ISBN 978-950-01-1666-4
www.editorialestrada.com.ar info@editorialestrada.com.ar 9 789500 116664
huellas | Patricia Alberico | Marcela Gleiser |
huellas
/EditorialEstrada
fIsicoquímica [ 2 ] ES
Cód. 19251
FIsicoquímica
[ 2 ] ES
Índice
Capítulo 1. Estados de la materia...........................10
Estudio de caso. El crimen perfecto . . . . . . . . . . . Las propiedades de la materia . . . . . . . . . . . . . . . La masa y el volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Peso y masa no son los mismo . . . . . . . . . . . . . . La densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los estados de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El estado gaseoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El estado líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El estado sólido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los estados de agregación y el modelo de partículas . . . . . . . . . . . . . . . . . . Experimentos en papel. ¿Como afecta la temperatura a las partículas de un material? . . . Ciencia en acción. El estado de plasma . . . . . .
11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17
Los cambios de estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 La vaporización: la evaporación y la ebullición . 19 Los cambios de estado y el modelo de partículas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 La compresión de los gases y los cambios de estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Los sistemas materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Tipos de sistemas materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 La separación de las fases y el fraccionamiento de componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Métodos de separación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Métodos de fraccionamiento . . . . . . . . . . . . . . . 23 Taller de ciencias. Los estados, la temperatura y la presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Capítulo 2. Los gases................................................28
Estudio de caso. Flotar en el cielo . . . . . . . . . . . . . 29 Los gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Los gases y la teoría cinético-molecular . . . . . . 30 El volumen, la presión y la temperatura en los gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Experimentos en papel. ¿Son independientes las variables de un gas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Unidades de volumen, presión y temperatura . . . . 32 Las unidades de volumen y sus equivalencias . . 32 Las unidades de presión y sus equivalencias . . . 32 Escalas y unidades de temperatura . . . . . . . . . . 33 Las leyes de los gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Relación entre al presión y el volumen . . . . . . 34 Relación entre la temperatura y el volumen . . 35 Las leyes de los gases se combinan . . . . . . . . . . . . . 36 Los gases ideales y los gases reales . . . . . . . . . 36 Ciencia en acción. La refrigeración y las leyes de los gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Taller de ciencias. Poniendo a prueba las leyes de los gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Capítulo 3. Las soluciones.......................................42
Estudio de caso. Dime cómo hueles... . . . . . . . . . . 43 ¿Qué es una solución? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Tipos de soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Soluciones gaseosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Soluciones líquidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Soluciones sólidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Soluciones concentradas y diluidas . . . . . . . . . . . . 46 La concentración de las soluciones . . . . . . . . . . 46 Trabajar con soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 La solubilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Experimentos en papel. ¿Influye la temperatura en la cantidad de soluto que se disuelve en un solvente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Soluciones saturadas e insaturadas . . . . . . . . . . . . . 49 Cálculos con la solubilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Factores que influyen en la solubilidad . . . . . . . 50 Curvas de solubilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Métodos de fraccionamiento de soluciones . . . . 52 La destilación simple y fraccionada . . . . . . . . . . 52 Cromatografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Ciencia en acción. La destilación fraccionada en la industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Taller de ciencias. ¿Qué factores modifican la solubilidad? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Capítulo 4. La estructura de la materia................58
Estudio de caso. Secretos guardados en el cabello . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Las primeras ideas acerca de la materia . . . . . 60 La composición atómica de la materia . . . . . . . 61 La estructura de los átomos . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Las partículas subatómicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 El número atómico, el número másico y la estructura atómica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Las variedades de átomos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Los nombres de los átomos . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Los elementos y las sustancias . . . . . . . . . . . . . . . 65 Clasificación y ordenamiento de los elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 El carácter predictivo de la Tabla Periódica . . . 67 Experimentos en papel. ¿Qué propiedad fisicoquímica está relacionada con el número atómico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Un acercamiento a la Tabla Periódica de los Elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Las propiedades periódicas . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 El radio atómico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 La electronegatividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 La escala de electronegatividades de Linus Pauling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 La energía de ionización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Las propiedades periódicas y la clasificación de los átomos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Los elementos metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Los elementos no metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Los gases nobles o inertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Ciencia en acción. Los aceleradores de partículas . . 73 Taller de ciencias. ¿Solo los elementos metálicos conducen la electricidad? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Índice
Capítulo 5. Los cambios en la materia. ..................78
Estudio de caso. Un pegamento inesperado . . . 79 Cambios en la vida cotidiana . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 ¿Cómo se clasifican los cambios en los materiales? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Cambios físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Cambios químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Los cambios en los materiales y la energía . . . . . . 84 Reacciones endotérmicas y exotérmicas . . . . . 84 Cambios reversibles e irreversibles . . . . . . . . . . 85 La combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Experimentos en papel. ¿El aire tiene algo que hace que los materiales se quemen? . . . . . . . . 86 La descomposición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Cambios químicos e industria: la metalurgia . . . . 88 La metalurgia del hierro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 La siderurgia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Ciencia en acción. Reacciones químicas y contaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Taller de ciencias. ¿Qué factores aceleran la corrosión del hierro? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Capítulo 6. Fuerzas y campos..................................94
Estudio de caso. Julio Verne y la Luna . . . . . . . . 95 ¿Qué es una fuerza? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Representación de las fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Los efectos de una fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Las leyes de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Fuerzas sobre un mismo cuerpo . . . . . . . . . . . . 99 Fuerzas de contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 La fuerza normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 La fuerza de rozamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Fuerzas a distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Experimentos en papel. ¿Dos objetos de distinto tamaño tardarán lo mismo en caer? . . . . . . . . 101 Concepto de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 La fuerza peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Ciencia en acción. Los cohetes . . . . . . . . . . . . . 103
El campo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 El campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 ¿La presión es una fuerza? . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Presión atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Taller de ciencias. Altura, presión y velocidad de caída en un fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Capítulo 7. La electricidad.................................... 110
Estudio de caso. El agua serpenteante . . . . . . . . 111 El átomo y la electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Las cargas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 La electrostática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
La corriente eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El potencial eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuentes de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las pilas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Experimentos en papel: ¿Hay alguna relación entre los metales, el agua y la producción de electricidad? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los generadores de corriente . . . . . . . . . . . . . . La intensidad y la resistencia . . . . . . . . . . . . . . . El efecto Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuitos eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de circuitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciencia en acción. Generación, transporte y distribución de la electricidad . . . . . . . . . . . . Taller de ciencias. ¿La intensidad depende del tipo de circuito? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . .
114 114 115 116 116
Capítulo 8. El Magnetismo..................................... 126
Estudio de caso. Gire a la derecha... ¡Recalculando! . 127 ¿Qué es el magnetismo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Los imanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Los imanes y sus propiedades . . . . . . . . . . . . . . 129 Los materiales magnéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 El campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 El origen de las brújulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 El campo magnético terrestre . . . . . . . . . . . . . . 132 Experimentos en papel. ¿Qué mueve la aguja de una brújula? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Efectos del campo magnético de la Tierra . . . 133 El electromagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 El electroimán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 El motor eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Inducción electromagnética . . . . . . . . . . . . . . . 135 Generadores eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 El transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Ciencia en acción. Trenes que funcionan con magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Taller de ciencias. ¿Es posible generar un campo magnético con electricidad? . . . . . . . . . 138
116 117 118 118 119 120 121 122 124
Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Para aprovechar este libro Las páginas de DESARROLLO En cada doble de desarrollo, se abordan temas con textos claros y accesibles que tienen en cuenta las competencias lectoras de los alumnos del nivel.
Al final de cada tema, encontrarán actividades de comprensión y repaso.
Estudio de caso Cada apertura plantea un caso dilemático para resolver a partir de la información del capítulo. Son situaciones disparadoras que permiten que los alumnos se planteen preguntas sobre fenómenos cotidianos y naturales.
A lo largo del desarrollo del capítulo, se plantean actividades que vinculan la información de las páginas con el caso de la apertura. El objetivo de estas plaquetas es que los alumnos comiencen a relacionar sus saberes previos con los conocimientos que van adquiriendo al leer el capítulo.
Experimentos en papel
En cada capítulo encontrarán un experimento histórico o ficticio integrado a la explicación de un tema. Tienen una estructura definida en la que se identifican los elementos de una actividad experimental.
La sección Estudio de caso tiene un cierre en la sección de actividades finales. Allí se retoma el tema de la apertura y se plantean actividades que permiten comprender la situación planteada a la luz de los conceptos vistos en el capítulo.
Ciencia en la historia • Ciencia en la Net En las páginas de este libro, encontrarán las plaquetas Ciencia en la historia y Ciencia en la Net, con textos que vinculan las ciencias naturales y propuestas con recursos tecnológicos que permiten profundizar los temas, respectivamente.
Taller de Ciencias
Ciencia en acción
En cada capítulo encontrarán una página especial integrada al desarrollo de los temas en la que se manifiesta el vínculo con la tecnología, la sociedad y el ambiente de los conceptos vistos.
En esta sección podrán realizar experiencias que permitirán que los alumnos logren responder a preguntas relacionadas con los temas del libro. Se identifican los elementos de la actividad experimental y, además, se brindan resultados posibles que los alumnos pueden analizar y de los que pueden sacar conclusiones.
Con el mismo objetivo que la sección, las plaquetas Ciencia en acción relacionan la información de las páginas de desarrollo con la tecnología, la sociedad y el ambiente.
Propuesta de actividades Sección final en la que se propone una variedad de actividades de comprensión y de integración y se incluyen las actividades de cierre del Estudio de caso.
Red conceptual que refuerza e integra los temas del capítulo. Tiene espacios para que los alumnos puedan completar con conceptos faltantes.
Plaqueta con preguntas cuyo objetivo es que los alumnos reflexionen sobre su propio aprendizaje.
94 Contenidos: Concepto de fuerza • Representación vectorial de una fuerza • Los efectos de una fuerza • Las leyes de Newton • Combinación de fuerzas • Fuerzas de contacto • La fuerza normal • El rozamiento • Fuerzas a distancia • Concepto de campo • Campo gravitatorio • Fuerza peso • Campo eléctrico • Campo magnético • Concepto de presión.
6 Fuerzas y campos
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[estudio de caso] Julio Verne y la Luna En 1856, el escritor francés Julio Verne, considerado el padre de la literatura de ciencia ficción, publicó su notable novela De la Tierra a la Luna. Esta obra cuenta las vicisitudes de un grupo de aventureros de Estados Unidos que planea viajar a la Luna. Los protagonistas de la novela diseñan un gran cañón que impulsa un proyectil hueco dentro del cual viajarían tres expedicionarios. Uno de los miedos de las personas que esperaban en la Tierra era que el proyectil quedara girando alrededor de la Luna como un satélite, sin poder llegar hasta su superficie. En uno de los pasajes de la novela, se puede leer: “[…] La travesía durará cuatro días… ¿y vuestra caída en la Luna, suponiendo que Ileguéis a ella? Será seis veces menos rápida
[ ]
Cuando Julio Verne escribió su novela, ya se conocían los trabajos del físico y matemático inglés Isaac Newton (1642-1727) respecto de las leyes que rigen el movimiento de los planetas. Ya desde muy joven, Newton se interesó en la física, especialmente en la óptica gracias a la cual construyó un telescopio que le permitió observar las estrellas y los planetas. En 1687, Newton publicó las tres leyes fundamentales que explican el movimiento tanto de los objetos comunes como de los planetas. Además, encontró la relación que existe entre la fuerza de atracción entre la Tierra y la Luna, sus masas y la distancia que las separa. Esto le permitió explicar por qué los objetos caen hacia abajo y dio el puntapié para que los científicos en el siglo xx calcularan la fuerza que tenía que tener un cohete para llegar hasta la Luna… ¡113 años después de que Verne publicó su novela!
que una caída en la Tierra, porque el peso es seis veces menor en la superficie de la Luna. […] Por último, aun suponiendo que se hayan resuelto todas las dificultades, que se hayan allanado todos los obstáculos, que se hayan reunido a favor vuestro todas las probabilidades, aun admitiendo que lleguéis sano y salvo a la Luna, ¿cómo volveréis?”.
¿Por qué en el texto de Verne se plantea que la caída en la Luna será menos rápida que en la Tierra? ¿Las misiones espaciales que han ido hasta la Luna habrán tenido que vencer alguna fuerza para poder llegar? ¿Cuál o cuáles? ¿Habrá alguna relación entre lo que hace que los objetos caigan hacia abajo y la fuerza para salir de la Tierra? ¿Cuál? ›› Describir y explicar fenómenos físicos utilizando teorías y observaciones personales.
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capítulo
6
¿Qué es una fuerza? “¡Para levantar esta roca hay que hacer mucha fuerza!”; “Los chicos tiraron con fuerza de la cuerda y movieron la carreta”; “¡Empujen con fuerza!”… Estas y otras frases son ejemplos de que la fuerza es un término que está presente en nuestra vida cotidiana. Cada vez que una persona levanta, empuja o tira de un objeto, está realizando una fuerza. Cuando un niño le da forma a un trozo de plastilina, realiza una fuerza. Cuando un jugador de fútbol patea una pelota que está quieta, también realiza una fuerza. Además, si se apoya un paquete sobre una silla, el paquete y la silla ejercen fuerza entre sí. A
B
C
A. Cuando se aprieta un globo, la fuerza ejercida modifica su forma. B. La fuerza con la que una persona le pega a una pelota hace que se mueva más rápido. C. La persona que está sentada sobre el banco hace fuerza debido a su peso, pero no se hunde porque el banco hace una fuerza sobre ella en sentido contrario.
Se podría definir fuerza como aquello que es necesario para modificar la forma, la posición o el movimiento de un cuerpo. Por ejemplo, una silla que está apoyada sobre el suelo está quieta, es decir, está en estado de reposo. Pero si se la empuja, es decir, si se aplica una fuerza sobre ella, comienza a moverse cambiando de posición. Además, su velocidad se modifica en la dirección en la que se la empuja. La silla deja de estar en reposo, por lo cual cambia su movimiento. Si, además, el material con que está fabricado el objeto se deforma con facilidad, se podrá observar cómo cambia su forma a consecuencia de la fuerza que se le aplica. La pelota, además de cambiar su movimiento, cambia su forma a partir de la fuerza que recibe cuando el jugador cabecea.
ciencia en la historia
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Aristóteles y la fuerza Uno de los primeros fenómenos que intrigó a las personas fue el movimiento de los objetos. Así, desde la Antigüedad los filósofos comenzaron a pensar y a elaborar explicaciones al respecto. Pero fue el filósofo griego Aristóteles quien en el siglo iv a. C. propuso por primera vez la existencia de las fuerzas. Si bien él no utilizaba este término, para Aristóteles todos los cuerpos tienen como estado natural estar quietos, es decir en reposo, a menos que algo los impulse a cambiar. Ese “algo”, la fuerza, fue formulado matemáticamente siglos más tarde por Isaac Newton. ›› La ciencia en su contexto histórico y cultural.
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Representación de las fuerzas Si un grupo de chicos tiene que mover una caja que se encuentra en el centro del patio de su colegio hacia el sector donde está el mástil, tendrán que empujarla haciendo fuerza con una dirección definida por la recta que une el mástil con la caja. Si, en cambio, la trasladan hacia las macetas, la dirección de la fuerza será la misma, pero su sentido, el opuesto. Además, si la caja tuviera el doble de tamaño, la fuerza que tendrían que hacer los chicos tendría la misma dirección y sentido, pero el doble de intensidad. Cada vez que se aplica una fuerza, se lo hace con una cierta intensidad, una dirección y un sentido. Estas características son propias de las magnitudes vectoriales. A diferencia de las magnitudes escalares, que son las que se representan solo con un valor numérico (como la temperatura), las magnitudes vectoriales se representan además mediante una flecha o vector que es un segmento orientado. Por lo tanto, una fuerza, como todo vector, tiene cuatro características principales. • Dirección: es la recta que “contiene” el vector, a lo largo de la cual actúa la fuerza. • Sentido: cada dirección tiene dos sentidos posibles, hacia uno u otro lado de la recta. • Módulo o intensidad: está representado por el largo de la flecha. La intensidad es un número siempre positivo. • Punto de aplicación: el punto donde se aplica la fuerza. Al dibujar el vector fuerza, este sale del punto de aplicación. F1 Por otra parte, si se aplican varias fuerzas a la vez sobre un mismo cuerpo, estas producen un efecto conjunto como si actuase una sola fuerza F2 que reemplaza a todas en intensidad, es decir, las fuerzas se pueden sumar.
Las fuerzas se ejercen con una dirección y un sentido.
intensidad
punto de aplicación
dirección sentido
Esquema de un vector.
Cada una de las personas empuja el baúl con diferente fuerza, pero lo hacen hacia el mismo lugar. Por eso los vectores que representan esas fuerzas tienen la misma dirección y el mismo sentido, pero tienen diferente longitud.
CIENCIA en acciÓn
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Vectores y navegación Los vectores son de mucha utilidad en la navegación, tanto aérea como marítima, ya que se los emplea para determinar la ubicación de un objeto en la pantalla de los radares. Así se pueden encontrar embarcaciones hundidas o evitar que dos aviones choquen, entre otras cosas. ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.
Actividades 1 . Den cinco ejemplos, en los que se involucren las fuerzas, diferentes de los que se mencionan en el texto. 2. Mencionen los componentes o características de un vector. 3. Investiguen sobre ejemplos de magnitudes escalares. ¿Qué diferencias existen entre ellas y las magnitudes vectoriales?
98
capítulo
6
Los efectos de una fuerza Cada vez que se aplica una fuerza sobre un cuerpo, ocurren cambios. Uno de estos cambios es el cambio de la velocidad, como vimos que ocurre con un carrito o cuando se patea una pelota. A cualquier cambio en la velocidad (que es una magnitud vectorial) se lo llama aceleración, y puede ser un aumento o una disminución de su intensidad o un cambio en su dirección o sentido. Si la fuerza tiene el mismo sentido que el movimiento, el objeto avanza cada vez más rápido; si la fuerza es opuesta al movimiento, la aceleración es negativa, y la velocidad disminuye hasta que el cuerpo frena. Una fuerza opuesta al movimiento, que disminuye la velocidad de un cuerpo, es la fuerza de fricción o de rozamiento que existe entre el piso y un objeto que es arrastrado sobre este. En el caso de los objetos con ruedas, como un carrito, la fuerza de fricción es la que actúa entre los ejes y las ruedas; por eso, cuando se deja de empujar un carrito, eventualmente se detiene. velocidad
fuerza
rozfuerz am a d ie n e to
velocidad
carrito detenido
rofzuerz am a d ie n e to
Si se empuja hacia adelante un carrito que se encuentra sobre un riel en reposo, se acelera y adquiere cierta velocidad positiva; a medida que actúa el rozamiento, la velocidad disminuye hasta cero. Los elásticos se pueden estirar, pero luego recuperan su forma y tamaño originales. En cambio, el papel se puede deformar, pero no recupera su forma a menos que exista otra fuerza.
Las leyes de Newton Seguramente, les haya ocurrido estar sentados en el colectivo y que este frenara de “golpe”, tal vez hayan sentido que su cuerpo, en esos casos, tiende a seguir avanzando. Esto ocurre porque cada pasajero del colectivo se está moviendo con la misma velocidad que el vehículo, entonces cuando este frena, los cuerpos en el colectivo, que no están unidos a él, se siguen moviendo con la misma velocidad por unos instantes. Cuando el colectivo frena, actúa una fuerza que lo desacelera, pero esta fuerza es aplicada por el piso directamente sobre el colectivo, y no sobre los pasajeros. Los cuerpos tienden naturalmente a conservar la velocidad, a menos que actúe una fuerza sobre ellos; en caso de que la velocidad sea cero, permanecen en reposo. Esta es la primera ley de Newton, o ley de inercia.
99
Newton estableció una relación matemática que permite saber cuánto se acelera un cuerpo al aplicarle una fuerza. Relaciona la fuerza (F) que actúa sobre un objeto, su masa (m) y la aceleración (a) con la que el cuerpo se mueve. Esta relación es la segunda ley de Newton. F = m.a
Newton también observó que cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo ejerce una fuerza de igual magnitud, pero sentido opuesto sobre el primero. Esta se conoce como la tercera ley de Newton, o ley de acción y reacción. Así, cuando interaccionan dos cuerpos, se pueden identificar en ellos pares de fuerzas, llamados pares de interacción.
F2,1
F1,2 La fuerza con la que una persona empuja una pared es aplicada sobre la pared (F1,2), mientras que su par de interacción es la fuerza que la pared hace sobre la persona, y está aplicada sobre el cuerpo de la persona (F2,1).
Fuerza resultante
Fuerzas sobre un mismo cuerpo Los pares de interacción que observó Newton actúan sobre distintos cuerpos. Pero ¿qué ocurre cuando muchas fuerzas están actuando sobre un mismo cuerpo? El efecto de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo depende de la intensidad, del sentido y de la dirección de todas ellas. Si el efecto es un cambio de velocidad, este ocurrirá como si actuara una sola fuerza, que es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan. Si las intensidades de las fuerzas que actúan son similares, pero su sentido es opuesto, se dice que están en equilibrio, y el cuerpo está en reposo.
F1
Si dos chicos empujan una caja con fuerzas del mismo módulo, pero distinta dirección y sentido, la caja se moverá como si fuera empujada por un único chico con una fuerza resultante que es la suma vectorial de las otras dos.
Actividades De la segunda ley de Newton, se deduce que al aplicarle una fuerza a un cuerpo que tiene una masa de 1 kg, su velocidad aumentará 1 m/s cada 1 s, es decir, 1 m/s2. Al hacer el cálculo, las unidades de la fuerza son 1 kg.m/s2, esto equivale a 1 newton (N).
1. Mencionen cinco ejemplos de diferentes situaciones en las que se observa algún efecto posible de la aplicación de una fuerza. 2 . ¿Qué condiciones deben ocurrir para que un cuerpo esté en reposo?
F2
capítulo
6
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Fuerzas de contacto
La fuerza de rozamiento
Todos los cuerpos ejercen fuerzas sobre otros, pero existen dos tipos de fuerzas: fuerzas de contacto y fuerzas a distancia. Cuando dos cuerpos están en contacto, las fuerzas que se ejercen uno a otro se llaman fuerzas de contacto. La fuerza de rozamiento entre dos superficies, la fuerza que hace un ciclista sobre el pedal de la bicicleta o la tensión que hay en una soga de la que cuelga un objeto pertenecen a este grupo de fuerzas.
Como se mencionó anteriormente, la fuerza de rozamiento o fricción se produce cuando dos cuerpos se encuentran en contacto, y uno de ellos tiende a deslizarse sobre la superficie del otro. La intensidad de esta fuerza depende del tipo de los materiales que están en contacto y de la fuerza normal. Por ejemplo, un objeto se deslizará con mayor velocidad sobre una superficie pulida, como un mármol, que sobre asfalto. La existencia de esta fuerza se explica por la existencia de pequeñas fuerzas de interacción que ocurren a nivel microscópico entre las superficies de los materiales en contacto. Cuanto más irregular sea una de ellas, habrá más puntos de interacción que vinculen los cuerpos.
La fuerza normal Cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie, esta ejerce una fuerza sobre él que es de la misma magnitud que el peso del objeto, pero de sentido opuesto. Esta fuerza es de contacto y se llama normal. No se debe confundir la fuerza normal con el par de interacción del peso del cuerpo. Este está en el centro del planeta, ya que el peso es la fuerza con la que la Tierra lo atrae. normal
peso
La fuerza normal es ejercida por la mesa hacia la caja, tiene la misma intensidad del peso, pero no es su par de interacción.
El mármol (arriba) es una superficie más pulida que la madera (abajo) y por eso, el rozamiento entre el bloque y el piso de mármol es menor que en el caso de la madera.
CIENCIA en acciÓn
Las tensiones y el sonido Si se estira una cuerda elástica y después se le aplica una fuerza hacia un costado, la cuerda se estira y se deforma. Cuando se deja de aplicar la fuerza, la cuerda tiende a volver a su posición original, pero continúa moviéndose y, entonces, se “pasa de largo” (por inercia) hacia el otro lado, y se estira nuevamente. El estiramiento produce una fuerza que frena la cuerda y la tironea nuevamente ha-
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cia la posición de equilibrio. Este proceso se repite una y otra vez, y la cuerda vibra. Cuanto más tensa está la cuerda quieta, más rápidas son las vibraciones que se producen en ella. En los instrumentos musicales, se regula la tensión de las cuerdas para controlar las vibraciones que se producen y así se logran diferentes sonidos. ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.
101
Fuerzas a distancia Cuando se acerca un imán a una aguja de acero, esta se acelera hacia el imán. La fuerza de atracción que existe entre la aguja y el imán actúa a través del espacio sin necesidad de que estén en contacto. Este tipo de fuerzas se denomina fuerza a distancia. Cuando se frota un globo sobre un paño de lana y se lo acerca al cabello, este se levanta en dirección al globo. Ha ocurrido una interacción entre el globo y el pelo debido a que se produce la aparición de cargas eléctricas de signo contrario. Esta fuerza electrostática actúa a distancia. También sabemos que cuando se lanza un objeto hacia arriba, por ejemplo una tiza, siempre tiende a caer hacia el suelo. Este fenómeno se debe a la fuerza con la que el planeta Tierra atrae a los cuerpos cercanos a él; la fuerza de gravedad también es una fuerza a distancia. Todos los objetos caen en dirección a la Tierra, pero ¿lo hacen con la misma velocidad? Para encontrar la respuesta a esta y a otras preguntas, el científico Galileo Galilei, en el siglo xvii, realizó un experimento crucial en la Torre de Pisa, Italia.
La fuerza magnética y la fuerza gravitaroria son ejemplos de fuerzas a distancia.
Actividades 1 . Den cuatro ejemplos en los que intervengan fuerzas por contacto diferentes de las que se mencionan en este capítulo. 2. Sobre qué superficie la ficha de tejo se desplazará más rápido, ¿sobre arena o sobre cerámica? ¿Por qué?
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Ex p e r i m e n to s e n pa p e l ¿Dos objetos de distinto tamaño tardarán lo mismo en caer? Hipótesis: si se arrojan dos objetos desde cierta altura, el de mayor masa caerá antes. Predicción: una bola grande llegará antes al suelo que una bola pequeña. Procedimiento: Galileo se subió a la Torre de Pisa, y desde allí tiró, en forma simultánea, pares de objetos de igual forma, pero de distinta masa. Resultados: todos los objetos llegaron al suelo al mismo tiempo. Algunos historiadores discrepan con la veracidad de este experimento, debido a que no se ha tenido en cuenta el rozamiento de los objetos con el aire. Con posterioridad, se realizó esta expe-
riencia en el vacío, es decir, eliminando el aire, y el tiempo de caída fue exactamente el mismo en todos los casos. Conclusión: todos los cuerpos caen con la misma aceleración, independientemente de su masa. Esto fue confirmado más tarde por la segunda ley de Newton (ver página 99), cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es la fuerza de gravedad. Estos dos efectos se compensan, de forma tal que la aceleración es siempre la misma para cualquier cuerpo. ›› Análisis de experimentos históricos.
capítulo
6
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Concepto de campo
La fuerza peso
La fuerza de gravedad de la Tierra no tiene el mismo efecto sobre objetos cerca de la superficie que sobre objetos muy lejanos. Esta diferencia se debe a que existe un campo gravitatorio, que se genera desde la Tierra, que tiene diferente intensidad en distintas zonas del espacio. Todos los objetos tienen un campo gravitatorio cuya intensidad depende de su masa. En cada punto del espacio que rodea a un cuerpo, este ejerce una fuerza. La dirección, el sentido y la intensidad del vector fuerza varían según la influencia del campo en ese punto. En el caso del campo gravitatorio, todos los vectores apuntarán hacia el centro de la Tierra.
La fuerza de gravedad, en la superficie terrestre, acelera a todos los objetos 9,8 m/s2 . Esta es la aceleración de la gravedad. Se denomina peso a la fuerza que experimenta un cuerpo cuando interactúa con el campo gravitatorio de un objeto de mayor masa. Un mismo objeto puede tener diferentes pesos, según el campo gravitatorio en que se encuentre: una pelota que en la Tierra pesa 5 N, en Marte pesa 1,85 N. La masa de Marte es menor que la de nuestro planeta.
m Tierra
Esquema de las líneas del campo gravitatorio de un cuerpo.
Luna
Si la distancia entre dos cuerpos se duplica, la atracción gravitatoria entre ellos se reduce a un cuarto. Es decir, la intensidad del campo gravitatorio es inversamente proporcional a la distancia que separa dos cuerpos, elevada al cuadrado.
CIENCIA en acciÓn
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En la Luna, un cuerpo de determinada masa pesa la sexta parte de lo que pesa en la Tierra.
Tributo al Rey Hace muchos años, algunos pueblos le pagaban un tributo al Rey ofreciéndole su “peso” en ofrendas. Pero ¿realmente pesaban al rey? Lo que se hacía era utilizar una balanza muy grande. Sobre uno de los platillos, se sentaba al Rey y sobre el otro se colocaban los tributos. Es decir, se comparaban las masas del Rey y de las ofrendas. ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.
Actividades 1. Marte tiene una masa tres veces menor que la Tierra; si se tira una pelota en Marte, ¿caerá más rápido o más lento que en la Tierra? ¿Por qué? 2 . Si ambas tienen gravedad, ¿cuál es el motivo por el que una taza cae al piso, pero la Tierra no “cae” hacia la taza?
Los cohetes Desde hace siglos, trasladarse desde la Tierra hacia otros planetas y astros, como la Luna, fue uno de los grandes sueños del hombre; aunque hasta hace no más de un siglo, la mayoría de los científicos lo consideraba imposible. Sin embargo, en la primera mitad del siglo xx, se realizaron importantes avances en el desarrollo de cohetes y, en 1969, se produjo un gran paso para la humanidad: un humano puso, por primera vez, sus pies sobre la Luna. El medio que le permitiría cumplir con ese sueño era la impulsión por medio de cohetes. El cohete es un artefacto volador que se diseña teniendo en cuenta el principio postulado por Isaac Newton en su tercera ley del movimiento: a una fuerza denominada acción se opone otra designada reacción. El cohete, al “quemar” combustible, realiza una importante fuerza hacia atrás (acción), que es contrarrestada por otra de sentido opuesto que lo impulsa (reacción). Los motores de los cohetes poseen en su interior el oxígeno necesario para su funcionamiento. Estos son denominados anaeróbicos, ya que obtienen el mejor resultado en zonas carentes de aire atmosférico, debido a que allí tampoco necesitan vencer la resistencia del aire para su desplazamiento. Esto los hace muy aptos como impulsores de los vehículos espaciales. La estructura de los cohetes, desde aquellos que se utilizan en pirotecnia hasta los que se emplean para acciones militares o en la exploración del espacio, consta básicamente de un cilindro que aloja las sustancias para la combustión, un sistema de encendido que tiene como función producir la combustión en una cámara y un orificio de salida por el que se expulsan los gases que provocarán la fuerza de acción y la de reacción. Los combustibles y comburentes que utilizan son denominados propergoles. Estos pueden ser sólidos o líquidos, y dan origen a dos tipos de cohetes. Por ejemplo, algunos cohetes, como los del proyecto Apollo de la nasa, contienen el comburente y el combustible en estado líquido. Otros, en cambio,
utilizan un combustible y un comburente en estado sólido. Por ser más sencillo su almacenamiento, se los utiliza, por ejemplo, en aplicaciones militares. También existen otro tipo de cohetes que se llaman híbridos, porque usan combustible sólido y comburente líquido. Los misiles son un ejemplo de este tipo de cohetes.
La explosión del combustible realiza una fuerza desde la cola del cohete que da como resultado un par de interacción hacia la punta del cohete, que lo impulsa.
1 . ¿Qué principio físico posibilita la propulsión de los cohetes? 2 . ¿Qué fuerza tiene que contrarrestar un cohete para salir de la Tierra? 3 . En el espacio no hay aire y por lo tanto, no hay rozamiento. ¿Qué ocurre con la velocidad de una nave que apaga el motor de sus cohetes? ›› La ciencia en relación con la tecnología, la sociedad y el ambiente.
103
Ciencia en acción
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6
104
capítulo
El campo eléctrico Cuando un objeto posee carga eléctrica distinta de cero, genera a su alrededor un campo eléctrico. Es decir, se forma una zona del espacio en la cual se pueden atraer o repeler otros objetos cargados. Si los signos de las cargas eléctricas de los objetos que interaccionan son iguales, estos se repelen. En cambio, si poseen cargas opuestas, se atraen. Cuanto mayor es la carga eléctrica de los objetos, mayor es el campo eléctrico que generan y al igual que en los campos gravitatorios, la intensidad del campo disminuye con la distancia.
+
+
–
+
Esquema de las líneas imaginarias de un campo eléctrico entre dos cargas iguales y entre dos cargas opuestas.
El campo magnético
Las líneas de campo de un imán son fáciles de imaginar cuando acercamos limaduras de hierro.
Un imán colocado en una determinada zona del espacio modifica las propiedades de este, y genera a su alrededor un campo, llamado campo magnético. La intensidad de este campo es más fuerte en zonas cercanas al imán, y se hace más débil en zonas cada vez más alejadas. Si bien un campo no es algo que se puede “tocar”, se lo puede observar a partir de sus efectos, por ejemplo, al acercar un imán a un poco de hierro en polvo o a limaduras de hierro. Al colocar las limaduras de hierro alrededor del imán, estas se reordenan. Las limaduras forman líneas curvadas que van de un polo al otro, por convención se dice que se desplazan del polo norte hacia el sur. A las líneas curvadas se las denomina líneas de campo magnético. La intensidad del campo magnético es mayor en las zonas de mayor densidad de líneas de campo.
CIENCIA en la net
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Copien en su explorador de internet el siguiente link: http://goo.gl/LcaZ5j
La Tierra funciona como un imán gigante con su propio campo magnético. Este campo es lo que hace que se mueva la aguja de una brújula y nos podamos orientar.
En este enlace del sitio FisicaLab.net, encontrarán un simulador de campo eléctrico. En el menú superior, hagan clic en “agregar una carga” y en el de la derecha, tilden “líneas de fuerza”. Luego, muevan las cargas y observen lo que ocurre con el campo. Prueben también con la opción “dipolo”. ›› Uso de Tic en la búsqueda y el análisis de información.
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¿La presión es una fuerza? En el capítulo 2, se estudió qué ocurre con los gases al variar la presión, o cómo esta varía si se modifica el volumen o la temperatura de un gas. En el modelo de partículas, la presión se relaciona con los choques de las moléculas de gas contra las paredes de un recipiente. Pero a nivel macroscópico, ¿cómo podemos entender qué es la presión? La presión es la relación entre la acción de una fuerza y el área sobre la cual actúa. Si una fuerza es aplicada sobre una superficie pequeña, la presión es mayor que si es aplicada sobre una superficie más extensa; es decir, a mayor área, menor presión para una misma fuerza.
P=
F
F A
En las centrales meteorológicas, el instrumental de medición incluye barómetros.
F A1
P1
A2 P2
Presión atmosférica Cuando nos sumergimos en una piscina, la masa de agua que nos rodea ejerce una fuerza sobre nuestro cuerpo y podemos percibir la presión en nuestro organismo. En la atmósfera ocurre algo similar. El aire que la constituye ejerce una presión sobre la superficie terrestre. Esta presión se denomina presión atmosférica, y se mide con un instrumento llamado barómetro. El más utilizado consiste en un tubo cerrado en uno de sus extremos que se llena con mercurio, luego se invierte y se apoya en un recipiente que también contiene mercurio. Por su propio peso, la columna de mercurio desciende y deja una cavidad vacía en la parte superior del tubo. Al mismo tiempo, la atmósfera ejerce una fuerza hacia abajo sobre el mercurio del recipiente y este, a su vez, una fuerza hacia arriba sobre el mercurio del tubo. Este desplazamiento en la columna indica la presión atmosférica que, por lo general, se expresa en atmósferas (atm).
Unidades de presión Como se vio en el capítulo 2, la presión se puede expresar en milímetros de mercurio (mm Hg), o Torricelli (torr), en atmósferas y en pascales, 1 atm equivale a 760 mm Hg y a 10.130 Pa. Un pascal equivale, a su vez, a 1 newton/m2, que son las unidades que resultan de aplicar la ecuación.
presión atmosférica
altura de la columna de mercurio
Esquema del funcionamiento de un barómetro.
Actividades 1 . ¿Qué tienen en común un campo magnético y un campo eléctrico? 2. ¿Qué es la presión? ¿Es una magnitud vectorial o escalar? ¿Por qué? 3. Calculen la presión de una fuerza de 10 N aplicada sobre una superficie con un área de 64 m2.
106
Taller de Ciencias
Altura, presión y velocidad de caída en un fluido Dos puntos de una masa líquida situados a la misma altura tienen la misma presión. Además, cuando un recipiente destapado contiene un líquido y en el fondo se deposita un objeto, este recibe la presión proveniente de la columna de líquido que está por encima y además, la presión atmosférica que se transfiere de la columna de aire al líquido. El científico francés Blas Pascal (1623-1662) planteaba que cuando se aplica una presión a una zona de un fluido, esta se transmite íntegramente a todos los puntos de este y a las paredes del recipiente que lo contiene. Un manómetro es un tubo en forma de “U” que contiene un líquido (agua o mercurio). Se usa para medir la presión en un recipiente. Para esto, se conecta uno de los brazos del dispositivo al recipiente. La presión en el recipiente se mide por el desplazamiento de la columna del fluido que asciende por el otro brazo del manómetro. Cuando un manómetro se coloca a la intemperie, la presión atmosférica actúa sobre la superficie libre del líquido, se transmite en todas direcciones y empuja una columna de líquido. Llega un momento en el que ambas presiones se igualan, la interna dentro de la columna con la externa, y entonces el líquido queda en estado de reposo. En este taller se propone utilizar todos estos principios físicos para responder una pregunta: ¿Cuanta más presión tiene un líquido, más rápido fluye?
[Hipótesis del taller] Cuanta más presión soporte una masa líquida, más rápido caerá. Manómetro.
[Predicción] Si se hacen varios agujeros a distintas alturas en un recipiente lleno con agua, el líquido comenzará a salir antes por el agujero que está más abajo. [Materiales] 2 botellas de agua o gaseosa de 2 litros con sus tapas
un elemento para agujerear la botella (puede ser un clavo grueso y un martillo o un destornillador caliente) plastilina agua balde o palangana cronómetro manguera o embudo.
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[Procedimiento por pasos] 1. Tomen una botella de plástico y perforen en ella cinco agujeros a diferen-
tes alturas. Sellen momentáneamente los agujeros con plastilina. 2. Llenen la botella con agua. Pueden ayudarse con una manguera o con un embudo. En esta instancia, el agua no debe salir por los agujeros, asegúrense de que estén bien sellados. Tapen la botella. 3. Sobre la mesa, coloquen un balde o palangana y ubiquen dentro la botella. 4. Retiren la plastilina de los agujeros. ¿Sucede algo? 5. Destapen la botella y de forma simultánea, inicien el cronómetro para medir cuánto tarda en salir agua del primer agujero y cuánto del último. 6. Repitan la experiencia, pero ahora haciendo los cinco agujeros con la misma distancia entre cada uno de ellos.
[Resultados] Se espera que el agua salga más rápido y llegue más lejos cuando sale por el agujero que está cerca de la base de la botella, debido a que la presión en ese punto es mayor que en el que está más cerca del cuello. Además, cuando la botella está tapada, la presión que se ejerce sobre cada agujero es igual a la presión atmosférica externa. Por eso, el agua no sale de la botella. Cuando se la destapa, el aire entra por la parte de arriba y rompe el equilibrio. Es decir, la presión que recibe el agujero aumentó porque se le suma la atmosférica. Como la presión interna en la botella es ahora superior a la externa, el agua deberá salir por los agujeros. ¿Fue esto lo que observaron? Actividades
1. ¿Qué diferencia se observa en los tiempos a los que sale el agua por los agujeros? ¿A qué se debe? 2 . ¿Qué ocurre mientras está tapada la botella? ¿Por qué? 3 . ¿Qué conceptos del funcionamiento de un manómetro se ponen en juego en esta experiencia? 4. ¿Se comprobó la hipótesis de trabajo? ¿Por qué? 5 . Si la botella es mucho más alta que la que utilizaron, ¿saldrá con más fuerza el agua? ¿Por qué? 6. ¿La rapidez con la que sale el líquido dependerá también del tipo de líquido? La respuesta a esta pregunta será su nueva hipótesis de trabajo. Compruébenla utilizando alcohol y aceite en lugar de agua. 7. ¿Por qué creen que los tanques de agua se colocan bastante por encima de los techos de las casas?
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Propuesta de actividades
estudio de caso
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Vuelvan a leer el texto del comienzo del capítulo y respondan a las siguientes preguntas. 1. ¿Por qué tenían miedo de que los expedicionarios no pudiesen volver de la Luna? 2. ¿Por qué utilizaron un cañón para impulsar la nave? ¿Qué fuerza tendrían que vencer antes de iniciar el viaje? 3. Relean las respuestas que elaboraron al contestar las preguntas de la apertura, ¿las cambiarían? ¿Cómo?
4. Respondan a las siguientes preguntas en la carpeta. a. ¿Qué efectos tienen las fuerzas sobre un cuerpo? Den ejemplos. b. ¿Qué tiene que ocurrir para que un cuerpo modifique su velocidad? c. ¿Qué fuerzas están involucradas cuando se arrastra un bloque sobre un piso de cemento? d. ¿Qué es una fuerza a distancia?, ¿en qué se diferencia de las fuerzas de contacto? e. ¿Qué tienen en común el campo gravitatorio, el magnético y el eléctrico? ¿En qué se diferencian? 5 . Observen las siguientes imágenes. a. Clasifiquen las fuerzas que actúan en fuerzas de contacto y a distancia. b. Elijan tres de los casos de las fotografías y hagan un esquema sencillo en el que indiquen las fuerzas que están aplicadas sobre el objeto. Háganlo mediante vectores. c. Existe una fuerza que es muy intensa en todos los casos excepto en uno, ¿cuál es la excepción y por qué?, ¿de qué tipo de fuerza se trata? A
6 . Asocien los conceptos de los recuadros con cada uno de los conceptos que están debajo. A
B
Dos fuerzas con igual dirección e intensidad, pero sentido contrario, que actúan sobre un cuerpo hacen que este esté en…
Aceleración
Cambio en la velocidad de un cuerpo.
Vector
Representación gráfica de las magnitudes en las que además de una intensidad puede indicarse una dirección y un sentido.
Reposo
Fuerza que aparece entre dos superficies en contacto que se desplazan una respecto de la otra.
Inercia
Tendencia que poseen los cuerpos a mantener el estado de movimiento que poseen.
Rozamiento
Tipo de fuerzas características entre los imanes.
A distancia
7. Indiquen si las siguientes afirmaciones son correctas. Justifiquen su elección en cada caso. a. El único efecto que produce una fuerza es el cambio de velocidad de un cuerpo. b. La fuerza es una magnitud vectorial al igual que la presión. c. Cuanto más lejos estén los objetos del campo gravitatorio, mayor es la intensidad que se genera. d. A toda fuerza le corresponde otra de igual intensidad y sentido, pero de dirección opuesta. e. Las fuerzas mencionadas en el punto anterior actúan sobre el mismo cuerpo. f. Las brújulas funcionan gracias al campo gravitatorio de la Tierra.
C
B
8 . Observen las siguientes imágenes y expliquen por qué el segundo objeto es más adecuado para caminar en la nieve que el primero (no tengan en cuenta el abrigo o la elegancia).
D
E
F
109
9 . En el siguiente esquema, se muestran fuerzas de interacción entre distintos cuerpos. a. Indiquen cuáles son pares de interacción. Justifiquen su respuesta. b. Indiquen cuáles son fuerzas de contacto y cuáles son a distancia. c. ¿Qué otros pares de fuerzas de contacto agregarían? velocidad
bloque 1
soga F1
F2
F3
1 0. Resuelvan los siguientes ejercicios. a. Calculen la fuerza necesaria para acelerar 5 m/s2 un cuerpo de 17 kg. b. Dos objetos, uno de 5 kg y otro de 10 kg, son arrojados desde cierta altura en una cámara de vacío (sin aire) en la Tierra. ¿Cuál llega primera al suelo? ¿Y si el experimento se desarrolla en la Luna? c. Calculen la fuerza necesaria para que la presión sobre una superficie sea de 850 Pa. d. Un cuerpo apoyado sobre una superficie ejerce una presión de 1.500 Pa. Si la masa de ese cuerpo es de 15 kg, ¿cuál es el área de la superficie?
bloque 2 mesa F6
F5 centro de la Tierra
F4
1 1 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca de las fuerzas, los campos y la presión? 1 2 . ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué? 1 3 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?
[red conceptual] Cambio de forma
Vectores se representan por
Cambio de posición
provocan
LAS FUERZAS
Isaac Newton
enunció
3 leyes
estudiadas por
1.era ley Cambio de rapidez
2.da ley
3.era ley pueden ser
A distancia como
como
Rozamiento
Fuerza eléctrica
Fuerza magnética actúan a través de
Normal
Campos
también llamada
Ley de
representada por la ecuación
conocida como
Principio de acción y reacción
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