2 Lean el texto. Pongan especial atención en la forma en que se cargan eléctricamente los objetos. Texto de información inicial
¿Atracción o repulsión?
bola de papel de aluminio
frasco de vidrio
Hay materiales que, al frotarse con otros, adquieren la propiedad de atraer o repeler otros materiales o sustancias. Por ejemplo, cuando frotamos con corcho alambre grueso nuestro cabello un globo, éste atrae pedacitos de papel. Dicha propiedad fue descubierta hace más de 2,500 años por los griegos, quienes observaron que al frotar un trozo de ámbar con una piel de animal, adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos como paja, pelusa o polvo. En ese tiempo se creía que el frotamiento despertaba un espíritu atrapado dentro del ámbar. Gracias a las aportaciones de personas dedicadas a la ciencia, como el físico y médico inglés William Gilbert, el científico francés papel Charles Du Fay, el físico e ingeniero francés Charles A. Coulomb y el estadista, metálico filósofo y científico Benjamin Franklin, actualmente se pueden explicar de manera más precisa las razones por las que ocurre este fenómeno. Ahora sabemos que cuando dos cuerpos se frotan, se cargan eléctricamente, esto es, manifiestan cierta propiedad inherente a todos El electroscopio es un dispositivo que permite detectar la carga eléctrica de un objeto. ellos llamada carga eléctrica. Existen dos tipos de cargas eléctricas: Funciona cuando los objetos cargados inducen positivas y negativas con la peculiaridad de que si se aproximan dos carga en la bola de aluminio; esta carga se cuerpos con cargas del mismo tipo, éstos se rechazan o repelen, mientras transmite a las hojas de metal, las cuales, al tener carga del mismo signo, se separan por que si son de diferente tipo, se atraen. efecto de la repulsión electrostática. Los objetos cargados no necesitan tocarse para experimentar la interacción, ya que la fuerza que produce esta atracción o repulsión actúa a distancia. Dicha fuerza es llamada fuerza electrostática, y su intensidad depende de Consulta tu qué tan cercanas o alejadas estén las cargas. A menor distancia, es mucho más intensa. diccionario para encontrar el La fuerza electrostática depende también de cuánta carga eléctrica posean los cuerpos significado de que interactúan; a mayor carga, más intensa es la fuerza. Esto lo describe la Ley de palabras como Coulomb, nombrada así en honor de la persona que estudió este fenómeno. La unidad ámbar. de carga eléctrica se llama coulomb y se representa con la letra C. En condiciones normales, los objetos son electrícamente neutros. Esto significa que tienen cantidades iguales de carga positiva y negativa. Además, no siempre es necesario que dos cuerpos se froten para adquirir una carga; si uno de ellos ya está cargado, basta con acercarlo a otro para que también se cargue. Este ocupa física que se la e d e rt a so. fenómeno se conoce como inducción. La carga eléctrica ca: P icas en repo tr Electrostáti c lé e s a rg puede pasar de un cuerpo a otro, pero no puede crearse ni las ca de estudiar n objeto destruirse, o lo que es lo mismo, la carga total de un sistema de cargar u a bjeto rm o F : n ió ándole un o Inducc rc e aislado se conserva. c a o tr u e nte n eléctricame cargado. Vínculo entre Secuencias
Recuerda que las interacciones a distancia se revisaron en la Secuencia 6: ¿Por qué cambia el movimiento?
Intercambien sus opiniones sobre:
Las Leyes de Newton del movimiento se estudiaron en la Secuencia 8: ¿Cuáles son las causas del movimiento?
1. ¿De qué forma se cargan eléctricamente los objetos?
La ley de la gravitación universal la puedes encontrar en la Secuencia 9: ¿La materia atrae a la materia?
3. ¿Cuál es la diferencia entre inducción y frotación?
2. ¿Cómo definen la carga eléctrica? 4. ¿Qué objetos o materiales de uso cotidiano se cargan fácilmente de electricidad?
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CIENCIAS
II
Sabías que… La fuerza eléctrica y la fuerza gravitatoria tienen muchas semejanzas y algunas diferencias. Fíjate en esta tabla Eléctrica Actúa a distancia.
Gravitatoria Actúa a distancia.
Semejanza ✓
Es directamente proporcional al pro- Es directamente proporcional al producto de las cargas. ducto de las masas.
✓
Es inversamente proporcional al cua- Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas. drado de la distancia entre las masas.
✓
Es atractiva o repulsiva.
Sólo es atractiva.
Se manifiesta tanto a escala macrosSe manifiesta tanto a escala macroscópica como microscópica, pero en cópica como microscópica. esta última es de muy baja intensidad.
Actividad DOS
Diferencia
✓
✓
✓
SESIÓN 2
Construyan un dispositivo: rehilete electrostático. 1. ¿Cómo detectarían que un objeto está cargado eléctricamente? 2. Van a necesitar: a) Bolígrafo de plástico vacío, sin tapas ni repuesto. b) Lápiz con la punta bien afilada; debe ser un poco más largo que el tubo. c) Tubo de ensayo. d) Un poco de plastilina. 3. Realicen lo que se indica: a) Dividan la plastilina en dos partes de distinto tamaño. b) Fijen el lápiz sobre la mesa con el trozo grande de plastilina; cuiden que quede en posición vertical y con la punta hacia arriba. c) Peguen el trozo pequeño de plastilina sobre la parte inferior del tubo de ensayo, como se observa en la figura. d) Inserten la parte media del bolígrafo en posición horizontal en la plastilina que pegaron al tubo. e) Coloquen invertido el tubo de ensayo, con el bolígrafo pegado, apoyado sobre la punta del lápiz, de forma que el tubo gire libremente. 4. Respondan en su cuaderno: a) ¿Cómo detecta el rehilete la carga eléctrica en un cuerpo? • Van a necesitar este rehilete en la Actividad TRES. 173
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secue n c i a 1 2 empleada ienta útil ivo o una herram it os sp di un de , etcétera. gía: Es el uso Aplicar tecnolo ir y exhibir datos, gráficas, videos sum para recoger, re
Nueva destreza
Actividad TRES Electroscopio virtual Apliquen la tecnología de su rehilete electrostático. • Realicen la práctica. i. Antes de realizar la práctica contesten en su cuaderno: ¿Cómo cargarían eléctricamente un objeto? ii. En la práctica van a cargar eléctricamente, mediante frotamiento, varios cuerpos. iii. Observarán el efecto que estos cuerpos cargados tienen en el rehilete electrostático construido en la Actividad DOS. iv. Por último, usarán estos cuerpos para inducir carga eléctrica en otros objetos pequeños. 1. Material a) Rehilete electrostático. Los globos, además de vistosos, son materiales que adquieren fácilmente cargas eléctricas.
b) Diferentes recortes de tela: lana, seda, poliéster, nylon, rayón. c) Cuerpos a elegir, previamente cargados: i. Globos pequeños de látex de diferentes colores, inflados; tantos globos como tipos de tela hayan conseguido. ii. Varilla de vidrio o tubo de ensayo delgado de 15 a 20 cm. iii. Bolígrafo de plástico sin tapas ni repuesto. d) Pared lisa y seca. e) Objetos en los que se inducirá carga: i. Objeto A: Cabellera de un o una estudiante, recientemente lavada y bien seca. ii. Objeto B: Recortes de papel de 1 a 2 cm, aproximadamente. iii. Objeto C: Chorrito de agua contenida en botella plástica de refresco con agua (600 ml) y un recipiente para recuperar el agua. iv. Objeto D: Cáscaras pequeñas de semillas de calabaza o girasol tostadas, o paja seca en pequeños trozos.
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CIENCIAS
II
2. Procedimiento • Soliciten un voluntario para que se frote el globo en su cabello. a) Formen tres equipos. Cada equipo elija un objeto para ser cargado eléctricamente. Pueden escoger entre los globos, la varilla de vidrio o el bolígrafo. b) El equipo que eligió trabajar con los globos deberá cargarlos frotando una zona de cada globo en la misma dirección usando un tipo de tela diferente. Anoten en la Tabla 1, el color de globo que corresponde a cada tela. c) Los otros dos equipos carguen el objeto elegido frotándolo en la misma dirección con uno de los recortes de tela. d) Acerquen uno por uno los cuerpos cargados a un extremo del bolígrafo del rehilete electroscópico que construyeron en la Actividad DOS. Anoten en sus respectivas tablas qué sucede en el rehilete. e) Los equipos que trabajaron con la varilla de vidrio o con el segundo bolígrafo repitan los dos puntos anteriores usando otro tipo de tela, y así sucesivamente hasta hacerlo con todos los recortes disponibles. Anoten los resultados para cada recorte en sus tablas. f) El equipo que eligió trabajar con los globos cárguelos de nuevo frotándolos con la misma tela. Intenten pegarlos en la pared. Registren cuáles se quedan pegados al menos cinco segundos y cuáles no. g) Cuando a cada equipo le corresponda observar el efecto de los cuerpos cargados en el agua de la botella, viertan un chorrito muy delgado al recipiente donde se recupera la misma, desde una altura de unos 50 cm. y, procurando no tocarlo, acerquen la varilla, el bolígrafo o los globos frotados a la parte media de este chorrito. Observen qué sucede. h) Al terminar, cada equipo acercará el o los cuerpos cargados con los que trabajó a cada uno de los objetos pedidos para inducir la carga. Anoten en sus tablas lo que suceda en cada caso.
Ámbar, en idioma griego, se dice elektron; de ahí proviene la palabra electricidad, tan conocida por todos hoy en día. 175
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secue n c i a 1 2 3. Resultados • Anoten sus observaciones en la tabla de resultados propuesta.
TABLA 1. CUERPO CARGADO CON EL QUE TRABAJÓ EL EQUIPO: A: Globos de colores
COLOR DEL GLOBO
TELA CON LA QUE SE FROTÓ
¿SE PEGA A LA PARED?
¿QUÉ TANTO GIRA SU REHILETE ELECTROSTÁTICO? 0= No gira, 1= Gira poco, 2= Gira mucho
EFECTO EN:
Cabello
Trozos de Chorrito papel de agua
Cáscara de semillas
Rojo Azul Verde Amarillo Blanco
TABLA 2. CUERPO CARGADO CON EL QUE TRABAJÓ EL EQUIPO: B: Varilla de vidrio_________ C: Bolígrafo _________ ¿QUÉ TANTO GIRA TELA CON SU REHILETE LA QUE ELECTROSTÁTICO? SE FROTÓ 0= No gira, 1= Gira poco, 2= Gira mucho
EFECTO EN: Cabello
Trozos de papel
Chorrito de agua
Cáscara de semillas
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II
4. Análisis de resultados • Todos tomen nota de los resultados obtenidos por los demás equipos, y luego contesten las siguientes preguntas: a) ¿Con qué tipo de tela se produce mayor carga al frotar los objetos? Expliquen. b) ¿En qué casos los cuerpos cargados atraen a los objetos? ¿Por qué? c) ¿En qué casos se repelen? ¿Por qué? d) ¿Qué sucede si acercamos dos globos frotados con la misma tela? e) ¿Por qué se adhieren los globos a la pared?
5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos. Intercambien sus opiniones sobre: a) La naturaleza de las cargas eléctricas. b) Expliquen con sus palabras el fenómeno de inducción electrostática.
dido bre lo apren so n ió x e fl e R s se cargan e los objeto u q s e b sa an a un Ahora ndo se acerc o te a u c te n e m eléctrica ado. ¿Cóm mente carg ia v re para p to je ob e aplicaste u q ía g lo o n c uesta. ayuda la te plica tu resp x E ? a m le b ro resolver el p
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secue n c i a 1 2 SESIÓN 3
Para terminar Lean el texto. Pongan especial atención en cómo los rayos se relacionan con la acumulación de carga eléctrica.
Texto de formalización
Y… ¿qué rayos es un rayo? Cuando los objetos se frotan, se acercan o se
ponen en contacto con cuerpos cargados, suelen adquirir carga eléctrica. A veces, hay nubes que se acercan mucho a otras, ya que son empujadas por el viento. Las nubes bajas también pueden frotarse contra las montañas. Este frotamiento hace que se carguen eléctricamente. Cuando dos nubes cargadas se acercan lo suficiente al suelo o chocan entre ellas, las fuerzas eléctricas entre estos objetos es tan grande que vuelven al aire conductor y se produce, en consecuencia, una descarga eléctrica gigantesca que lo calienta de manera tan rápida y explosiva que lo hace brillar. En el fenómeno, que involucra una gran carga eléctrica, intervienen diversas formas de energía: luminosa, eléctrica, calorífica y sonora. Si un rayo llega a tocar un árbol, una persona o un animal, la carga recibida quema todo lo que atraviesa en su camino hacia el suelo. Las consecuencias suelen ser fatales. Para lograr que la enorme carga eléctrica de los rayos sea conducida a tierra lo antes posible, y evitar que en su camino golpee a un ser vivo, se usan los metales, ya que son materiales adecuados para conducir una descarga eléctrica. Además, Los pararrayos evitan que las construcciones cuando un objeto es puntiagudo, se favorece el sufran daños al momento de caer un rayo. transporte de las cargas eléctricas hacia esa zona. Con los conocimientos anteriores se diseñaron los pararrayos, los cuales son tubos de metal colocados en los techos de los edificios altos o en casas ubicadas en la cima de los cerros, que atraen a los rayos. Estos tubos se conectan a un cable que se introduce profundamente en la tierra. Si hay una tormenta eléctrica, es mucho más probable que el rayo se descargue por el pararrayos. No sólo los pararrayos utilizan la propiedad conductora de los metales. Los aviones, por ejemplo, al tener el fuselaje metálico, pueden estar a resguardo de los rayos, pues Consulta tu diccionario para la descarga será conducida por el metal hacia fuera de la aeronave, evitando daños a encontrar el los tripulantes, pasajeros, causando una tragedia. significado de Lo esencial para ponernos a salvo es procurar que el rayo tenga una vía para palabras como descargarse que esté lejos de nosotros, y hacer lo posible por no atraerlo. fuselaje.
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Las ciencias y la comunidad científica Corría el año de 1752 cuando Benjamin Franklin, estando de viaje en Francia, llevó a cabo un temerario experimento en el que, mediante una cometa que tenía un alambre metálico y una llave atada al extremo del hilo de seda que él sostenía en sus manos, demostró que las nubes están cargadas de electricidad, pues al tocar la llave saltaron centellas. El descubrimiento de la electricidad en las nubes le permitió desarrollar el pararrayos, cuya eficacia dio lugar a que en 1782, en la ciudad de Philadelphia, se hubiesen instalado ya 400 de estos dispositivos. Franklin sintió siempre una enorme curiosidad por los fenómenos naturales. Estudió, por ejemplo, las tormentas que se forman en el continente americano, e identificó por vez primera la corriente marina cálida que surge del Golfo de México y se dirige al Atlántico Norte. Inventó también los anteojos bifocales.
Benjamín Franklin nació el 17 de enero de 1706 en Boston, Estados Unidos. Fue político, científico e inventor. Murió en Philadelphia el 17 de Abril de 1790.
Realicen lo siguiente en sus cuadernos: 1. ¿Cómo instalarían un pararrayos en sus casas? 2. ¿De qué material lo harían? 3. Elaboren un dibujo que muestre la forma en que instalarían el pararrayos.
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Las cargas eléctricas se encuentran a nuestro alrededor en todo momento. Tu tarea consiste en resolver las siguientes situaciones: 1. Si ocurriera una tormenta eléctrica ahora, ¿qué medidas tomarías para protegerte de un rayo? 2. ¿Cómo lograrías que un globo se adhiera a la pared sin pegamento alguno? 3. ¿Cómo evitarías que tu cabello se erice al peinarte? • Explica tus respuestas en términos físicos.” Resuelve el problema en tu cuaderno. Para ello: • Elabora una tabla como se muestra. 1. Evitar ser alcanzado por un rayo ¿Qué hacer?
¿Qué no hacer?
¿Por qué?
2. El cabello erizado al peinarme ¿Cómo lo evitas?
¿Por qué?
3. El globo pegado a la pared sin pegamento ¿Cómo lo haces?
¿Por qué?
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secue n c i a 1 2 Escriban, con la información anterior, un texto breve sobre la importancia de prevenir accidentes durante las tormentas eléctricas. • Utilicen los términos inducción y carga electrostática.
dido bre lo apren Reflexión so de la as al inicio b sa n e p e u nte una Revisa lo q protegerte a o m o c re b cias secuencia so isten diferen x ¿E . a ic tr c é tormenta ele sabas y lo que sabes pen e u q entre lo esta. ca tu respu ifi st Ju ? ra o h a
Para recapitular el contenido de la Secuencia consulten el programa: Fenómenos electrostáticos en la programación de la red satelital Edusat.
Los vehículos con carrocería metálica pueden ser un buen refugio ante tormentas eléctricas. Es importante no tocar el volante ni encender la radio o manipular los controles, y conservar las manos sobre el regazo.
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Analicen los siguientes eventos considerando las interacciones entre cargas eléctricas: i. Encender un cerillo. ii. Observar una chispa, escuchar un crujido y sentir una descarga eléctrica al quitarte el suéter en la noche. iii. Caminar por la alfombra y sentir una descarga eléctrica en la perilla de la puerta. iv. Saludar a una persona de mano y sentir una descarga eléctrica. 1. Respondan en su cuaderno: a) ¿Qué tienen en común estos eventos y un rayo? b) ¿Qué podemos hacer para prevenir una descarga eléctrica al saludar a una persona? 2. Para responder, utilicen el término inducción electrostática.
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CIENCIAS
II
Lo que podría hacer hoy… Elaboren un plan comunitario de protección para tormentas eléctricas. Para ello: 1. Elaboren un mapa de la zona en la que viven. 2. Identifiquen en el mapa las zonas en las que: a) Se mueve la mayor parte de la población. b) Existen zonas de peligro potencial donde hayan varillas, árboles o agua que puedan atraer rayos. c) Existen zonas donde se pueda proteger la población durante una tormenta eléctrica como: i. Lugares protegidos con pararrayos. ii. Lugares bajos y alejados de estructuras riesgosas. 3. Averigüen cuál es la altura a partir de la cual los pararrayos son obligatorios, según el reglamento de construcción vigente y aplicable. 4. Comuniquen su plan comunitario a las autoridades correspondientes.
Las medidas de prevención disminuyen sensiblemente los riesgos de tener un percance fatal a causa de un rayo.
Para saber más… 1. Félix, Alejandro, et al. (2001). Lecciones de Física. México: CECSA
1. University Corporation for Atmospheric Research. 5 de noviembre de 2003. Tipos de relámpagos. University Corporation for Atmospheric Research. 22 de febrero de 2007. http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/Atmosphere/tstorm/lightning_ types.sp.html
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¿Un planeta magnético? sesión 1
Para empezar Lee el texto. • Antes de la lectura contesta: ¿Qué es un imán?
Texto introductorio
El imán puede parecernos curioso y divertido: atrae ciertos objetos
metálicos, que se quedan pegados a él. Si bien algunos materiales son atraídos o repelidos por el imán, otros no se ven afectados. El fenómeno de la atracción fue conocido por los chinos hace más de 2,500 años. Los persas llamaron piedra imán a la roca que mostraba esta propiedad. Tiempo después, los griegos nombraron magnetita al mineral que obtenían de la región asiática de Magnesia, y que tenía la cualidad de atraer metales. El estudio del magnetismo nos ha permitido desarrollar aparatos e instrumentos que facilitan diversas tareas humanas. Por ejemplo, los barcos y los aviones cuentan con sistemas de Consulta tu orientación basados en la ubicación de los puntos diccionario para cardinales de la Tierra: norte, sur, este y oeste. encontrar el Esto puede lograrse usando la brújula, dispositivo significado de que, afectado por el magnetismo terrestre señala palabras como cualidad. siempre hacia el norte de la Tierra.
Nuestro planeta tiene una evidente hermosura, además de múltiples características físicas visibles, pero también posee atributos no visibles.
Ahora sabes la diferencia entre interacciones de contacto y a distancia. En esta secuencia revisarás cómo ocurren las interacciones asociadas a las fuerzas magnéticas. También valorarás la importancia de la brújula como instrumento para la orientación.
Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Te has extraviado en un lugar cerca de la costa en el estado de Tamaulipas. ¿Cómo construirías un dispositivo para determinar la dirección en que debes caminar para llegar al mar? ¿Cómo utilizarías ese dispositivo?
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CIENCIAS
II
Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Qué significa orientarse? 2. ¿Qué dispositivo usarías para orientarte? 3. ¿Qué propiedad de los imanes emplearías para elaborar un dispositivo para orientarte? ¿Cómo emplearías esta propiedad en la elaboración del dispositivo? 4. Expliquen por qué los objetos imantados se atraen o se repelen. Intercambien sus puntos de vista: • ¿Por qué las brújulas tienen propiedades magnéticas?
Manos a la obra
Vínculo entre Secuencias Para recordar la ubicación del estado de Tamaulipas con respecto al Golfo de México, consulta la Secuencia 1: Espacios compartidos de tu libro de Geografía de México y del mundo.
Actividad UNO Identifiquen las interacciones magnéticas. • Realicen la demostración: 1. Comenten: ¿Qué tipos de interacción magnética se pueden observar entre dos imanes? 2. Van a necesitar: a) Dos imanes en forma de barra. b) Caja de clips. 3. Realicen lo que se indica: a) Pidan a un compañero que tome ambos imanes y los acerque por los extremos, que son de color diferente. b) ¿Qué creen que sucederá? c) Observen qué sucede. d) Repitan el paso anterior pero ahora aproximen los imanes por los extremos del mismo color. e) ¿Qué creen que sucederá? f) Observen qué sucede. g) Tomen un clip y acérquenlo al extremo de uno de los imanes. h) Tomen un segundo clip y acérquenlo al extremo libre del primer clip y así sucesivamente, formando una cadena, hasta que llegue el momento en el que el último clip ya no se sostenga. i) ¿Cuántos clips creen que se sostengan en la cadena? j) Cuenten los clips que se sostuvieron. 183
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secue n c i a 1 3 4. Contesten: a) ¿Qué sucede al acercar los extremos del mismo color de dos imanes? b) ¿Qué sucede al acercar los extremos del mismo color de dos imanes? c) Si realizamos de nuevo los pasos de los incisos g a i en el otro extremo del imán, ¿se sostendrá el mismo número de clips? ¿Por qué? Lean el texto. Pongan especial atención en cómo se llaman los polos de los imanes. Texto de información inicial
¿Cuantos polos tiene un imán? Hasta ahora se conocen dos tipos de imanes: naturales y
artificiales. La magnetita es un imán natural, disponible en muchas regiones de nuestro planeta, no sólo en la antigua Magnesia. Podemos producir imanes artificiales al frotar con un imán natural objetos hechos de metales como el hierro, el níquel o el cobre; o por inducción, acercando simplemente un imán natural a un objeto de los mismos materiales, el cual adquirirá, en consecuencia, las mismas propiedades
El levitrón es un dispositivo que aprovecha los intensos campos magnéticos entre la base y el trompo para hacerlo levitar, es decir, mantenerlo suspendido sin soporte alguno y sin que caiga, desafiando, en apariencia, la fuerza gravitatoria.
Muchas rejas están hechas de hierro, mientras que las tuberías de agua o gas suelen ser de cobre y las monedas contienen níquel. El acero es un metal formado básicamente por hierro y una pequeña cantidad de carbono.
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CIENCIAS
II
magnéticas de un imán natural. Como sucede con las fuerzas eléctricas, la fuerza magnética es una interacción a distancia que produce un campo alrededor de los cuerpos. cio que ión del espa Hay materiales fáciles de imantar, como el hierro o el a fuerza. Campo: Reg cia de algun n e u fl in la níquel; otros son más difíciles, como una tela o el cartón. muestra blar del podemos ha na carga y , lo p m Aunque muchos imanes artificiales son metálicos, también je e r Po dea u trico que ro los hay de cerámica u otros componentes, pero no son tan dea un campo eléc q ético ue ro n g a m o p m comunes. del ca Todo imán, natural o artificial, independientemente de imán. el cual su forma o tamaño, tendrá siempre dos regiones o zonas imiento por d e c ro P r: ta piedades Iman dquieren pro a identificables, que se llaman polos. En los polos de un imán, s to je b o s alguno se observa la máxima intensidad del campo magnético. Por magnéticas. la acuerdo, igual que se habla de carga eléctrica positiva o imán donde n u e d a n o Z tensa; negativa, en los imanes hablamos de polo norte y polo sur. Polo: ca es más in tificar ti é n g a m n Lo mismo que en las cargas eléctricas, los polos iguales se atracció eden iden r imán se pu ie u lq a u c n repelen y los polos opuestos se atraen. Si partimos un imán e polos. en dos, las partes tendrán de nuevo dos polos, y así siempre dos sucesivamente. Es decir, no es posible obtener un imán con un único polo magnético, por diminuto que sea.
La Tierra posee un campo magnético propio, el cual propicia las fantásticas auroras boreales o australes, según se observen en la región polar ártica, al norte, o antártica, al sur.
En su cuaderno: 1. Describan las formas para producir imanes artificiales.
Vínculo entre Secuencias
2. Menciona un material que conozcas que no sea imantable.
Recuerda que las interacciones a distancia las revisaste en la Secuencia 6: ¿Por qué cambia el movimiento?
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secue n c i a 1 3 ada
Nueva destreza emple
ar conocimiento de
str y procedimientos: Demo dimientos y Utilizar herramientas ce pro tas, en
s, equipos, herrami la utilización de aparato medida escalas o dispositivos de
Actividad DOS Imanes en acción Utilicen herramientas y procedimientos para imantar algunos objetos. i. Contesten: ¿Cómo imantarían un objeto metálico? ii. Realicen la práctica: 1. Material a) Imán en forma de barra. b) Imán en forma de herradura. c) Imán pequeño y plano. d) Dos objetos metálicos, por ejemplo, un clavo y una moneda. e) Dos objetos pequeños de plástico o unicel, por ejemplo una tapa de refresco. f) Dos objetos de madera, por ejemplo, un lápiz pequeño y un taquete de fibra o madera. 2. Procedimiento Experiencia A: Imantación por frotamiento a) Imanten cada uno de los objetos frotándolos en la misma dirección con uno de los extremos del imán de barra. b) Observen lo que sucede al acercarlos entre sí. Experiencia B: Imantación por inducción a) Intenten imantar cada objeto al colocarlo entre los dos extremos de un imán de herradura sin que toque el imán y dándole unos pequeños golpecitos. b) Comprueben el grado de imantación de cada objeto acercándolo al imán pequeño y plano. c) Observen y registren el grado de imantación detectado. d) Alejen el imán de herradura de los objetos y repitan el paso b.
¿Es posible imantar cualquier objeto? 186
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CIENCIAS
II
3. Resultados • Registren sus observaciones en sus cuadernos en una tabla como la que se muestra:
Material del que está hecho el objeto
Nombre del objeto
Grado de imantación del objeto: Experiencia A Por frotamiento
0 – Nada 1 – Poca 2 – Mucha
Experiencia B Por inducción
Metal Metal Plástico Plástico Madera Madera 4. Análisis de resultados Experiencia A: Imantación por frotamiento • ¿Cuáles de los materiales empleados se imantaron por frotamiento? Experiencia B: Imantación por inducción a) ¿Cuáles de los materiales empleados se imantaron por inducción? b) Una vez imantados, ¿cuáles perdieron su imantación en cuanto se alejó el imán? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.
N
S
N
N N
Intercambien sus opiniones sobre: a) El tipo de fuerza y las propiedades de los imanes. b) ¿Cómo elaborarían una clasificación de los materiales de acuerdo con sus propiedades magnéticas? c) ¿Cuál método de imantación es más eficaz: frotamiento o inducción? Expliquen su respuesta.
S
S
S
Todo imán tiene dos polos, llamados norte y sur.
d) Utilizando alguna de las leyes de Newton, expliquen por qué se mueve un objeto libre al ser rechazado o atraído por un imán
dido bre lo apren ¿Cómo Reflexión so r materiales. ta n a a? im e d s r el problem forma e s lv e c so o re n o c ra a Ahora iento p este conocim emplearías
Vínculo entre Secuencias Recuerda que las Leyes de Newton las revisaste en la Secuencia 8: ¿Cuáles son las causas del movimiento?
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secue n c i a 1 3 SESIÓN 2
Para terminar ¡Qué planeta tan atractivo! Lean el texto. Pongan atención en cómo funciona una brújula.
Texto de formalización
¿Polos magnéticos vs. polos geográficos? El magnetismo es un fenómeno natural del cual la
humanidad ha tomado ventaja mediante diversas aplicaciones. Una de ellas es el diseño de instrumentos para localizar puntos o direcciones específicos en la Tierra. Los antiguos marinos ya sabían que la piedra imán se orienta en una dirección definida, lo que permitía determinar los puntos cardinales. Esta característica se aplicó sistemáticamente y surgieron las primeras brújulas. Se trata de un dispositivo que consiste en un imán en forma de aguja, que puede girar libremente sobre un eje fijo. Si ponemos una brújula junto a un imán esta se va a orientar, naturalmente, en la dirección N-S del imán. Si retiramos el imán, la brújula se orientará en dirección norte-sur de la Tierra, ya que ésta es un gigantesco imán, que tiene, como cualquier imán, dos polos. Efectivamente, así como la Tierra tiene un Polo Norte y un Polo Sur geográficos, también tiene polos norte y sur magnéticos. El magnetismo terrestre se debe a que el núcleo de la Tierra está formado por gran cantidad de hierro y otros metales a muy alta temperatura, por lo que se encuentran en estado líquido. Debido a la rotación de la Tierra, el magma se encuentra en constante movimiento y esto origina el campo magnético terrestre, que se encuentra alineado, aproximadamente, en la dirección del eje terrestre. Con el tiempo, el campo magnético de la Tierra ha cambiado su polaridad: a veces, el polo norte magnético ha estado cerca del Polo Sur geográfico (tal como es ahora); otras, cerca del Polo Norte geográfico. Tal fenómeno recibe el nombre de reversión geomagnética. Se estima que la última reversión ocurrió hace unos 780,000 años. Las brújulas actuales suelen ofrecer la posibilidad de corregir la declinación magnética para poder indicar los polos geográficos en vez de los polos magnéticos.
Siempre encontramos brújulas en el puente de mando de un barco, el cuarto de control de un submarino, la cabina de pilotos de un avión o helicóptero, o el panel de instrumentos de algunos automóviles y camiones.
Sur Magnético
Norte Geográfico
Ecuador
Sur Geográfico
Norte Magnético
En la actualidad los polos magnéticos y geográficos terrestres no coinciden. Esta diferencia se conoce como declinación magnética.
El movimiento del magma produce el campo magnético de la Tierra, así como la erupción de algunos volcanes.
Conexión con Geografía Para recordar cómo orientarse y las coordenadas geográficas revisa la Secuencia 2: El mundo en que vivimos de tu libro de Geografía I de México y el mundo.
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CIENCIAS Comenten las siguientes cuestiones: 1. Si nos colocamos mirando hacia el Sol durante el amanecer y tenemos una brújula en las manos, ¿hacia dónde apunta su aguja, a la derecha o a la izquierda? ¿Por qué? 2. ¿Tienen los polos geográficos alguna relación con la localización de los polos magnéticos o es una simple coincidencia temporal?
II N
O
E S
Se dice que los chinos utilizaron algo muy parecido desde el año 2000 a. de C.
3. ¿Qué utilidad tienen las brújulas?
Actividad TRES Construyan un dispositivo: para orientarse: Brújula. Para ello:
• Cómo construirían una brújula sencilla? 1. Necesitan: a) Corcho de botella o pelotita de unicel. b) Aguja gruesa. c) Dedal. d) Tina pequeña con agua a la mitad. e) Imán potente de barra de acero. f) Barniz de uñas o pintura color rojo. g) Cartulina o cartoncillo. 2. Realicen lo que se indica: a) Imanten la aguja. b) Atraviesen con la aguja transversalmente el corcho por el centro. ¡Háganlo con cuidado y protegiéndose con el dedal! c) Coloquen el corcho en el agua para dejarlo flotar libremente. d) Observen cómo el corcho y la aguja toman una posición definida. e) Orienten su cuerpo de manera que la mano derecha apunte hacia donde observamos el Sol al amanecer, es decir, al oriente o este. f) Coloquen la brújula frente a ustedes. Noten que la aguja de la brújula debe estar apuntando hacia el frente, que es el norte. g) Pinten con el barniz de color rojo el extremo del agua imantada que apunta hacia el frente para distinguirlo del sur. 189
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secue n c i a 1 3 3. Usen su brújula sencilla para identificar la orientación del salón. Para ello:
bre lo Reflexión so aprendido zarías el ¿Cómo utili que dispositivo onstruir acabas de c r el para resolve problema?
a) Elaboren un letrero con una hoja blanca para cada punto cardinal: norte, sur, este y oeste. b) Coloquen las brújulas separadas frente al pizarrón. ¡Recuerden que las agujas imantadas no deben estar muy cerca unas de otras! c) Observen que todas las brújulas apuntan más o menos en la misma dirección. d) Identifiquen la orientación del salón. e) Coloquen los letreros correspondientes a cada punto cardinal sobre las paredes, conforme se indica en las imágenes. Comenten las siguientes preguntas: 1. ¿Qué es la brújula y cómo funciona? 2. ¿Qué ventajas tiene orientarse mediante una brújula respecto a otros métodos como la observación de astros celestes?
Si estás dentro del salón de clase, ¿sabes hacia dónde está el norte?
Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Te has extraviado en un lugar cerca de la costa en el estado de Tamaulipas, ¿Cómo construirías un dispositivo para determinar la dirección en que debes caminar para llegar al mar? ¿Cómo utilizarías ese dispositivo?” Para resolver el problema. contesta en tu cuaderno: 1. Qué dispositivo usarías para orientarte? 2. ¿Cómo lo construirías? 3. ¿Cómo lo utilizarías para orientarte y llegar al mar? Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Un planeta magnético en la programación de la red satelital Edusat.
dido bre lo apren cia sobre Reflexión so de la secuen pensabas io ic in l a s a e pensab ntre lo que Revisa lo qu diferencia e te is x ¿E . e rs esta. cómo orienta hora? Explica tu respu es a y lo que sab
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CIENCIAS
II
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Te muestran una pluma apoyada sobre una base que se mantiene vertical, sin que aparentemente haya una fuerza que evite que se caiga. • Contesta en tu cuaderno: a) ¿Por qué la pluma no se cae a los lados? b) ¿Qué fuerzas actúan sobre la pluma? c) Señala las fuerzas en un esquema con sus nombres.
Lo que podría hacer hoy… ¿De qué manera nos podemos orientar, tanto en el día como en la noche, si no contáramos con una brújula? • Escriban las ideas principales en el pizarrón.
La Estrella Polar
Para saber más… 1. Allier Cruz, Rosalía Angélica, et al. (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill 1. Otaola, Javier A., et al. El campo geomagnético: un elemento importante en las relaciones solar-terrestres. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/114/htm/ sec_7.htm 2. University Corporation for Atmospheric Research. 5 de noviembre de 2003. Descubrimiento de los Cinturones de Radiación. University Corporation for Atmospheric Research. 25 de febrero de 2007. http:// www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/Magnetosphere/radiation_belts_discovery.sp.html
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 2
Un modelo de puente para representar las fuerzas que actúan en él sesión 1
Para empezar Prototipo de un puente colgante Lean el texto. • Antes de la lectura, comenten qué puentes conocen y cómo creen que están hechos. El Sol Dora do Domingo 22 de abril de 2007
Demanda la sociedad reconstruir puente fronterizo Después de que el huracán Stan devastó el puente internacional ‘Rodolfo Robles’, que conecta a México con Guatemala, se permite por seguridad, solamente el paso a peatones, bicicletas y motocicletas. El puente únicamente funciona 12 horas, de siete de la mañana a siete de la tarde, por lo que el intercambio comercial ha quedado totalmente paralizado. Incluso algunas agencias aduanales que operaban aquí han tenido que cerrar sus puertas debido a la falta de empleos, ya que todos los trámites de importación y exportación los realizan ahora por el puente ‘Suchiate II’. Además, el poco turismo entre ambos países y los miles de migrantes que regresan de Estados Unidos hacia las naciones centroamericanas para pasar el fin de año o En octubre de 2005, el Huracán ‘Stan’, dañó 34 puentes En Chiapas, dejando aisladas vacacionar, ya no atraviesan por el puente ‘Rodolfo a más de 200 mil personas en poco más de 100 comunidades. Robles’ sino por el puente ‘Talismán’. Esta situación es grave, por lo que se ha solicitado que las autoridades estatales y federales reparen y pongan otra vez en funcionamiento del puente. Por otra parte, en Tecún Umán, Guatemala, la situación todavía es peor: el sector comercial ha empezado a protestar y ha solicitado la intervención del gobierno federal de su país, en demanda de la reapertura y reconstrucción del puente. Esta situación prácticamente los ha llevado a la ruina económica, porque ninguna actividad que se realice en los puentes “Suchiate II” y en el “Talismán-El Carmen” les beneficia. Las ciudades fronterizas tanto Ciudad Hidalgo, en el estado de Chiapas, y Tecún Umán, Guatemala, basan su economía en el intercambio comercial a través del puente “Rodolfo Robles”, razón por la cual les urge reactivar todos sus servicios. De no ser así, el cierre de negocios y la consecuente pérdida de empleos, seguirá en detrimento del bienestar social y la seguridad de los habitantes. En principio, se requiere hacer las evaluaciones técnicas de cada una de las partes del puente, ya que a simple vista se perciben serias irregularidades en el puente. Por estos motivos, la sociedad chiapaneca demanda que los gobiernos federal y estatal reconstruyan el puente y desazolven del río Coatán antes de que llegue la próxima temporada de lluvias y huracanes. 192
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II
A lo largo de las secuencias del bloque, has trabajado en la descripción y representación de las diferentes magnitudes físicas. En este proyecto analizarás qué fuerzas participan en la estructura de un puente. Con la información obtenida elaborarás tu propio puente a escala con materiales sencillos y, de esta manera, observarás las fuerzas que actúan en él. Valorarás entonces la utilidad de la ciencia y la tecnología para la construcción de puentes.
Consideremos lo siguiente… Lean con atención el problema que se plantea. Con el trabajo que realicen en este proyecto podrán diseñar una propuesta concreta de solución. La mayor parte de nuestro país tiene accidentes geográficos, donde los puentes resultan de vital importancia para la comunicación. ¿Qué aspectos se deben tomar en cuenta para el diseño de un puente? ¿Cómo se construye un puente? Con los conocimientos que tienes sobre la interacción de fuerzas ¿Qué sugerencias podrías aportar para su construcción y beneficio de la comunidad?
Lo que pienso del problema Responde en tu bitácora: 1. ¿Cuál es la utilidad de un puente? 2. ¿Qué consecuencias económicas y sociales ha traído a las comunidades el mal funcionamiento del puente internacional “Rodolfo Robles”? 3. ¿Qué tipo de fuerzas intervienen en la construcción de un puente? 4. ¿Qué se debe tomar en cuenta para la reconstrucción del puente internacional “Rodolfo Robles”?
Recuerda que para el registro de tus actividades: Utiliza un cuaderno, libreta o carpeta como bitácora. Lleva ahí un registro ordenado de lo que piensas del problema, de los textos consultados, de las entrevistas que realices, de los datos y objetos encontrados. Estas anotaciones te serán muy útiles para elaborar el informe del proyecto.
Manos a la obra
sesión 2
Plan de trabajo Recuerda que el Plan de Trabajo explica las actividades que tendrás que realizar, organizadas en fases. 193
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 2 Fase I: Investiguemos conocimientos útiles Para obtener información sobre las fuerzas que intervienen en la construcción de puentes, los elementos que se toman en cuenta para su construcción, los diferentes diseños existentes y los materiales empleados, revisarán algunas de las secuencias que trabajaron durante el Bloque 2, algunos textos y páginas electrónicas y el video Puentes. Fase II: Exploremos para definir el problema Para ampliar la información sobre los diferentes diseños y los materiales empleados para construir puentes recabarán información en compañías constructoras, con ingenieros, arquitectos o maestros de obra de su comunidad. Para conocer las ventajas que para las comunidades tiene un puente, identificar algunos puentes cercanos a su comunidad y entrevistar a los habitantes sobre esta cuestión. Fase III: ¿Cómo contribuimos a la solución del problema? A partir de la información obtenida elaborarán un puente en miniatura. Para ello, emplearán elementos de fácil acceso en su comunidad como palillos de dientes, palitos de paleta, listones de madera, cuerda, hilo o estambre.
Calendario de actividades Recuerda que en el Calendario escribirás las actividades que realizarán los responsables de cada una de ellas y las fechas de entrega En cada fase identifiquen las actividades por hacer y designen a los responsables de cada una de ellas. Consulten con su maestro la fecha final de entrega para que distribuyan mejor su tiempo. De resultarles útil cópien el formato siguiente en su bitácora. En caso contrario, diseñen su propio calendario. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES RESPONSABLES
FECHA
Fase I Fase II Fase III
Fase I. Investiguemos conocimientos útiles za empleada
de formaciones, in e d e ri se a n a. u n: Considerar ra dar solución a un problem ió c a rm fo in Sintetizar onados, pa nceptos relaci co e d o s re o fact
Nueva destre
Sinteticen información acerca de los puentes y sus características. Para ello: 194
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CIENCIAS
II
Recuerda que en esta fase recopilarás información documental útil para el desarrollo del proyecto. Te damos algunas referencias de lo que sabes para las consultes. 1. Respondan: a) ¿Qué lecturas y actividades del bloque nos pueden servir para identificar las fuerzas que actúan en un puente? b) ¿Qué elementos se deben tomar en cuenta para diseñar un puente? c) ¿Qué diseños de puentes existen? d) ¿Qué materiales se emplean para construir los puentes? e) ¿Qué función tienen las diferentes secciones de un puente? f) ¿Cómo afecta un sismo a la estructura de un puente? 2. Consulten las referencias que consideren necesarias para identificar el tipo de puentes y sus características. Pueden consultar las referencias que se listan abajo. Para ello: a) Dividan las lecturas entre todos los equipos. b) Cada equipo buscará y sintetizará los textos revisados en su bitácora. c) Expondrán una síntesis de la información consultada al resto del grupo. 3. Elijan las estrategias para revisar y sintetizar la información documental investigada.
Algunas referencias de interés Ciencias II. Énfasis en Física: 1. Secuencia 4: ¿Cómo caen los cuerpos? 2. Secuencia 7: ¿Por qué se mueven las cosas? 2. Secuencia 8. ¿Cuáles son las causas del movimiento? Geografía de México y del mundo: 1. Secuencia 3: Un recorrido por México. 1. Puentes 1. Tagüeña, Carmen et al. (1999). Física. México: Santillana. 2. Allier Cruz, Rosalía Angélica et al. (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill. 1. Diario El País. Los puentes, clasificación. 23 Febrero 2007. http://thales.cica.es/rd/ Recursos/rd99/ed99-005302/contenido/9_clasificacion_puentes.htm 2. Genescá, Joan. Más allá de la herrumbre III. Corrosión y medio ambiental. ILCE. 23 Febrero 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/121/htm/ masalla3.htm 195
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 2 Intercambien la información que cada equipo sintetizó. Para ello: 1. Escuchen con atención las exposiciones de sus compañeros. 2. Completen su bitácora con la información que se aporte. torre
cables principales tirantes anclaje
tramo extremo
armadura de refuerzo
Un puente consta de varios segmentos. En este puente colgante todos los cables se encuentran suspendidos entre una torre y otra.
SESIÓN 3
Fase II: Exploremos para definir el problema Recuerda que en esta etapa recabarás información directamente de tu comunidad para resolver el problema.
Obtengan información que les ayude a elaborar su puente. Para ello: 1. Seleccionen uno o varios puentes en su comunidad o cercanos a ella. 2. Formen cuatro o cinco equipos y repártanse la investigación sobre los puentes. 3. Investiguen a cargo de qué instancia gubernamental se encuentra el puente. 4. Realicen una entrevista para indagar: Puente atirantado.
a) Los materiales empleados para construir puentes. b) El tipo de puente o puentes que se encuentran en su localidad. c) Los materiales con los que están hechos dichos puentes. d) Las ventajas que un puente tiene para sus comunidades.
Puente de arco.
e) Determinen las ventajas que ofrecen los puentes rígidos y los puentes flexibles, así como en qué casos es mejor construir cada tipo de puente. 5. Investiguen si existe alguna obra cercana de un puente. 6. Pidan permiso de visitar la obra y entrevisten a personas que trabajan en ella.
Puente colgante.
7. Pueden emplear los siguientes instrumentos para recabar la información. Adáptenlos o complétenlos según sus necesidades.
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CIENCIAS
II
Para hacer sus entrevistas: Elaboren y lleven por escrito cuatro o cinco preguntas clave para guiar sus entrevistas. Por ejemplo, ¿cuándo se construyeron los puentes de esta región?, ¿qué necesidades han cubierto dichos puentes?, ¿qué fuerza pueden soportar?, ¿cómo se sostienen? Utilicen una grabadora, una libreta pequeña de notas o bien, su bitácora para registrar la información durante la entrevista.
Al terminar sus entrevistas: Reúnanse con todo el equipo y seleccionen la información útil para resolver el problema. Valoren las coincidencias en las respuestas de los entrevistados. Una tabla de datos puede ser de gran ayuda.
Clasifiquen la información obtenida durante las entrevistas: 1. Reúnan las entrevistas de todos los equipos. 2. En una tabla de datos integren la información de cada lugar visitado. Observen el ejemplo a continuación. Fuente de información
Puentes que hay en mi localidad
Fuerzas que soportan
Material de fabricación
Ventajas para la comunidad
3. Elaboren un resumen de la información.
Fase III. ¿Cómo contribuir a la solución del problema?
SESIÓN 4
Construyan un modelo de puente en miniatura. Para elaborar una maqueta o un modelo: Decidan el tipo de construcción que van a realizar. Identifiquen las principales características que se deben tomar en cuenta. Decidan los materiales que van a usar. Hagan un boceto o diagrama de la construcción en papel: • Utilicen los diagramas y los textos consultados. • Tomen en cuenta las partes que se construirán por separado. Utilicen pegamento para madera para unir los diferentes palillos, cartón, cuerdas o hilos. Ensamblen las partes que construyeron por separado. 197
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Proye c to d e i n v e s t i g a c i ó n 2
Diferentes pasos para la construcción de un puente colgante
Evalúen los diferentes puentes miniatura construidos. Para ello: Recuerda que en esta fase se utiliza la información obtenida hasta ahora a fin de desarrollar un producto que de a conocer el problema y posibles soluciones.
1. ¿Qué parte del puente fue la que les costó más trabajo armar? 2. Sabiendo que cada parte de la estructura del puente tiene una función específica: a) ¿cuál es la estructura del puente que no puede ser flexible? ¿Por qué? b) ¿Qué estructura del puente permite flexibilidad? 3. Opinen acerca del tipo de puente que consideren más adecuado para su comunidad.
SESIÓN 5
Para terminar Recuerda que en esta etapa elaborarás un reporte de investigación y encontrarás la manera más apropiada de presentar tu producto terminado a la comunidad.
Comuniquen los resultados que obtuvieron. Para ello: 1. Determinen de los productos desarrollados durante el proyecto cuáles quieren comunicar, por ejemplo: síntesis de información sobre la construcción de los puentes, tipos de puentes y sus características, sistemas de fuerzas que trabajan en un puente, materiales de construcción de puentes, reportes de entrevistas; etcétera.
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CIENCIAS
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2. Pueden elaborar un reporte que contenga: a) Introducción: Expliquen el propósito del proyecto. b) Desarrollo: Describan el procedimiento que siguieron para elaborar el puente en miniatura, enfatizando las fuerzas que deben considerarse en su construcción. c) Conclusiones: Realicen un dibujo de su puente, donde indiquen las fuerzas que actúan en él. Para ello: i. En el dibujo señalen los componentes siguientes: cables, tirantes verticales, soportes, tablero, ii. Con flechas, indiquen las fuerzas que actúan en cada uno de los componentes nombrados. 3. Organicen en su escuela una presentación pública de las maquetas de los puentes construidas. 4. Presenten a las autoridades de la escuela el prototipo elegido y sus ventajas. 5. Organicen con los asistentes un intercambio de opiniones sobre la importancia de las vías de comunicación, su cuidado y mantenimiento.
Lo que aprendimos Evalúen lo aprendido durante el proyecto. Recuerda que aquí evaluarás aprendizajes y la contribución de tu producto para resolver el problema. • Respondan en su bitácora: 1. Sobre los puentes y sus características: a) ¿Qué aspectos o factores se toman en cuenta para diseñar un puente? b) ¿Qué fuerzas deben considerarse en su construcción? c) ¿Qué tipo de puentes han visto en poblaciones o carreteras cercanas a tu comunidad? d) ¿Qué beneficios se obtienen con la construcción de un puente? 2. Sobre el trabajo realizado: a) Escriban las dificultades que tuvieron para realizar su proyecto, las causas y cómo las resolvieron. b) ¿Qué fue lo que más les gustó durante el proyecto? c) ¿Se sienten satisfechos del trabajo realizado? ¿Por qué? d) ¿Cómo mejorarían su modelo de puente?
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EVALU A C I Ó N B L O Q U E 2
Las fuerzas.
La explicación de los cambios Revisión de secuencias I. Lee atentamente los siguientes casos. Subraya la expresión que contiene la respuesta correcta. 1. Un niño lanza una bola de lodo que cae al suelo a cinco metros de distancia. ¿Cuál de las afirmaciones es adecuada para describir el cambio en el estado de movimiento de la bola? a) Cae debido a una fuerza que actúa a distancia. b) Cae porque, al estar hecha de tierra húmeda, regresa al lugar al que pertenece. c) Cae debido a una fuerza que actúa por contacto. d) Cae porque se acaba la fuerza que se le aplicó al ser lanzada. 2. ¿En cuál de las siguientes situaciones no actúa una fuerza? a) Un automóvil frena al acercarse a un alto. b) Una pelota se deforma por un momento al chocar con una raqueta de tenis. c) Una nave con el motor apagado viaja en el espacio con movimiento rectilíneo uniforme. d) Un imán atrae un clip de metal y lo mueve de su posición.
II. Aplica tus conocimientos para elegir la respuesta correcta. 3. Una caja se encuentra en reposo sobre la superficie de un plano inclinado. ¿Cuál es el diagrama de fuerzas que representa la situación descrita?
a)
b)
c)
d)
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4. La fuerza que actúa sobre una bala cuando se dispara un rifle es de 27 N, mientras que la fuerza que actúa sobre el rifle es de -27 N. ¿Cuál es el valor de la fuerza resultante? a) 0 N
b) 1N
c) 54 N
d) 729 N
5. Sobre una caja actúan dos fuerzas concurrentes. ¿Cuál es la fuerza resultante de este sistema? • Toma en cuenta que la escala de los vectores es: 1 cm = 1 N
4 N
2.5 N
a) 3 N
b) 6 N
c) 180 N
d) -3 N
6. Al jalar un costal lleno de frutas recibes la ayuda de varios amigos. Como resultado de esto, la fuerza ejercida sobre el costal se multiplica por tres. ¿Cómo varía la aceleración del costal? a) Se reduce a la mitad b) Se queda igual c) Se duplica d) Se triplica 7. De las siguientes situaciones, ¿cuál no corresponde a un par de fuerzas de acción y reacción? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) Ninguna
1
2
3
4
El pie empuja la Tierra. La Tierra empuja al niño.
El cohete empuja al gas. El gas empuja al cohete.
El martillo golpea la lata, la lata se deforma y empuja al martillo.
La Tierra atrae al hombre. El hombre atrae a la Tierra. 201
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EVALU A C I Ó N B L O Q U E 2 8. ¿Cuál de las siguientes gráficas describe la relación entre la distancia y la fuerza de atracción gravitacional? a) i b) ii c) iii d) iv ii 1.2
30
1
25
0.8
20 Fuerza
Fuerza
i
0.6
15
0.4
10
0.2
5
0
0 0
2
4 Distancia
6
iii
0
2
4 Distancia
6
0
1
2
3 4 Distancia
5
6
iv 6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0 0
2
Fuerza
4
6
III. Subraya el argumento más adecuado para contestar las situaciones planteadas: 9. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la fuerza de atracción gravitacional es incorrecta? a) El Sol ejerce una fuerza de atracción sobre la Tierra. b) Una persona no ejerce fuerza de atracción sobre otra. c) La luna ejerce una fuerza de atracción sobre nosotros. d) La Tierra ejerce atracción sobre los cuerpos que caen libremente
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10. ¿Cuál de los siguientes enunciados emplea el término energía en un contexto no científico? a) La energía luminosa del Sol es necesaria para la vida en la Tierra. b) La energía del Sol puede transformarse en energía positiva. c) El calor es una forma de energía. d) Es necesario utilizar tipos de energía menos contaminantes. 11. Todos los enunciados, menos uno, describen manifestaciones posibles de energía. ¿Cuál es? a) En una explosión nuclear la energía se manifiesta en forma de calor y sonido. b) Cuando un imán atrae a un clavo, la energía se manifiesta en forma de movimiento. c) Cuando una piedra cae al suelo la energía se manifiesta en forma de electricidad. d) La energía química esta presente en los combustibles como la gasolina. 12. Menciona con cuál de las siguientes formas no es posible cargar eléctricamente un objeto hecho de plástico. a) Ponerlo en contacto con otro cuerpo cargado eléctricamente. b) Ponerlo en contacto con un objeto sin carga. c) Frotarlo con una franela. d) Frotarlo con el cabello. 13. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre las características de la fuerza eléctrica y la fuerza gravitatoria es falsa? a) Ambas actúan a distancia. b) Las dos son proporcionales al producto de las masas de las cargas. c) Ambas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre las masas. d) Las dos son únicamente atractivas. IV. Selecciona el valor que resuelva cada caso. 14. ¿Cuál piedra tiene mayor energía potencial? a) Una de 100 g a 2 m b) Una de 200 g a 2 m c) Una de 50 g a 2 m d) Una de 50 g a 1 m
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EVALU A C I Ó N B L O Q U E 2 15. Si en la cima de una colina tienes 1600 J de energía potencial, ¿cuánta energía cinética tienes en el punto medio de la bajada cuando desciendes? Utiliza el Principio de conservación de la energía mecánica. a) 1600 J b) 200 J c) 400 J d) 800 J 16. Si dividimos un imán, ¿cuántos polos tendrá cada imán resultante? a) Uno b) Dos c) Tres d) Cuatro
Autoevaluación • Sigue las instrucciones: 1. Escribe en la columna de la derecha el número que describa mejor tu actitud personal frente al trabajo en equipo. Emplea la siguiente escala: 1 = nunca, 2 = pocas veces, 3 = con frecuencia, 4 = siempre. ¿Cómo trabajo en equipo?
Actitud
Valoración
a) Cuando trabajamos en equipo, espero a que uno de mis compañeros nos organice. b) Cuando dividimos las tareas y termino primero, ayudo a mis compañeros.
c) Mis compañeros de equipo me toman en cuenta.
d) Si uno de mis compañeros hace un buen trabajo, se lo digo.
e) Si los demás no hacen lo que les toca, yo tampoco cumplo con mi tarea.
f) Durante una actividad, escucho y respeto la opinión de los demás.
g) Me gusta aportar ideas para realizar una actividad grupal.
h) Cuando algo me sale mal, reconozco mi error.
i) Considero que el trabajo en equipo contribuye a mi aprendizaje.
j) Cuando trabajamos en equipo, nos resulta muy difícil ponernos de acuerdo.
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2. Responde: a) ¿Qué afirmaciones favorecen el trabajo en equipo? b) ¿Cuáles de estas actitudes manifiestas cuando trabajas con tus compañeros de equipo? 3. Es recomendable que guardes una copia de este cuestionario en el portafolio, para que lo compares con los que harás al final de otros bloques.
Integra tu portafolio
Reflexiona acerca de las actividades del Bloque 1 que te parecieron más importantes para tu aprendizaje, y guarda en tu portafolio algunas de esas actividades; por ejemplo, ejercicios, fotografías, dibujos, tablas o autoevaluaciones. Escribe en una tarjeta, por qué guardas cada una de ellas.
mo el lio, co una o f a t r Un po uestra, es m que se hecha de ta iales carpe mater te, tela s o s r dive artón, yu c que como . Utiliza lo r l a e o pap para fabric s quiera o. el tuy
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Bloque 1
Bloque 2
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Revisión académica Carlos David Hernández Pérez, María Teresa Guerra Ramos, Julio H. Pimienta Prieto Revisión pedagógica Sidney Cano Melena, Patricia Vázquez del Mercado Herrera Fotografía en telesecundarias Telesecundaria ”Centro Histórico“. Distrito Federal. Telesecundaria ”Sor Juana Inés de la Cruz“. Estado de México.
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CIENCIAS II Énfasis en Física Se imprimió por encargo de la Comisión Nacional de Libros de Texto Gratuitos, en los talleres de , el mes de de 200 . El tiraje fue de ejemplares, más sobrantes de reposición.
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