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FÍSICA IV


Autorizó: M. A. José Eduardo Hernández Nava Rector de la Universidad de Colima M.C.P. Carlos Eduardo Monroy Galindo Coordinador General de Docencia

Mtro. Luis Fernando Mancilla Fuentes Director General de Educación Media Superior

Academia de Física Ing. Salvador Aguilar Aguilar Ing. José de Jesús Jiménez Gutiérrez Ing. Luis Antonio Ramírez Rodríguez Ing. Carlos Coutiño Torres Ing. Abel Ignacio Garnica Marmolejo Ing. Saúl Gutiérrez Núñez Ing. Emilio Oliva Gómez Mtro. Rogelio Alejandro Delgado Alfaro Mtro. Fernando Pérez Martínez

INTRODUCCIÓN El laboratorio es un espacio físico muy importante para la construcción del conocimiento del alumno y se debe de aprovechar para que compruebe y viva lo que se dice teóricamente en el aula y de esta forma provocar un mayor agrado e interés en él por las ciencias. En el presente manual se presentan actividades experimentales con una metodología que pretende el generar un conflicto conceptual en el interior del alumno, que en muchas ocasiones es lo que provoca el no comprender los fenómenos físicos.


El docente debe de aprovechar la enorme curiosidad que le genera al alumno el explicar los fenómenos que suceden a su alrededor. Si se aprovecha esta capacidad para hacer preguntas y buscar respuestas en forma ordenada, se estará dando un gran paso para sentar las bases sólidas sobre la formación científica. Se sugiere que, en el desarrollo de las actividades, el docente genere un ambiente agradable y comunicativo, que despierte el interés y la creatividad del alumno, así como su curiosidad. Las actividades pueden ser susceptibles a modificaciones por parte del docente, toda vez que se persiga un mejor entendimiento del fenómeno en cuestión y/o por la falta de algún material. CADA UNA DE LAS PRÁCTICAS ESTÁ DIVIDIDA EN LAS SIGUIENTES SECCIONES: Número de la práctica: Las prácticas mantienen una secuencia lógica acorde con el programa de Física 4 del nivel medio superior. Nombre de la práctica: se refiere al concepto principal que se va a trabajar en la práctica. Guía de investigación previa: lo que debe saber el alumno antes de la práctica, se proponen tres o cuatro preguntas para que el alumno asista a la clase con las mismas ya respondidas, además se le pide que lea la práctica de manera previa y que llegue a la misma con un diagrama de flujo que indique, de manera general, los pasos a seguir para realizarla. Objetivo: se detalla por qué y para que del trabajo que se va a trabajar en la práctica. Competencias a desarrollar: se mencionan las competencias genéricas y atributos, así como las disciplinares extendidas de las ciencias experimentales que el alumno alcanzara al término de la práctica. Material: se relaciona con todos los materiales y sustancias requeridos para el desarrollo de la práctica. Desarrollo experimental: ofrece un desglose y el diagrama de los pasos necesarios para llevar a cabo la práctica. Análisis del desarrollo: cuestionamientos redactados de tal manera que únicamente quien realmente ha realizado la práctica puede contestarlas. Cuestionario: cuestionamientos que permiten explicar o aplica lo aprendido durante la práctica. Conclusiones personales: sección de la práctica destinada para que el alumno exprese con sus propias palabras lo que aprendió con el experimento.


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

Pertenecer a los equipos de trabajo del laboratorio que se formen en la primera sesión de práctica. Usar bata de laboratorio durante el desarrolla de la práctica. No manejar o utilizar equipos, instrumentos o sustancias, sin autorización de los maestros. Seguir fielmente las instrucciones dadas por los maestros. Solicitar en caso de duda, las aclaraciones necesarias, antes de desarrollo de las prácticas. El alumno que por descuido destruya el material de trabajo o equipo, deberá reponerlo. Observar en todo momento, seriedad en el trabajo que realice y en el trato con sus compañeros. Entregar limpio, al término de la práctica, el material que le fue facilitado para el desarrollo de la misma, así como su área de trabajo. Informar inmediatamente a los maestros, cualquier desperfecto que se localice en los equipos e Instalaciones. Los alumnos se abstendrán de ingerir alimentos, bebidas y fumar, durante su permanencia en el laboratorio. Presentarse puntualmente a su práctica programada. No manejar o utilizar las instalaciones, equipo o materiales sin la autorización del técnico o el profesor correspondiente. Dejar su mochila o utensilios en el lugar que se le indique para ello. Atender las instrucciones dadas por su profesor o laboratorista. Está estrictamente prohibida la entrada de alumnos a los almacenes de equipos o reactivos de los laboratorios o talleres, sin autorización del laboratorista o encargado. Mantener un clima de respeto y armonía para garantizar el adecuado desarrollo de las actividades dentro los laboratorios y talleres Abstenerse de tirar al suelo papeles y cualquier otro tipo de desperdicio, los cuales deberán depositarse en los recipientes destinados para tal fin. Abstenerse de mantener material o equipo en tal forma que pueda obstaculizar la libre circulación o ser causa de accidentes. Abstenerse de hacer bromas o juegos, pues eso implica un alto riesgo de accidente. Abstenerse de utilizar dentro de las instalaciones, aparatos de radio, grabadoras y celulares


Contenido CIENCIA E IMAGINACIÓN 6 EL NUCLEO ATOMICO 11 DISPERSIÓN NUCLEAR 15 VIDA MEDIA 21 ACTIVIDAD INTEGRADORA Y EVALUACIÓN DE UNIDAD REACCIÓN EN CADENA ESPECTROS DE ABSORCIÓN Y EMISIÓN 31 EFECTO FOTOELÉCTRICO 36 MICROSCOPIO ELECTRÓNICO 49 ACTIVIDAD INTEGRADORA Y EVALUACIÓN DE UNIDAD ATOMO: DEL CLÁSICO AL CUÁNTICO 55 FENÓMENOS CUÁNTICOS 62 RELATIVIDAD 70 LA BOVEDA CELESTE 77 ACTIVIDAD INTEGRADORA Y EVALUACIÓN DE UNIDAD

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54

81


PRÁCTICA No. 1

CIENCIA E IMAGINACIÓN Guía de investigación previa Muchas investigaciones científicas realizan trabajos y sus resultados son evidentes, principalmente porque trabajan con materiales visibles a simple vista.

¿Cómo crees que se analizan los resultados en materiales cuya

observación es indirecta o abstracta? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Los átomos son visibles a simple vista?, ¿Las investigaciones de los átomos como se realizan? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Ahora existe tecnología para analizar de forma indirecta el resultado de investigaciones. Pero ¿Cómo hicieron antes los investigadores que no podían realizar observaciones precisas? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ OBJETIVO: simular un trabajo de investigación científica. COMPETENCIAS A DESARROLLAR Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.


MATERIAL: Una caja cerrada, con objetos preparados por el profesor CONSIDERACIONES TEORICAS Experimentos como los de Roentgen y Rutherford ilustran cómo las pruebas indirectas pueden ser esenciales para explorar las propiedades de un objeto que no podemos ver o tocar. En esta actividad intentarás identificar objetos en cajas selladas. En muchos aspectos esta actividad se parece al trabajo de los científicos para determinar la naturaleza del átomo, que es como una “caja sellada” fundamentalmente. DESARROLLO EXPERIMENTAL En tu mesa del laboratorio hay dos cajas selladas y marcadas con los números1 y 2. Cada caja contiene 3 objetos distintos, y diferentes de los que están en la otra caja.

1. Con cuidado agita, haz girar y/o manipular una de las cajas. Con base en tus observaciones, intenta determinar el tamaño de cada objeto, su forma general y el material del que está hecho. Anota tus observaciones, designando los tres objetos A, B y C. Repite la operación las veces que sea necesario. 2. Compara tus observaciones e ideas acerca de los tres objetos con las de otros miembros de tu equipo. Escribe a que conclusiones pueden llegar tú y tu equipo. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________


_____________________________________________________________ _____________________________________________________________ Describe los objetos que se encuentran dentro de la caja. _________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________

3. Repite los pasos 1 y 2 con la segunda caja. 4. Realicen una discusión por equipo. Tomen decisiones finales respecto a los objetos de las cajas 1 y 2. Identifica cada uno de ellos por su nombre y realiza un dibujo de la forma de cada uno. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5. Abran la caja y observen cada uno de los objetos. ¿Son iguales a los que dibujaron?

¿En

que

se

equivocaron?

______________________________________________________________ _____________________________________________________________ 6. ¿Cuántas veces crees que es necesario hacer el experimento para tener una mayor

seguridad

de

lo

que

hay

en

la

caja?

_____________________________________________________________


ANALISIS DEL DESARROLLO. 1.- ¿Cuál de tus sentidos empleaste para reunir los datos? _______________________________________________________________ 2.- En la discusión del grupo ¿Cuáles fueron las diferencias? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3.- ¿En qué aspecto se parece esta actividad a los esfuerzos de los científicos por explorar las estructuras atómica y molecular? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Con base en otro experimento, Rutherford propuso un modelo atómico fundamental que resulta útil aún en la actualidad. Al hacerlo desarrolló una forma ingeniosa e indirecta de ver los átomos. Investiga este experimento que desarrollo Rutherford y explícalo con tus palabras en el siguiente espacio. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CUESTIONARIO 1.- Menciona el nombre de algunas teorías acerca de la naturaleza del mundo que estén basadas principalmente en pruebas indirectas. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2.- ¿Cuáles son las pruebas indirectas actuales para observar los átomos? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3. Explica qué importancia tiene el método científico en este tipo de trabajos. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________


4. ¿Qué diferencia hay entre un físico experimental y un físico teórico? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5. ¿Qué importancia tiene el trabajo científico para el desarrollo de la tecnología? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno___________________________________________ Fecha_________________________________ Revisó ________________________________


PRACTICA No. 2 EL NUCLEO ATOMICO GUIA DE INVESTIGACIÓN PREVIA Si jugaras canicas en una habitación a oscuras o con los ojos vendados como sabrías que le has pegado a una canica y cuantas canicas necesitarías, EXPLICA ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________

OBJETIVO: conocer el procedimiento que se empleó para descubrir el núcleo atómico. Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

MATERIAL Canicas Cartulina 50X30 cm Figura (tapa metálica, bloque de madera) Láser Papel Aluminio (20X20cm) CONSIDERACIONES TEORICAS La idea de átomo nuclear se originó en 1911, a consecuencia de los experimentos efectuados por Ernest Rutherford, en los que las partículas alfa


eran dispersadas mediante una delgada hoja metálica. La expresión “átomo nuclear” se refiere al hecho de que un átomo consiste en un pequeño núcleo con carga positiva rodeado a distancia relativamente grandes por varios electrones, cuya carga negativa es igual a la carga nuclear positiva cuando el átomo es eléctricamente neutro. DESARROLLO EXPERIMENTAL. 1. A aproximadamente 1 metro de distancia traza una línea de 50 centímetros, como se ve en la figura 1 y marca cada 10 centímetros. Coloca un cartón sobre una figura geométrica (sin que se den cuenta de su ubicación).

FIGURA 1

2. Uno de tus compañeros lanzara disparos con las canicas por debajo de la cartulina, primero 5 en primera marca, luego otros 5 en la segunda, hasta pasar por todas (tratar de que los disparos sean lo más lineal posible). DISTANCIA

No DE DISPAROS

RESULTADO

0 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm

3. Coloca nuevamente una figura debajo de la cartulina y por medio del procedimiento anterior, no solo averigua dónde está, sino qué forma tiene y aproximadamente qué dimensión.


Reporta tus resultados _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4. Coloca nuevamente una figura cuadrada o triangular (sin que se entere la persona que lanzara las canicas) debajo de la cartulina y por medio de las canicas, averigua donde está y que forma tiene. Reporta tus resultados: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5. Forra una figura con papel aluminio y repite el procedimiento anterior pero ahora utiliza un láser, averigua su figura y tamaño. DIBUJA EL EXPERIMENTO

ANÁLISIS DEL DESARROLLO. Explica el experimento _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CUESTIONARIO. 1) ¿Qué descubrió Rutherford con su experimento? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) ¿Cómo se llamó el experimento que hizo Rutherford? _______________________________________________________________


3) ¿Por qué dedujo Rutherford que existía algo en su experimento? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4)

¿Qué

es

más

grande

el

núcleo

o

un

electrón?

Explica_________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5) ¿Qué carga dedujo Rutherford que tiene el núcleo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

CONCLUSION _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno ___________________________________ Fecha ____________________ Reviso__________________


PRÁCTICA No. 3 DISPERSIÓN NUCLEAR Guía de investigación previa A veces las personas tienen que recurrir a algo más que su sentido de la vista para determinar la forma y tamaño de las cosas, sobre todo si éstas son más pequeñas que la longitud de onda de la luz. ¿Cómo crees que se puede determinar el diámetro de los átomos? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Qué método se sigue para conocer la estructura atómica? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Una forma de lograrlo consiste en disparar partículas contra el objeto que se investiga y estudiar las trayectorias de las partículas desviadas por él. Los físicos hacen esto con aceleradores de partículas. Ernest Rutherford descubrió el diminuto núcleo atómico en su experimento de la hoja de oro. ¿Cómo se puede realizar un modelo similar y que sea comprendido fácilmente? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CONSIDERACIONES TEORICAS Los físicos hacen investigaciones para determinar las características atómicas con aceleradores de partículas. En esta actividad estudiarás un método más sencillo, pero similar al de Ernest Rutherford, ahora con canicas y en el laboratorio. No se permite usar una regla o cinta métrica para medir las canicas directamente. En lugar de eso, harás rodar otras canicas contra las canicas que representan el blanco "nuclear" y a partir del porcentaje de lanzamientos que resulten en colisiones, determinarás el tamaño del blanco. Esto se parece un poco a arrojar bolas de nieve contra el tronco de un árbol con los ojos


vendados. Si sólo unos cuantos de los tiros logran golpearlo, puedes inferir que el tronco es delgado. OBJETIVO. Determinar el diámetro de una canica por medición indirecta. MATERIAL 10 canicas 3 reglas de 1 metro 1 pie de rey COMPETENCIAS A DESARROLLAR Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

DESARROLLO EXPERIMENTAL A: RAZONAMIENTO MATEMATICO Para empezar, razona un poco y encuentra una fórmula para el diámetro de las canicas nucleares (CN). Después, al final del experimento, podrás medir directamente las canicas para comparar tus resultados. Cuando haces rodar una canica hacia la canica nuclear, existe cierta probabilidad de que se produzca un choque entre la canica que rueda (CR) y la canica nuclear (CN). Una expresión de la probabilidad P de que haya un choque es la razón entre la anchura de la trayectoria requerida para que el choque se produzca y la anchura L de la región en la que están distribuidos los blancos (ver la figura 1-1).


La anchura de la trayectoria es igual a dos veces el radio CR más el diámetro de la CN como muestra la figura 1-2. La probabilidad P de que una canica al rodar golpee una canica nuclear solitaria en el área de blancos es Anchura de la trayectoria

2R + 2r

2(R + r)

P = ------------------------------------ = ----------- = -----------Anchura del blanco

L

L

DONDE: R = el radio de la CN

r = el radio de la CR

L = la anchura del área

de blanco R + r = la distancia entre los centros de una CR y una CN que se tocan. .

Fig 1 – 2 Si el número de canicas nucleares se incrementa a N, la probabilidad de colisión aumenta por un factor de N (siempre que N sea lo bastante pequeña como para que la probabilidad de colisiones múltiples también sea pequeña). Por tanto, la probabilidad de que la canica que rueda golpee una de las N canicas nucleares muy dispersas es:


2N(R+r) P = ----------L La probabilidad de acertar también se puede determinar experimentalmente, y es la razón entre el número de choques y el número de intentos. H P = ----T DONDE: H = el número de choques

T = el número de intentos.

Ahora cuentas con dos expresiones para calcular la probabilidad de una colisión. Estas dos expresiones se pueden igualar. Si los radios de la canica que rueda y la canica nuclear son iguales, entonces R + r = d, " donde d es el diámetro de cualquiera de las canicas. Combina las dos últimas ecuaciones correspondientes a P, y escribe una expresión para , d en términos de H, T, y L. HL Diámetro de la canica d = -----2TN Ésta es la fórmula que ahora vas a poner aprueba B: PROCEDIMIENTO 1. Coloca de 6 a 9 canicas en una región de 60 cm de ancho (L = 60 cm), como muestra la figura 1. Haz rodar canicas adicionales al azar, de una en una, hacia la región de los blancos desde el punto de salida. Si una canica al rodar golpea dos canicas nucleares, cuenta sólo un choque. Si una canica rodante se sale del área de 60 cm de ancho, no cuentes ese intento. Es necesario que realices un número significativo de ensayos (más de 200) para que los resultados sean estadísticamente significativos. Anota aquí el número total de colisiones H y el número total de intentos T. H= _______

T= _______

2. Usa la fórmula que se dedujo en el Razonamiento Matemático de esta actividad, para encontrar el diámetro de la canica. Escribe tus operaciones.


Diámetro calculado = _________ 3. Con ayuda de un pié de rey mide el diámetro de una canica. Diámetro medido =____ ANALISIS DEL DESARROLLO. 1.- Compara tus resultados del diámetro determinado indirectamente en el experimento de colisiones y el que mediste directamente. ¿Qué diferencia porcentual

hay

entre

esas

dos

formas

de

medir

el

diámetro?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2.- ¿Qué sucede con la probabilidad si se modificara el tamaño del núcleo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3 ¿Tiene alguna importancia las matemáticas para realizar los cálculos y obtener

correctamente

los

resultados?

Explica

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CUESTIONARIO 1.- ¿Qué quiere decir estadísticamente significativo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2.- ¿Cuáles fueron los resultados de Rutherford en el experimento que se menciona? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________


3. ¿Cuál es el tamaño medio de un átomo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4. ¿Qué utilidad presenta el conocer el tamaño del átomo para la ciencia? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5. Investiga el modelo del átomo que se acepta actualmente y descríbelo a continuación: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno___________________________________________ Fecha _________________________________ Reviso __________________________________


PRÁCTICA No. 4

VIDA MEDIA Guía de investigación previa Muchas cosas crecen según lo que se conoce como tasa de cambio exponencial: la población, los intereses de depósitos de dinero en el banco y el grosor de un papel que se dobla repetidamente sobre sí mismo. Muchas otras cosas decrecen exponencialmente: la cantidad de espacio en un lugar donde la población crece, la cantidad de combustible de un automóvil en movimiento. Los materiales radioactivos también decrecen su radiación en forma exponencial, lo que conlleva a su desintegración. ¿Qué

entiendes

por

vida

media

de

una

población?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Para qué nos sirve conocer la vida media de los materiales radiactivos? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Qué aplicaciones científicas o tecnológicas tiene este principio? podemos

simular

la

vida

media

de

los

átomos

¿Cómo

radiactivos?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ OBJETIVO: Desarrollar una explicación de la vida media y la desintegración radiactiva. COMPETENCIAS Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.


MATERIAL: Caja de zapatos con tapa 200 o más monedas pequeñas Papel milimétrico CONSIDERACIONES TEORICAS Una forma útil de describir la tasa de disminución consiste en hacerlo en términos de vida media: el tiempo que tarda la cantidad en reducirse a la mitad de su valor inicial. En el caso de la disminución exponencial, la vida media es constante. Esto significa que el tiempo que tarda en reducirse una cantidad al 50% es el mismo que el requerido para pasar de 50% a 25%. Los materiales radiactivos se caracterizan por su tasa de desintegración y se clasifican en términos de su vida media. El número de núcleos inestables que decaen o se desintegran en un tiempo puede ser predicho para un isótopo determinado. La vida media es el lapso de tal magnitud que después de un tiempo han perdido la mitad de sus átomos inestables DESARROLLO EXPERIMENTAL 1.- Coloca las monedas en la caja de zapatos y tápala. Agita la caja durante varios segundos. Ábrela y saca todas las monedas que tengan hacía arriba el lado de la cara. Cuéntalas y anota el número en la tabla de datos. No vuelvas a introducir en la caja las monedas que sacaste. 2.- Repite el paso 1 una y otra vez hasta que quede una sola moneda o ninguna. Anota en la tabla de datos el número de monedas que sacaste en cada ocasión. 3.- Suma los números de monedas extraídas para hallar el número total de monedas. Ahora encuentra el número de monedas que permanecen en la caja después de cada intento, restando el número de monedas extraídas después de cada intento del número de monedas que quedaban previamente, y anota esto en la tabla.


4.- Traza una gráfica del número de monedas que quedan en la caja (eje vertical) contra el número de intento correspondiente (eje horizontal). Dibuja la línea que mejor se ajusta a los puntos. TOTAL DE MONEDAS Número Número de Número de monedas monedas intento extraídas quedan

de Número Número que de intento moneda extraída

1

6

2

7

3

8

4

9

5

10

de Número monedas quedan

GRÁFICA

ANALISIS DEL DESARROLLO. 1.- ¿Qué significado tiene la gráfica que obtuviste? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

de que


2.- ¿Aproximadamente qué porcentaje de las monedas que quedaban en la caja fueron extraídas en cada intento? ¿Por qué es ese resultado? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3.-Cada intento significa una vida media para las monedas. ¿Qué significa vida media? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CUESTIONARIO 1.-¿Qué tipo de radiación es la que desprenden los átomos radioactivos? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2.-Un átomo radioactivo es el Uranio 238 ¿Cuál es su vida media en años? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3.- ¿Qué relación tiene el decaimiento con la vida media? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4.- Investiga que efectos positivos y negativos tienen los elementos radiactivos para el hombre. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5.- Investiga cómo se eliminan los desechos radiactivos en México, anótalo a continuación. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________


CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno___________________________________________ Fecha _________________________ Revisรณ _________________________


PRÁCTICA 5

ACTIVIDAD INTEGRADORA Y EVALUACIÓN DE UNIDAD Lista de cotejo para evaluar la correcta realización de las prácticas de laboratorio. Puede usarse para evaluar práctica por práctica o las realizadas en cada unidad. Lista de cotejo para autoevaluación, coevaluación o AutoHeteroevaluación evaluación Competencias genéricas Criterio Si No Cumple con todos los pasos 5.4.- Construye hipótesis y diseña señalados establecidos en el y aplica modelos para probar su apartado de: desarrollo validez. experimental para obtener resultados pertinentes. 6.1 Elige las fuentes de Responde de manera correcta información más relevantes para y con anticipación a la un propósito específico y realización de la práctica, el discrimina entre ellas de acuerdo apartado de: guía de a su relevancia y confiabilidad. investigación previa. Durante la realización de las prácticas participa en la 6.4.Estructura ideas y discusión de las preguntas argumentos de manera clara, previas, el desarrollo coherente y sintética. experimental y comparte sus opiniones con su mesa de trabajo. Total Competencias disciplinares Criterios Si No Redacta conclusiones 1. Valora de forma crítica y personales donde: Valora de responsable los beneficios y forma crítica y responsable los riesgos que trae consigo el beneficios y riesgos que trae desarrollo de la ciencia y la consigo el desarrollo de la aplicación de la tecnología en un ciencia y la aplicación de la contexto histórico-social, para dar tecnología en un contexto solución a problemas. histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas Responde de manera correcta cuestionamientos del preconcebidas acerca de los los Análisis del desarrollo. fenómenos naturales con el conocimiento científico para Responde, de manera correcta explicar y adquirir nuevos mínimo el 80% del cuestionario conocimientos. final. Total

Coeevaluación Si No

Si

No


PRÁCTICA No. 6

REACCIÓN EN CADENA Guía de investigación previa Si estás resfriado, puedes contagiar a dos personas; cada una de ellas, a su vez, puede contagiar a otras dos, y cada una de esas dos puede contagiar a otras dos. Antes de lo que te imaginas, todos los alumnos de la escuela estarán estornudando. Has desatado una reacción en cadena. En forma similar, los electrones del tubo fotomultiplicador de un instrumento electrónico se multiplican en una reacción en cadena, de modo que una señal de entrada pequeña produce una señal de salida descomunal. ¿Cómo crees que se realiza la reacción en cadena en las bombas atómicas?_______________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿En

qué

otra

actividad

se

utiliza

la

reacción

en

cadena?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ OBJETIVO: Simular una sencilla reacción en cadena. COMPETENCIAS Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

MATERIAL 100 fichas de dominó 1 Mesa grande o espacio nivelado en el suelo 1 Cronómetro


CONSIDERACIONES TEORICAS La reacción en cadena atómica ocurre cuando un neutrón hace que se liberen dos o más neutrones en un trozo de uranio, y cada uno de esos neutrones desencadena la liberación de más neutrones (junto con la liberación de energía nuclear). Los resultados de este tipo de reacción en cadena pueden ser devastadores si se utilizan de forma bélica o sin control. Algunas aplicaciones serias han tenido buenos resultados en obtención de energía. En esta actividad explorarás las reacciones en cadena usando fichas de dominó, de tal forma que observes la velocidad y cantidad de movimiento que puede producir una sola en movimiento

DESARROLLO EXPERIMENTAL 1.-

Acomoda una hilera de fichas de dominó, separadas entre sí

aproximadamente la mitad de la longitud de una ficha, formando una línea recta “El efecto dómino” Empuja la primera ficha y mide cuánto tiempo tarda en caer toda la hilera de fichas. Observa también si el número de fichas que caen por segundo aumenta, disminuye o se mantiene invariable a medida que el' pulso recorre la hilera de fichas.

2.- Acomoda las fichas en una disposición de manera que la primera ficha pueda derribar dos y esas dos cuatro y esas cuatro entre seis u ocho y así sucesivamente. Cuando termines de acomodar todas tus fichas, empuja la


primera y mide el tiempo que tardan en caer todas las demás, o casi todas. Asimismo, observa si el número de fichas que son derribadas por unidad de tiempo aumenta, disminuye o permanece más o menos igual. ANALISIS DEL DESARROLLO.

1. ¿Con cuál de los dos métodos cayeron las fichas en menos tiempo, con las fichas alineadas o con las fichas colocadas al azar? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. ¿Cómo cambia el número de fichas derribadas por unidad de tiempo con cada procedimiento? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3: ¿Qué hace que termine la secuencia de fichas derribadas? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. Imagina que las fichas representan a los neutrones liberados por átomos de uranio cuando se fisionan (se separan. Los neutrones del núcleo de cada átomo de uranio que se fisiona golpean contra otros núcleos de uranio haciendo que también se fisionen. En un, trozo de uranio suficientemente


grande esta reacción en cadena continuará creciendo mientras no se controle el proceso. Una explosión atómica se produciría entonces en sólo una fracción de segundo. ¿Cuál es la semejanza entre la reacción de las fichas de dominó en el paso 2 y el proceso de fisión atómica? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. ¿En qué son diferentes la reacción de las fichas en el paso 2 y el proceso de fisión atómica? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3. Realiza la desintegración del uranio por eliminación de una partícula alfa. U 92 4. El Selenio 80 radiactivo se desintegra por emisión beta. ¿Qué elemento se forma? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 5. Una sustancia radiactiva tiene una vida media de 14.8 años. Si se tiene una muestra inicial de 25X10-4 Kg ¿Cuántos gramos quedaran al cabo de 5 vidas medias? ¿Cuánto tiempo transcurrirá para llevarse a cabo 9 vidas medias? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno___________________________________________ Fecha _________________________ Revisó _________________________


Práctica No. 7

ESPECTROS DE ABSORCIÓN Y EMISIÓN GUÍA DE INVESTIGACIÓN PREVIA 1.

¿Cómo crees que los investigadores pueden diferenciar a los elementos

que componen la materia? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2.

Si pones a la flama de un mechero una pequeña cantidad de Na,

observaras el destello de una flama característica. ¿Esto te serviría para establecer que una muestra de cualquier sustancia presenta Sodio? ¿Por qué? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3.

Las estrellas del universo emiten radiación, en base a esta radiación los

científicos determinan su composición. ¿Cómo lo llevan a cabo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ OBJETIVO: Obtener un espectro por medio de la luz emitida por diferentes fuentes de iluminación. COMPETENCIAS Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas.


8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

MATERIAL Caja de cereal Disco compacto CD Navaja o Cúter Cinta adhesiva Hoja blanca y colores CONSIDERACIONES TEORICAS La materia emite luz de longitud de onda específica (colores) cuando se pone al rojo (brillando como consecuencia del calentamiento), o, en el caso de algunas sustancias, cuando la luz blanca las atraviesa. Las diferentes longitudes de onda emitidas se llaman espectro de emisión. Cuando la misma materia está en su estado normal, absorberá luz de exactamente las mismas longitudes de onda. Esta luz se llama espectro de absorción. Es posible identificar un material desconocido mediante un proceso llamado espectroscopia, comparando sus espectros de emisión o absorción con otros de materiales conocidos. Existen distintos tipos de espectroscopia que son particularmente útiles para determinar la composición química de un material. Esto es posible porque los distintos elementos químicos tienen espectros característicos diferentes. Normalmente, todos los electrones están en su estado más bajo posible de energía y el átomo, como un todo, se dice que está en su estado “fundamental” o que no está excitado. Si se suministra energía al átomo, por ejemplo, calentando una sustancia, exponiéndolo a la luz, o bombardeándolo con electrones, los electrones propios del átomo pueden saltar hacia niveles de


energía más elevados. Cuando los electrones se encuentran en niveles más elevados, se dice que el átomo está excitado. El proceso por el que los electrones atómicos se excitan hacia estados de energía elevada, antes de volver a su estado fundamental, explica cómo las sustancias absorben y emiten luz. Este proceso se conoce genéricamente como dispersión de la luz, y explica por qué vemos las cosas y por qué se ven los objetos con colores diferentes. DESARROLLO EXPERIMENTAL La construcción del espectrómetro con una caja de cereal. El CD está colocado a un ángulo de 60° con respecto al fondo de la caja. Podemos dar buen uso a estas redes de difracción hogareñas para construir nuestro propio espectrómetro. Éste consiste en dos elementos importantes: un CD, que separa la luz en sus diferentes colores, y una rendija angosta del lado opuesto de la caja que produce un haz de luz angosto. Se hace la rendija en un costado de la caja usando papel grueso y cinta adhesiva. Se puede hacer un modelo algo más elaborado usando dos hojas de afeitar, ubicándolas con las partes filosas enfrentadas y uniéndolas con cinta adhesiva, como se muestra en la imagen. Si la rendija es demasiado ancha, el espectro se verá borroso; y si es muy angosta, será demasiado tenue. Un ancho de 0,2 mm parece estar bien, pero se puede experimentar. La calidad de los espectros obtenidos depende de la calidad de la rendija, por eso se la debe hacer con cuidado. Del otro lado de la caja, se coloca un CD (el autor utilizó un CD en blanco regrabable) a un ángulo de 60° con respecto al fondo de la caja. Se hace un agujero en la parte de arriba por la que se puede ver el CD. Se debe cubrir todo espacio que haya alrededor del CD con cinta oscura para reducir la dispersión luminosa. Para observar un espectro, dirija la rendija hacia una fuente de luz (cuanto más cerca, mejor), y mire a través del agujero de arriba. Mueva la caja un poco para darse cuenta de lo que está viendo. Puede hacer fotos de los espectros observados usando una cámara digital simple con capacidad “macro” para un enfoque de primer plano, ligada a la caja con cinta o bandas elásticas. Es preferente que la cámara tenga enfoque manual, ya que obtener espectros definidos con enfoque automático puede ser difícil. Realiza las observaciones a distintas fuentes de luz, un foco ahorrador, una lámpara de gas, luz de una pantalla de computadora, vela con sodio (sal), luz solar y para cada observación toma la fotografía del espectro.


Con tus propias palabras describe cada uno de los espectros de tus fotografías _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ En una hoja blanca, dibuja los espectros observados, los cuales deberás anexar a la práctica de laboratorio Luz Solar Foco ahorrador Lámparas de laboratorio Pantalla de computadora Vela con sodio

¿Si se hace incidir otro tipo de luz en el prisma ¿se obtendrán otros colores?, ¿Por qué? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Repite el procedimiento, pero ahora utiliza el láser en lugar del iluminador. ¿Fue correcta tu predicción anterior? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ANÁLISIS DEL DESARROLLO 1. ¿Tiene alguna importancia la separación entre la rejilla, la posición de la superficie reflejante (60°), para observar con perfección el espectro? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. ¿Qué aplicación tiene el principio anterior para la investigación espacial? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. ¿A qué se debe que al pasar el haz de luz a través del prisma se observen los colores? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. ¿Qué es la radiación ultravioleta y que color presenta? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________


3. Explica la relación que existe entre la reflexión y los colores. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4. Investiga cómo se determina cuando un astro se acerca o se aleja de la tierra, anótalo a continuación. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 5. Fundamenta la siguiente frase “El espectro de un elemento cualquiera es su huella digital” _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CONCLUSION _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno _________________________________________ Fecha _______________________ Reviso ______________________


PRÁCTICA No.8

EFECTO FOTOELÉCTRICO Guía de investigación previa Define el efecto fotoeléctrico a partir de dos fuentes bibliográficas diferentes: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Anota dos usos modernos del efecto fotoeléctrico _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ OBJETIVO: Conocer el efecto fotoeléctrico. La historia del efecto fotoeléctrico representa de manera muy viva cómo funciona la investigación científica, la interrelación estrecha que existe entre Teoría y Experimento. Heinrich Hetz diseñó un aparato experimental para producir y detectar ondas electromagnéticas tal como se predecía en la teoría electromagnética de Maxwell (una notable aplicación del método hipotético-deductivo en Ciencia), al detectarlas confirmó de manera inequívoca la teoría de este, y por lo tanto la naturaleza ondulatoria de la luz, pero por otra parte la historia nos enseña como la aparición de un nuevo fenómeno experimental no previsto (cuando esto ocurre se dice que fue descubierto por serendipia), mientras se realizaba el experimento fundamental espolea la búsqueda de una explicación teórica adecuada del mismo, explicación que la propia teoría clásica de Maxwell fue incapaz de ofrecer en el caso del efecto fotoeléctrico, y solo con la explicación cuántica de Einstein, lo que suponía salirse del marco conceptual y teórico continuista, de la física clásica (llamado por el epistemólogo Thomas Samuel Kuhn (1922 - 1996 ) paradigma, en su famoso libro: La Estructura de las Revoluciones Científicas) y adentrarse en un nuevo marco conceptual de discontinuidad mecanico cuántica poniendo de manifiesto la dualidad básica onda-corpúsculo característica esencial de la naturaleza física de la luz y de la materia. (wikillerato (2009) Efecto fotoeléctrico. Disponible en: http://www.wikillerato.org/La_ley_de_Einstein_del_efecto_fotoel%C3%A9ctrico.html)

COMPETENCIAS: Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez.


6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

MATERIAL Manual de prácticas. Lápiz y papel DESARROLLO EXPERIMENTAL Antecedentes. Maxwell, entre 1864 y 1873, resumió en cuatro fórmulas matemáticas toda la electricidad y el magnetismo y señaló que el campo electromagnético era una onda que viajaba a la misma velocidad de la luz (velocidad que dedujo de magnitudes eléctricas y magnéticas: c

1

)

La conclusión de que la luz era un fenómeno electromagnético indujo a los experimentadores a buscar el efecto de la luz sobre los fenómenos eléctricos. En 1887, Hertz, y más tarde Hallwachs, realizaron el siguiente experimento. Colocaron una placa de cinc en un electroscopio al que iluminaba con la luz procedente de la chispa que saltaba en un arco voltaico y observaron lo siguiente: Si el electroscopio y la lámina de cinc estaban cargados negativamente, se descargaban al iluminarlos ( se juntaban las láminas del electroscopio). Si el electroscopio y la lámina de cinc estaban cargados positivamente no se descargaba al iluminarlo.


Si estaba cargado negativamente y se interpone una cristal entre el arco y la lámina de Zn, no se produce descarga aunque aumentara la intensidad de la luz. Explicar estos hechos aplicando la teoría de la mecánica clásica 1sobre las ondas luminosas es imposible. Una posible explicación-resumen en aquel momento (final del siglo XIX) sería: “La luz es capaz de extraer los electrones cuando hay exceso de ellos sobre el metal (cargado negativamente). Si el electroscopio está cargado positivamente puede que la luz extraiga algunos electrones pero no logra arrancarlos y alejarlos de la placa y vuelven a caer en ella, por tanto la carga del electroscopio no varía. El cristal absorbe la luz ultravioleta y al interponerlo entre la luz y la lámina del electroscopio

absorbe la componente más

energética de la radiación y por ello la radiación que queda no puede extraer electrones”. La explicación aportada por la teoría de la mecánica clásica sería: La energía de una onda está repartida sobre el frente de onda y es

proporcional al

cuadrado de la amplitud y de la frecuencia (dE = ½ dm V2 = ½ ·4 r2v·dt· w2A2 =½ ·4 r2v·dt· (2

)2· A2). La Intensidad (E / t·área) también mantiene la misma

proporcionalidad).

1

La mecánica clásica supone que la energía transportada por la luz está repartida sobre la onda y se debería repartir sobre todos los átomos en los que incide el haz. La energía, repartida equitativamente entre los átomos, es incapaz de extraer los electrones salvo que se acumule en ellos y así tendríamos que esperar mucho tiempo para alcanzar la energía de extracción y, entonces, todos saldrían de golpe.


La luz incidente aporta una cantidad de energía sobre la superficie de la placa tanto mayor cuanto más potente sea el foco o mayor el número de focos, pero aunque esta energía aumente mucho, si no es de la calidad adecuada (frecuencia adecuada), no es capaz de arrancar electrones. Además el cristal interpuesto no evita que llegue una gran cantidad de energía, ya que sólo retiene alguna (el cristal no se calienta hasta fundirse). A más tiempo de exposición a la radiación más energía incidente y al final se produciría

la

extracción repentina de todos los electrones. Pero esto no sucede. La T. Clásica no encuentra explicación y lo más que puede decir es que la extracción no depende “sólo” de la intensidad (I) de la luz incidente. Si el campo eléctrico -E- de la onda electro-magnética (E equivale a Amplitud) fuera responsable de la extracción, tendríamos que pensar que al incrementar la intensidad de la radiación la energía cinética de los electrones extraídos también se incrementaría

(I

|E|2). Como no es así, hay que buscar otra

teoría que expliquen el fenómeno. En 1902, Lenard realizó una experiencia similar a la realizada por Thomson y observó que hay un potencial de corte de emisión que es independiente de la intensidad de la luz que incide. Duplicando la intensidad, solo se duplica el número de electrones extraídos, pero no su energía. Einstein explica que la luz privada de las radiaciones de mayor frecuencia, las más energéticas, absorbidas por el cristal interpuesto (ver el primer ejemplo) no es capaz de arrancar los electrones. No es tanto la cantidad de energía que llega a la superficie del metal, como la calidad de esa energía – es necesario que lleguen unos fotones muy energéticosNota curiosa.- Hertz realiza la producción y detección de

las ondas

electromagnética (ondas herzianas) y demuestra que se propagan a la velocidad de la luz, confirmando así que la luz es una onda electromagnética (teoría ondulatoria). Pero al mismo tiempo, con el experimento anterior, pone


la base para demostrar que la luz también está formada por partículas (fotones). En esto se funda la teoría corpuscular. Hechos experimentales Tenemos un esquema como el de la figura 1, en el que la ventana es de cuarzo y se han tomado las siguientes precauciones: el tubo de vacío ha sido cocido previamente para que desprenda la mayor cantidad de gas que luego podría ser ionizado por la luz; el ánodo está recubierto de CuO para que no desprenda electrones al ser iluminado

y

todos procedan de la extracción

efectuada sobre el cátodo, o el ánodo, según la conexión; las superficies del cátodo deben estar limpias, etc. Realizamos primero la conexión de la figura 1, poniendo el potenciómetro2 de manera que la parte negativa (cátodo) sea la iluminada,

con lo cual un

aumento de potencial hará que los electrones arrancados sean encaminados por un campo eléctrico hacia la otra placa (ánodo), llegando más electrones cuanto mayor sea el potencial aplicado. Procedemos a variar el voltaje que nos suministra el potenciómetro y a registrar la intensidad de corriente (i) para una intensidad de radiación luminosa dada (I) y para luz de una determinada frecuencia (luz monocromática, un solo color). Con los datos obtendremos una tabla de valores que representados dan la figura 2.

i

I=cte.

V

Vo Figura 1

2

cte

Figura 2

El potenciómetro es un sencillo montaje consistente en una resistencia variable conectada en serie a una batería, con el podemos obtener valores de voltaje entre cero y el máximo de la batería.


Incluso para V=0 algunos electrones de los arrancados del metal son capaces de atravesar el tubo y detectamos una

intensidad de corriente - i - .

Si

aumentamos el potencial, el número de

electrones que atraviesan el tubo

aumenta y llega un momento en que todos los electrones arrancados del metal son captados en el ánodo y, aunque aumentemos el potencial, la corriente eléctrica –i- no aumenta. Si

invertimos

las

conexiones

del

potenciómetro (figura 3), podemos hacer que el metal del cual la luz Figura 1

arranca electrones sea ahora positivo y

muchos

electrones

arrancados

retornan a él. Los más rápidos llegan al otro lado y el amperímetro indica

Figura 3

conducción. Si aumentamos el potencial con esta conexión invertida, llegará un momento en que todos los electrones arrancados retornan, no cruza ninguno, y por lo tanto i=0. El valor del potencial en ese momento se llama potencial de corte- Vo -. Repetimos la experiencia pero ahora con el mismo tipo de luz pero de doble intensidad, (2·I) (dos focos de luz), lo que supone tener luz de la mismas características pero un mayor número de fotones. Logramos así arrancar más electrones. A mayor intensidad de luz -I-, mayor número de electrones, mayor– i- pero no electrones más rápidos. Cuando invertimos la polaridad obtenemos el mismo potencial de corte –Vo- para todas las intensidades de luz -I-. Para ese potencial de corte la intensidad I3 I2 I1

de corriente es cero (i=0). Figura 4 Realizamos

la experiencia con el

montaje anterior, pero cambiando el tipo de luz (variando su frecuencia)

V 0

Figura 4

V

aunque

manteniendo

siempre

la


misma intensidad. Ej radiamos con luz de I= 500 watios/m 2 y repetimos las medidas variando la longitud de onda. Empezamos con 550 nm, después con la misma I pero 300 nm, y más tarde con la misma I y 200 nm.... 50 nm. El gráfico obtenido es parecido a las anteriores pero ahora el potencial de corte es distinto, mayor (más a la izquierda) cuanto mayor sea la frecuencia de la luz. Figura 5. La explicación de este fenómeno la dio Einstein en 1905 afirmando que la energía no se transmite repartida en toda la onda (como se suponía en la teoría clásica), V1 V3

V2

Figura 5

V

sino

agrupada en

unos paquetes de energía que llamó fotones (partícula sin masa en reposo, pero con una cantidad de movimiento

y energía) que se mueven con la onda. O mejor aún, que al moverse son guiados por una onda. En determinadas experiencias sólo se detecta las características de onda y no sus fotones. Cuando la luz llega a la superficie del metal la energía no se reparte equitativamente entre los átomos que componen las primeras capas en las que el haz puede penetrar, por el contrario sólo algunos átomos son impactados por el fotón que lleva la energía y, si esa energía es suficiente para extraerlos de la atracción de los núcleos, los arranca del metal. Esta explicación coincide con los hechos

experimentales,

puesto que de

repartirse la energía entre los trillones de átomos en los que incide la radiación, tardarían años en acumular la energía necesaria para ser extraídos y todos los electrones superficiales de los átomos de la superficie abandonarían el metal de golpe al cabo de ese tiempo. Por el contrario desde que incide la radiación a la extracción del electrón transcurren sólo algunos nanosegundos. Sólo unos pocos electrones de los millones que componen las capas superficiales son extraídos. La energía emitida es discontinua, en paquetes (lo enunció Plank, que creía que se propagaba repartida en la onda, como afirmaba la teoría


clásica). En la realidad se transmite e impacta de manera también discontinua o discreta, en paquetes (esta es la aportación de Einstein). Definición de términos (Glosario): Fotón.- El fotón es una partícula cuya carga y masa en reposo son nulas y que se mueve continuamente a la velocidad de la luz. Una luz muy intensa es aquella que posee muchos fotones; una luz muy energética es la que posee fotones de gran energía. A cada fotón le corresponde una determinada energía que es función de la frecuencia de la radiación en la que se integra - mayor frecuencia mayor energía-. E= h

Toda radiación se compone de fotones integrados en una onda.

h = constante de Plank 6’64 ·10-34 jul·s Trabajo de extracción.- Energía que debemos aportar a un electrón para arrancarlo de un metal. Según la posición que ocupe el electrón en el átomo necesitará más o menos energía. Velocidad de escape.- Velocidad a la que se mueve el electrón extraído Potencial de corte.- Voltaje necesario para crear un campo electrostático que frene a los electrones extraídos, los cambie de sentido y los devuelva a la superficie del metal. Energía cinética máxima.- La que tienen los electrones extraídos que se mueven más rápidos, que se corresponden con los menos ligados en el metal, o sea los que requieren menor trabajo de extracción. Energía del fotón Cantidad de movimiento del fotón (p). P = h Radiación,

E= h c; C= velocidad de la luz

onda y partícula.- Se las determina por sus parámetros de

longitud de onda, frecuencia, cantidad de movimiento y energía. Resumen: Conclusiones de los hechos experimentales El efecto fotoeléctrico no sólo existe en

los

metales. Se pueden extraer

electrones de los átomos que constituyen las moléculas de un gas, de un líquido o de un sólido.


1.-La intensidad de la corriente fotoeléctrica (i, amperios, reflejo del número de electrones liberados) que origina una radiación de una determinada longitud de onda que incide sobre una superficie metálica aumenta si aumentamos la intensidad de radiación (I, watios/m2). 2.- Cada metal requiere, para que se produzca la extracción, una radiación de una frecuencia mínima (

o

). Otra radiación de menor

frecuencia no será

capaz de arrancarle electrones. Por debajo de la frecuencia mínima “i” será cero (no hay efecto fotoeléctrico). 3.- La emisión es prácticamente instantánea y no depende de la Intensidad -I, watios/m2- de la luz incidente. El tiempo es del orden de 10 –9 s (1 nanosegundo). 4.-

La

energía

cinética

de

los

electrones emitidos depende de la frecuencia de la radiación incidente y de la posición que ocupe ese electrón que va a ser extraído en el metal.

h

h

= ½ m v2 .

(La energía incidente menos el trabajo de extracción es igual a la energía

cinética

del

electrón

extraído). Ecuación de Einstein Figura 6

5.- Existe un potencial de corte (Vo ) o potencial de frenado para el que i=0.

Este potencial de corte es independiente de la intensidad de la radiación (I), pero depende de la frecuencia de esa radiación. El producto del potencial por la carga es trabajo (por la definición de potencial V= W/q). El trabajo de frenado (Voq), debe ser suficiente para frenar a los electrones más rápidos, que son los que estaban menos ligados.

Vo · qe = ½ m v2. Según la teoría de conducción metálica de Sommerfield los electrones de conducción tienen diferentes energías de enlace. Se puede establecer la distribución de electrones por energías aplicando la teoría estadística de FermiDirac.


En el gráfico anterior vemos varios electrones (bolas rojas). El electrón ligado al metal con una energía Em (máxima) es extraído, alcanzando la energía cinética máxima. Otro electrón más ligado, K Na

V0 ·qe

situado en Ei, requerirá más energía de extracción y le quedará menos para su energía cinética. Un electrón

h

muy ligado no podrá ser extraído. Millikan realizó el estudio de la

Figura 7

relación entre el potencial de corte – V0- y la frecuencia de la luz incidente

iluminando diferentes metales. Iluminó sodio y potasio con luces de distinta frecuencia. Obtuvo unos valores para los potenciales de corte que representados frente a la frecuencia, tal como se muestra, dan rectas de pendiente igual para cualquier metal. La pendiente es la constante de Plank –h-. En realidad estamos representando la energía cinética máxima de los electrones frente a varias frecuencias de luz incidente. Voq = ½ m v2. El Potencial multiplicado por la carga del electrón es igual al trabajo. Se denomina energía máxima por fotoelectrón:

Vo· q= h

h

(frecuencia umbral) , es la frecuencia mínima de la luz necesaria para

extraer electrones de un metal dado que lleva asociada una energía

h

La frecuencia de extracción es menor para el potasio que para el sodio. Lo sorprendente La nueva teoría contradice “el sentido común”. Una luz potente (intensa) no logra electrones más energéticos que los que logra una luz débil. Aplicaciones Se construyen células fotoeléctricas basándose en el efecto fotoeléctrico. Estas células se utilizan como interruptores. Colocadas en un circuito conducen cuando se iluminan y lo bloquean cuando no incide en ellas la luz. En combinación con relés forman parte de muchos mecanismos automáticos. En la puerta de un ascensor un rayo incide sobre una célula fotoeléctrica situada al


otro lado. Cuando se interrumpe el rayo la célula no conduce y el relé conectado a ella conmuta de posición volviendo a la antigua conexión. ANÁLISIS DEL DESARROLLO Observa los siguientes videos y posteriormente revisa y analiza los problemas que se presentan a continuación. Vallejo C. (2013) Física. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=8n96AUDg8ow UAN

(2014)

Efecto

fotoeléctrico.

Disponible

en:

https://www.youtube.com/watch?v=gH3QtgqJqjw

PROBLEMAS 1.- Tenemos un cubo de sodio de cara de 1 cm2: masa atómica 22’98; densidad 0’97 g/cm3. Suponiendo que los átomos están repartidos equitativamente por capas, calcula el número de átomos situados en la capa superior. Si en 22’9 gramos tenemos 6’023·1023 átomos, en 0’97 gramos tenemos 0’25·1023átomos. Como 0’97 gramos ocupan 1 cm3, en este volumen tenemos 0’25·10 23 átomos. Repartidos equitativamente dan hileras de 2’9·107 átomos. Casi 30 millones de átomos por fila. En la capa superior de 1 cm2 tendremos 8’4·1016 átomos colocados en filas equiespaciadas. En cada átomo de un metal alcalino hay un electrón muy poco ligado, con lo que obtenemos el mismo número de electrones que de átomos candidatos a tener una energía cinética máxima. Si suponemos que la absorción de la luz se da en las 10 primeras capas, y que cada capa tiene

un espesor de un átomo,

tenemos

84·10

16

electrones

fácilmente extraíbles por su posición y energía. 2.- Suponiendo que iluminamos la superficie de ese sodio con luz violeta de intensidad 10-6watios/m2 y que la energía se reparte equitativamente, calcula la cantidad de energía que le corresponde a cada uno de los electrones menos ligado situados en las 10 primeras capas sobre las que incide la luz. Nota.- Parte de la energía incidente se refleja y tendríamos que saber qué % de ella rebota o hacer esta consideración en el problema. Se supone que se refleja un 0%.


Si se lamina el sodio del problema anterior en una superficie de 1 m2 tendrá 8’4·1016 átomos /cm2 multiplicados por 104 cm2 que tiene la superficie de 1 m2. Obtenemos 8´4·1020 átomos/capa. Y si suponemos que la luz penetra en 10 capas la energía se reparte entre esos 84·1020 átomos. Cada átomo recibe 10-6 watios / 84·1020. Cada átomo recibe menos de 10

-27

watios. Esta es la cantidad que recibe cada electrón suponiendo un reparto equitativo. Si los pasamos a electrón voltios por segundo (e.v./s) tendremos: (Sabiendo que 1’6 .10-19 julios =1e·v.) 10-27 julio/s

= 10-27/ 1’6 .10-19 = 0’6 ·10-8 e.v./ s

Cada electrón de esas 10 primeras capas recibe menos de 10-8 e.v./s y como el trabajo de extracción es del orden de 1 e.v. tendría que estar llegando luz (en el caso de acumularse la energía ) más de 10 8 s . Como cada año tiene 3´15 ·10 7 s se necesitarían más de 3 años. Por el contrario sabemos que la emisión fotoeléctrica es instantánea, lo que lleva a una distribución de la energía arbitraria y a impactos aleatorios de un fotón (que lleva concentrada la energía) con un electrón. 3.-Una radiación de luz ultravioleta de 3.500 A de longitud de onda (1ª=10-10m) incide sobre una superficie de potasio. Si el trabajo de extracción de un electrón del potasio es de 2 e.v. calcula: a) La energía por fotón de la radiación incidente. b) La energía máxima de los electrones extraídos. c) La velocidad máxima de esos electrones. Energía incidente por fotón = h / = 6’6·10-34 julios.s · 3·108m/s·10 10 A /m /3.500 A = 5´7·10-19 julios Si 1’6 .10-19 julios = 1e·v. En e.v. son 3’6 e.v. Aplicando h

h

= ½ m v2

Energía máxima del fotoelectrón = 3’6 –2 = 1’6 e.v. La velocidad máxima la calculamos aplicando ½ m v2 = Ec máxima: ½ ·9’1·10-31· v2= 1’6(1’6·10-19) V max = 7’5 ·105 m/s


CUESTIONARIO 1.- ¿Cuáles son las formulas, constantes y cantidades que suelen usarse durante el trabajo con problemas relacionados con el efecto fotoeléctrico? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno _________________________________________ Fecha _______________________ Reviso ______________________

Desarrollo experimental basado en: IES Monelos (2000) Efecto fotoeléctrico. Disponible doc

en:

https://es.scribd.com/document/325688775/Efto-Fotoelectico-


PRÁCTICA No. 9

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO Guía de investigación previa 1. ¿Qué es un microscopio y para qué te sirve? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ La mecánica cuántica es el estudio del mundo a pequeña escala que incluye la predicción de las propiedades ondulatorias de la materia. Al iniciarse el siglo xx las nuevas tecnologías alcanzaron niveles que permitieron

a

los

científicos

diseñar

experimentos

para

explorar

el

comportamiento de partículas muy pequeñas. En 1897 con el descubrimiento del electrón y la investigación de la radiactividad, más o menos en esos mismos años, los experimentadores comenzaron a explorar la estructura atómica de la materia. En 1900 el físico teórico alemán Max Planck supuso que los cuerpos calientes emiten energía radiante en paquetes discretos, que llamó cuantos. Según Planck, la energía de cada paquete es proporcional a la frecuencia de la radiación. Su hipótesis inició una revolución de ideas que cambiaron por completo nuestra forma de concebir el mundo físico. Si un fotón de luz tiene propiedades de onda y de partícula a la vez, ¿por qué una partícula material (una con masa) no puede tener también propiedades de onda y de partícula a la vez? El físico francés Louis de Broglie planteó esta pregunta cuando era estudiante graduado en 1924. Su respuesta constituyó su tesis doctoral en física y después le valió el Premio Nobel de Física. Según de Broglie, toda partícula de materia tiene una onda que la guía al moverse. Explica la diferencia entre física clásica y física cuántica. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________


OBJETIVO: identificar la ventaja principal de un microscopio electrónico respecto a un microscopio óptico. COMPETENCIAS: Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

MATERIAL Videos Desarrollados por Juan Luis Manríquez Zepeda para el Departamento de Física de la UNAM: Manríquez, Juan L. (2010) Historia del microscopio electrónico. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=WFknSfVRBHE Manríquez, Juan L. (2010) Funcionamiento de los microscopios electrónico. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=fgnkdgHXK_Y Manríquez, Juan L. (2010) Tipo de microscopios electrónicos. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=9-qps2KU7WM)

DESARROLLO EXPERIMENTAL En un microscopio electrónico se aprovecha la naturaleza ondulatoria de los electrones. La longitud de onda de los haces de electrones suele ser miles de veces menor que la de la luz visible, de manera que con el microscopio electrónico se distinguen detalles que no se observan con los microscopios ópticos. Con base en lo anterior, en el siguiente video podrás observar cual fue la historia de los microscopios electrónicos. Manríquez, Juan L. (2010) Historia del microscopio electrónico. Disponible en:

https://www.youtube.com/watch?v=WFknSfVRBHE


Observa el video y contesta lo siguiente: 1. ¿Qué es un microscopio electrónico? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 2. electrónico? ¿Qué diferencia hay entre un microscopio óptico y el microscopio __ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3. ¿Cuál fue la aportación de Louis de De Broglie para la fabricación del microscopio electrónico? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. ¿Quiénes construyeron el primer microscopio electrónico? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. ¿En qué áreas de la ciencia se utilizan los microscopios electrónicos? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ SEGUNDA PARTE

En esta parte entenderán cómo funcionan los microscopios electrónicos, que tipo de electrones se utilizan, como se utilizan los conceptos de la difracción de la luz, termoiónica, para ello observa con detenimiento el siguiente video.

Manríquez, Juan L. (2010) Funcionamiento de los microscopios electrónico. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=fgnkdgHXK_Y

1.

¿Por qué se utilizan los haces de electrones para iluminar las muestras

en lugar de luz? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Cuál es el diámetro medio de un átomo de hidrógeno? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________


2. ¿Cuál era el problema para aumentar la resolución de los microscopios ópticos? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3. ¿Cómo se resolvió este problema? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ TERCERA PARTE

Por último, deberás entender cuáles las principales diferencias y características de los microscopios electrónicos de transmisión y los microscopios electrónicos de barrido, para ello toma nota del siguiente video. Manríquez, electrónicos.

Juan

L.

(2010)

Tipo

de

microscopios

Disponible

en:

https://www.youtube.com/watch?v=9-qps2KU7WM)

1. Escribe las partes fundamentales del microscopio electrónico de transmisión. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. ¿Qué tipo de lentes utiliza el microscopio electrónico de transmisión _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3. ¿Por qué son importantes los patrones de difracción? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4. ¿Por qué se utilizan los electrones secundarios para producir las imágenes? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ANALISIS DEL DESARROLLO Escribe las principales diferencias de los microscopios electrónicos de transmisión y de barrido en el siguiente cuadro


Microscopio electrónico de Microscopio electrónico de transmisión barrido Aumento Características de imagen Formación de imágenes Características de muestra

la las la

CUESTIONARIO 1. Si los electrones sólo se comportaran como partículas, ¿qué patrón crees que se forme en la pantalla después de que los electrones pasen por la doble rendija? ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. Si un electrón y un protón tienen la misma longitud de onda de de Broglie, ¿cuál partícula tiene la mayor rapidez? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3. ¿Por qué es importante para la ciencia, conocer el diámetro medio de un átomo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4. ¿Cuáles fueron las pruebas empíricas de Rosalind Franklin sobre la molécula de ADN? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ CONCLUSIÓN _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Nombre del alumno _________________________________________ Fecha _______________________ Reviso ______________________


PRÁCTICA 10

ACTIVIDAD INTEGRADORA Y EVALUACIÓN DE UNIDAD Lista de cotejo para evaluar la correcta realización de las prácticas de laboratorio. Puede usarse para evaluar práctica por práctica o las realizadas en cada unidad. Lista de cotejo para autoevaluación, coevaluación o AutoHeteroevaluación evaluación Competencias genéricas Criterio Si No Cumple con todos los pasos 5.4.- Construye hipótesis y diseña señalados establecidos en el y aplica modelos para probar su apartado de: desarrollo validez. experimental para obtener resultados pertinentes. 6.1 Elige las fuentes de Responde de manera correcta información más relevantes para y con anticipación a la un propósito específico y realización de la práctica, el discrimina entre ellas de acuerdo apartado de: guía de a su relevancia y confiabilidad. investigación previa. Durante la realización de las prácticas participa en la 6.4.Estructura ideas y discusión de las preguntas argumentos de manera clara, previas, el desarrollo coherente y sintética. experimental y comparte sus opiniones con su mesa de trabajo. Total Competencias disciplinares Criterios Si No Redacta conclusiones 1. Valora de forma crítica y personales donde: Valora de responsable los beneficios y forma crítica y responsable los riesgos que trae consigo el beneficios y riesgos que trae desarrollo de la ciencia y la consigo el desarrollo de la aplicación de la tecnología en un ciencia y la aplicación de la contexto histórico-social, para dar tecnología en un contexto solución a problemas. histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas Responde de manera correcta cuestionamientos del preconcebidas acerca de los los Análisis del desarrollo. fenómenos naturales con el conocimiento científico para Responde, de manera correcta explicar y adquirir nuevos mínimo el 80% del cuestionario conocimientos. final. Total

Coeevaluación Si No

Si

No


PRÁCTICA No.11

ATOMO: DEL CLÁSICO AL CUÁNTICO Guía de investigación previa OBJETIVO Comprender de qué manera, los físicos, descubrieron el núcleo atómico y cómo el modelo de Bohr de las órbitas del electrón explicó los espectros de los átomos de hidrógeno. COMPETENCIAS Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

MATERIAL Videos: Viendo, viendo, aprendo y aprendo (2015) El Átomo documental completo. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=Sy-iM1o0JXE Ciencias educativas (2016) El átomo documental completo. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=kPJ-V5t5d9M Del átomo al quark: Tribuna virtual (s/d) Física Del Átomo al Quark Lección 51a y 51 b El Universo Mecánico. Disponibles en: http://tu.tv/videos/fisica-del-atomo-al-quark-leccion-51a-el http://tu.tv/videos/fisica-del-atomo-al-quark-leccion-51b-el También disponibles en: ¿? (2008) Universo mecánico: del átomo al quark. Disponible en: http://eluniversomecanico-delatomoalquark.blogspot.mx/


Simulador Modelos del átomo de Hidrógeno “hydrogen-atom_es” PhET de la

Universidad

de

Colorado.

Disponible

en:

https://phet.colorado.edu/es/simulation/hydrogen-atom DESARROLLO EXPERIMENTAL INTRODUCCIÓN De acuerdo a las propiedades de la materia, todos estamos formados por átomos, los cuales son tan pequeños y numerosos que los inhalamos miles o millones de millones cada vez que respiramos. Exhalamos algunos de ellos, pero otros se quedan algún tiempo y forman parte de su cuerpo, aunque los pueden exhalar después.

Con cada respiración aspiramos algunos de los átomos de nuestros compañeros y se vuelven parte de ustedes (y, de igual manera, los tuyos se vuelven parte de mí). Hay más átomos en una respiración de aire que la cantidad total de seres humanos desde los comienzos del tiempo, por lo que en cada respiración que inhales, reciclas átomos que alguna vez fueron parte de cada una de las personas que han existido. ¡Oye, en ese sentido, todos somos uno!. CONCEPTOS BÁSICOS El átomo y su historia: Aristóteles, el más famoso de los filósofos griegos de la Antigüedad no creía en la idea de los átomos. En el siglo IV A. C. enseñaba que toda materia estaba formada por distintas combinaciones de cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. Tal idea parecía razonable porque en el mundo que nos rodea sólo se ve la materia en cuatro formas: sólida (tierra), gaseosa (aire), líquida (agua) y del estado de las llamas (fuego). Los griegos consideraban al fuego como el elemento del cambio, ya que se observaba que ocasionaba cambios en las sustancias que ardían. Las ideas de Aristóteles a cerca de la naturaleza de la materia prevalecieron por más de 2000 años. A principios del siglo XIX la idea atómica resurgió con un meteorólogo y profesor, el inglés, John Dalton, quien explicó exitosamente las reacciones


químicas proponiendo que toda la materia está formada por átomos. Sin embargo, ni él ni sus contemporáneos contaban con pruebas convincentes de tal existencia. Años más tarde, Robert Brown, botánico escocés, notó algo muy raro bajo su microscopio, en 1827. Estaba estudiando los granos de polen suspendidos en agua, y vio que estaban en movimiento continuo y saltando de un lado a otro. Primero creyó que parecían ser alguna clase de formas vivientes en movimiento; pero después encontró que las partículas de polvo y hollín suspendidas en agua se mueven de la misma forma. A este brincoteo perpetuo de las partículas se le llamó después movimiento browniano, y se debe a los choques entre las partículas visibles y los átomos invisibles. Los átomos son invisibles por ser tan pequeños. Aunque no los pudo ver, podía ver su efecto sobre las partículas. Es como ver un globo gigante que una multitud de gente mueve en un partido de fútbol. Desde un avión que vuele alto no verías a las personas, ya que son pequeñas en comparación con el globo; pero sí verías moverse el globo. Los granos de polen que observó Brown en movimiento eran impulsados en forma constante por los átomos (en realidad, por las combinaciones de átomos que llamamos moléculas) que formaban el agua que rodeaba los granos. Todo esto lo explicó Albert Einstein en 1905, el mismo año en el que anunció su teoría de la relatividad especial. Hasta la explicación de Einstein, que hizo posible calcular las masas de los átomos, muchos físicos prominentes no creían en la existencia de los átomos. PRIMERA PARTE En esta parte recordarás como se fue conceptualizando el modelo atómico, desde Dalton hasta Schrödinger, observa los siguientes videos: Viendo, viendo, aprendo y aprendo (2015) El Átomo documental completo. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=Sy-iM1o0JXE Ciencias educativas (2016) El átomo documental completo. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=kPJ-V5t5d9M Responde las siguientes preguntas:


1- ¿Cuáles tienen más edad, los átomos del organismo de un adulto mayor o los de un bebé?, ¿por qué? _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ 2- La población mundial se incrementa cada año. ¿Significa eso que la masa de la Tierra crece cada año?, ¿por qué? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3- ¿Realmente hay átomos que alguna vez fueron parte de Albert Einstein dentro del cerebro de toda tu familia?, ¿por qué? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ SEGUNDA PARTE

Consulta, con la guía de tu maestro, información acerca de: El modelo atómico de Bohr, De Broglie y Schrödinger, los cuatro postulados de Bohr y las series de: Lyman, Balmer, Paschen, Bracket y Pfund. Observa y comenta los siguientes videos: Del átomo al quark: Tribuna virtual (s/d) Física Del Átomo al Quark Lección 51a y 51 b El Universo Mecánico. Disponibles en: http://tu.tv/videos/fisica-del-atomo-al-quark-leccion-51a-el http://tu.tv/videos/fisica-del-atomo-al-quark-leccion-51b-el También disponibles en: ¿? (2008) Universo mecánico: del átomo al quark. Disponible en: http://eluniversomecanico-delatomoalquark.blogspot.mx/ Responde las siguientes preguntas: ¿Cuál fue la principal aportación de la mecánica cuántica propuesta por Schrödinger? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________


¿Qué son los números cuánticos? ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Qué se entiende por hache con barra “Ћ”? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Investiga lo que es el principio de incertidumbre o principio de indeterminación de Heisenberg, anótalo a continuación: _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ TERCERA PARTE En esta parte observaras las diferentes representaciones del átomo de Hidrógeno utilizando el simulador “Modelos del átomo de Hidrógeno” de la Universidad de Colorado. En esta simulación puedes visualizar: los modelos atómicos de Bohr, De Broglie y Schrödinger, el comportamiento del átomo de hidrógeno y el diagrama de niveles de energía cuando el átomo de hidrógeno es excitado. 1. Entrar a la página: https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/hydrogenatom para acceder al simulador “Modelos del átomo de Hidrógeno”. 2. Encienda el arma 3. Haga click en el botón de Experimento, observa que sucede con las partículas cuando llegan a una bola de billar. Comenta lo observado: _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. Cambia al modelo budín de ciruelas y observa lo que sucede con las partículas que se están lanzado, comenta lo observado: _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ Comenta lo que sucede con el electrón si fuera un sistema solar: (Se recomienda que actives el botón de mostrar diagramas de niveles de energía del electrón)


_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Este primer modelo fue propuesto por ______________________________ Comenta lo que observas con el electrón cuando utilizas el modelo de Bohr: _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Ahora utiliza el modelo de De Broglie y comenta el movimiento que realiza el electrón: _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Por

último

utiliza

el

modelo

de

Schrödinger

y

comenta

lo

que

observas: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Qué sucede con los niveles de energía en los dos modelos anteriores y como los denominan? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ANÁLISIS DEL DESARROLLO 1. Define átomo _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 2. ¿Cuáles son las partículas subatómicas? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3. Define quark _______________________________________________________________ ______________________________________________________________


CUESTIONARIO 1. ¿De qué manera, los físicos, descubrieron el núcleo atómico? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 2. ¿Cómo, el modelo de Bohr de las órbitas del electrón, explicó los espectros de los átomos de hidrógeno? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Nombre del alumno _________________________________________ Fecha _______________________ Reviso ______________________

Desarrollo experimental basado en: Abdel P. (2016) Hidrogeno. Disponible en https://phet.colorado.edu/services/downloadservlet?filename=%2Factivities%2F4380%2Fphet-contribution-4380-7831.pdf Documental recomendado: Documentales HD (2016) El Universo: Universo microscópico. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=Emzl8XPU2W0


PRÁCTICA 12

FENÓMENOS CUÁNTICOS Guía de investigación previa ¿Qué

entiendes

por

física

cuántica?______________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ¿Qué investigaciones se realizan en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN)? _______________________________________________________________j _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ¿Cuáles

son

las

aplicaciones

de

la

física

cuántica?________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ OBJETIVO Realizar diversos experimentos que demuestren los fenómenos cuánticos mediante el uso de rayos laser y revisión de material audiovisual. COMPETENCIAS Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.

MATERIAL Apuntador laser Marcatextos


Cristalizador Computadora y cañón Video: Sanfigueroa I. (2014) Más allá del Cosmos - Un Salto Cuántico. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=8bzERtfbvvE y en: https://www.youtube.com/watch?v=RLzdACyAcXg DESARROLLO EXPERIMENTAL Antecedentes: No podemos observarlos directamente, pero el comportamiento de átomos, quarks, fotones y todo aquello que compone la realidad a una escala nanométrica o menor confirma que aún no sabemos gran cosa del universo. La teoría cuántica

–que describe estas diminutas partículas– dejó de ser una

rareza antes confinada al laboratorio; ahora invade nuestras vidas y se encuentra en el teléfono inteligente que llevamos en nuestro bolsillo, y hasta en el número de la tarjeta de crédito que usamos para comprar por internet. En 2011, el físico austríaco Anton Zeilinger aplicó un cuestionario con 16 preguntas de opción múltiple a más de 30 especialistas en teoría cuántica, acerca de sus conceptos básicos y su interpretación. Ninguna de las posibles respuestas recibió apoyo unánime, pues muchas de las preguntas provocaron un amplio rango de opiniones. Según el investigador Charles Clark, codirector del Joint Quantum Institute en la Universidad de Maryland, sería “un gran tema ubicar dónde está el problema” que hace que la teoría cuántica sea tan difícil de interpretar. En parte, esto se debe a que es muy abstracta. Cuando pateamos un balón, obtenemos conocimiento empírico de cómo funciona el mundo a una escala humana. Pero no podemos patear un quark o aventar un fotón; sólo podemos describir estas partículas con ayuda de la teoría cuántica. Cuando Max Planck inventó la teoría cuántica en 1900, pensó que solo era un truco matemático. Pero su “truco” explicaba por qué los físicos de la época no podían responder a esta pregunta: “¿Cuál es la naturaleza de la luz emitida por una llama o cualquier otro cuerpo caliente?” Sabían que la luz era una onda electromagnética generada por partícu-las cargadas eléctricamente, como los


electrones, pero el problema era que los cálculos que usaban para aplicar esta teoría contradecían los resultados del laboratorio del espectro de luz generado por objetos calientes. Planck probó varias soluciones para resolver el problema antes de dar con la idea de que la luz es emitida por medio de energías “cuánticas”, múltiplos exactos de cierta cantidad mínima, o “cuanto”. A esto lo llamó “un acto de desesperación”, pero produjo el espectro correcto de luz de un cuerpo caliente y eso le valió el Premio Nobel en 1918. Después, Albert Einstein y Niels Bohr obtuvieron sus propios premios Nobel al extender el trabajo de Planck. Einstein mostró que la luz viene en discretos paquetes de energía, luego llamados fotones, y Bohr planteó que los electrones en un átomo absorben o emiten fotones al tiempo que brincan entre niveles de energía cuántica. Fue asombroso encontrar que el mundo operaba de esta extraña manera. Ahora se sabe que los saltos cuánticos y todo lo demás son reales. Pero, ¿por qué la humanidad no notó los “cuantos” hasta 1900? Porque hablamos de una cantidad de energía muy pequeña. Incluso el febril brillo de una vela representa un torrente de fotones (trillones por segundo). La luz que irradia una fuente es como arena derramándose de un cubo; parece ser una corriente continua, pero en realidad es una multitud de diminutos granos perdidos dentro del flujo mayor. Un anuncio de neón es un tubo de cristal relleno con el gas noble neón o con otro gas que brilla cuando se le aplica un voltaje. La “descarga luminosa”, vista por primera vez a finales del siglo XIX, funciona porque el voltaje eleva a los electrones de los átomos del gas a un nivel más alto de energía; después, los electrones descienden a niveles más bajos y sueltan fotones. Los gases poseen diferentes niveles de energía atómica, y estos niveles definen las longitudes de onda del fotón. El neón produce luz roja, el argón genera luz azul… y así. La descarga luminosa está también en la iluminación fluorescente y en el láser. En un tubo fluorescente, los saltos cuánticos en el vapor de mercurio crean


fotones ultravioleta, que activan un revestimiento dentro del tubo, el cual produce luz blanca. El láser, inventado en 1960, es como un tubo de descarga entre dos espejos. Al tiempo que los fotones de un salto cuántico atómico rebotan de un lado a otro, estimulan más fotones de los átomos que lo atraviesan. Eso produce un rayo mejorado de luz pura en una sola longitud de onda. Un rayo cuya infinita gama de usos hace evidente que la energía cuántica es real. El CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) que en español es llamado Consejo Europeo para la Investigación Nuclear, es uno de los centros más grandes y mejor considerados del mundo para la investigación de la física cuántica. Su objetivo es la física fundamental, la búsqueda del origen y constituyentes últimos de la materia. En el CERN, el mayor acelerador de partículas del mundo y los instrumentos científicos más complejos se utilizan para estudiar los componentes básicos de la materia - las partículas elementales. Escudriñando los productos resultantes de las colisiones de las partículas aceleradas a velocidades próximas a la velocidad de la luz los físicos aprenden sobre las leyes de la Naturaleza. Los instrumentos básicos utilizados en el CERN son los colisionadores de partículas y los detectores. Los colisionadores aceleran haces de partículas a energías próximas a la velocidad de la luz y se hacen colisionar entre sí o con blancos fijos. Los detectores observan y registran los resultados de estas colisiones. El éxito del CERN no es sólo su capacidad para producir resultados científicos de gran interés, sino también el desarrollo de nuevas tecnologías tanto informáticas como industriales. Entre los primeros destaca en 1990 la invención del World Wide Web. Aplicaciones de la Física Cuántica ¿Tiene el mundo cuántico aplicaciones para nuestro ámbito cotidiano? ¿Cómo algo tan diminuto puede sernos de ayuda? Repasemos la tecnología de almacenaje y procesamiento de la informática actual. Nos percataremos de que más o menos cada dos años, la velocidad y la capacidad de almacenamiento de los equipos informáticos se duplican, todo acompañado de una miniaturización de los microprocesadores y soportes de almacenaje. Si esta


progresión continúa en el futuro, la física cuántica tendrá aún más peso en nuestra sociedad. Pero desde luego la informática sólo sería una parte más del potencial de la física cuántica. Actualmente disponemos ya de numerosos aparatos que aprovechan conocimientos cuánticos: las placas solares, que utilizan un fenómeno cuántico denominado efecto fotoeléctrico, los microscopios de tunelamiento que aplican el efecto tunneling para formar imágenes en 3 dimensiones de los átomos (los cuales son fundamentales en el campo de la nanotecnología y la nanociencia), la resonancia magnética que permite aprovechar ciertas propiedades de los átomos de hidrógeno en presencia de campos magnéticos para obtener imágenes del interior humano con fines diagnósticos, la tecnología de superconductores capaces de alcanzar resistencias eléctricas extremadamente bajas (usada en trenes MAGLEV y en general para la producción de campos magnéticos de alta intensidad), etc… ¿Qué nos depara para el futuro? El futuro de la física cuántica estará ligado a la

computación

cuántica

(ordenadores

capaces

de

realizar

cálculos

exponencialmente más rápidos y con dispositivos de alta densidad de almacenaje), la criptografía y el cifrado de códigos secretos, la nanotecnología y la mayoría de ámbitos donde se requiera la manipulación y control de átomos y moléculas para múltiples aplicaciones, la producción de cantidades ingentes de energía a partir de la antimateria y del vacío cuántico, además de todos los avances asociados para la creación de los mismos. Pero ¿qué hay para el ser humano? Desde luego nuestro organismo utiliza mecanismos cuánticos, como la emisión biofotónica coherente y las transmisiones de información neuronales (utiliza parámetros cuánticos). Recientes investigaciones parecen apuntar a una transmisión instantánea de información (acorde al principio de no-localidad) entre las células mediante sus campos biofotónicos. Además el planteamiento de que como observadores podemos colapsar la función de onda y crear nuestra “realidad”, que somos energéticos y saber que no existe una realidad independiente de nosotros „formamos parte misma de la realidad cuántica‟ tiene serias implicaciones para entender el espacio que nos rodea de una forma más interactiva.


Es probable que en un futuro no muy lejano, tengamos un amplio conocimiento del mundo cuántico que no sólo nos facilite nuestra vida más cotidiana sino que nos aporten riqueza a nuestra personalidad. En última instancia los avances tecnológicos no lo son todo pero pueden ser importantes catalizadores (como en caso de Internet), a nadie se le escapa que al ritmo que avanza la ciencia lo que ahora es ciencia ficción se pueda convertir de uso corriente dentro de unos pocos años. Desarrollo experimental Primera parte: 1. El profesor proyectará el documental titulado “Más allá del cosmos – un salto

cuántico”

que

se

encuentra

en

el

siguiente

vinculo:

https://www.youtube.com/watch?v=8bzERtfbvvE

Al terminar de ver el documental, anota en las siguientes líneas lo que a tu criterio te pareció más relevante para la actualidad y el futuro: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ De acuerdo al documental, ¿Qué es la computación cuántica? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________


Segunda parte: Realiza un experimento para visualizar un rayo láser en agua y compararlo con solución de agua y fluoresceína de la siguiente forma: 1.1. Llena

de agua destilada un cristalizador.

1.2. Pasa

un rayo láser a través del agua del cristalizador. Anota observaciones:

1.3. Ahora

llena el cristalizador con solución de agua destilada y fluoresceína. La

fluoresceína la puedes obtener de un marca textos, exprimiendo el contenido de la esponja del mismo. 1.4. Pasa

un rayo láser a través de la solución obtenida en el cristalizador. Anota

observaciones: 1.5. ¿Cuáles

son las diferencias entre pasar rayo láser únicamente en agua

destilada y pasar el mismo en solución de agua destilada con fluoresceína? Valora tu aprendizaje 1.

Explica por qué es tan difícil de explicar la teoría cuántica. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ ____________________________________________________________

2. ¿Quiénes fueron los personajes que iniciaron con la teoría cuántica? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 3. ¿Qué son los fotones? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 4.

Menciona tres aplicaciones de la física cuántica.

_______________________________________________________________ _________________________________________________________ 5.

¿Cuál es el futuro de la física cuántica?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________


_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 6. ¿Cuál es el futuro para el ser humano con la física cuántica? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Cuestionario ¿Cuál es la diferencia entre la física clásica y la cuántica? _______________________________________________________________

CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Documental recomendado: MrQcharm (2012) La Mecánica Cuántica y sus aplicaciones: el ordenador cuántico. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=O9TA2faf6nw Nombre del alumno _________________________________________ Fecha _______________________ Reviso ______________________


PRÁCTICA 13

RELATIVIDAD Guía de investigación previa 1. Dos personas dialogan en una escalera y se preguntan ¿Es bajada o subida?

EXPLICA _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________

2. Cuándo te desplazas de un lugar a otro ¿Cómo sabes que tú te mueves y no los

objetos?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 2. ¿Qué concepto tienes sobre el término Relativo? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ OBJETIVO: analizar el concepto de marco de referencia así como el concepto de relatividad. COMPETENCIAS Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.


MATERIAL 1 Regla acanalada 2 Triangulo de aluminio 2 Canicas 2 Pedazos de tubo de PVC (30 Cm) 1 Cinta adhesiva 1 Carrito metálico con ruedas DESARROLLO EXPERIMENTAL CONSIDERACIONES TEORICAS EL gran físico Albert Einstein (1879–1955) demostró que cualquier cosa en el Universo está sujeta a las mismas leyes físicas, independientemente de cómo se esté moviendo. También demostró que es imposible conocer la velocidad absoluta de los cuerpos. Todo lleva una velocidad relativa a un punto de referencia en particular, pero éste se encuentra en movimiento relativo a otras cosas del Universo. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Arma los componentes como aparece en la figura

2. Haz rodar la canica por el tubo y observa la velocidad que adquiere ¿Qué se observa?________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________


3. Nuevamente coloca la canica en el tubo y suéltala pero esta vez imprime un impulso a la regla al momento de que la canica rueda por el canal.

¿Qué se observa? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. Repite el experimento pero ahora cuando la canica ruede por el canal muévelo en dirección contraria. ¿Qué se observa? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. Arma la regla acanalada como se observa en la figura.Suelta al mismo tiempo las canicas por los tubos y marca el lugar donde chocan.

¿En dónde chocan las canicas y por qué? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________


6. Mueve la regla en la dirección que se observa cuando las canicas rueden por el canal en forma sincronizada

NOTA: Antes de lanzar las canicas predice donde chocaran _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ¿Qué sucede y por qué? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 7. Mueve la regla en dirección contraria y luego en la otra, sincronizando las canicas como en el paso anterior y coloca a varios de tus compañeros como se indica en la figura y anota lo que observa cada uno de ellos. Escribe lo que vieron tus compañeros

POSICION 1 _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________


POSICION 2 _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ POSICION 3 _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ ANÁLISIS DEL DESARROLLO 1. Cuándo dejas correr la canica y empujas la regla acanalada ¿qué se mueve la

canica,

la

regla

o

tú?

Explica

_____________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 2. En el paso No.7 ¿Quién está en lo correcto y por qué? _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3. Si viajas en un automóvil y dejas caer una pelota al exterior ¿Qué trayectoria de caída se observa?, ¿La observación que tienes será igual a la que tenga un observador situado en posición fija en el exterior? Explica _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. ¿Qué es un Marco de Referencia? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________


2. Explica ¿por qué es útil estudiar el movimiento de los cuerpos utilizando marco de referencia absoluto? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 3. Investiga el trabajo de Albert Einstein y menciona porque sus teorías sobre relatividad al inicio fueron poco aceptadas. _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 4. En la actualidad ¿en qué ha contribuido el trabajo de Einstein sobre la relatividad? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 5. ¿Se te dificulta comprender la teoría sobre la relatividad?, ¿A qué crees que se debe? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ CONCLUSIONES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Documental recomendado: Documentalia ciencia (2016). En la mente de Einstein. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=MgQ8B7j1C58


Ejercicio recomendado: CosmoEduca (s/d) Simulando la deformaciรณn del espacio-tiempo

con

una

tela

elรกstica

y

una

masa.

Disponible

http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/experimentos/exper4.htm

Nombre del alumno _________________________________________ Fecha _______________________ Reviso ______________________

en:


PRÁCTICA NO. 14

LA BÓVEDA CELESTE Guía de investigación previa ¿Qué es la bóveda celeste? _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ ¿Qué es una constelación? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ¿Qué es un sistema de Coordenadas? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ¿Qué son los Puntos cardinales? _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ¿Cómo se definen las estaciones del año? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ OBJETIVO Comprender como se describen y estudian los cuerpos celestes que componen nuestro universo y su relación con las creencias humanas. COMPETENCIAS A DESARROLLAR Genéricas 5.4.- Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.4.- Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. Disciplinares de las ciencias experimentales 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos.


MATERIAL Documento Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (2013) Elementos de astronomía observacional: la esfera celeste. Disponible en: http://astro.inaoep.mx/olimpiada_astronomia/pluginfile.php/2/course/section/2/Li broEsferaCeleste.pdf Aplicaciones de realidad aumentada para celular: SkyView en la pc: https://skyview.uptodown.com/android o desde Play store. Mapa estelar en la pc: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.escapistgames.starchart&hl= es o desde Play store. DESARROLLO EXPERIMENTAL Base teórica Descarga el documento: Elementos de astronomía observacional: la esfera celeste y analiza junto con tu profesor el contenido del mismo. Identifica el tipo de problemas de los que se encarga la astrofísica, enuméralos a continuación: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Identifica junto con tu profesor algún problema de interés general mencionado en el documento y ensaya una solución, anota tu trabajo a continuación:


Descarga en tu celular alguna de las siguientes aplicaciones móviles, recuerda que requieres WiFi o datos móviles: SkyView Mapa estelar Identifica con ayuda de las aplicaciones un planeta y una constelación, anota a continuación los datos de localización que la aplicación provee y, con ayuda de tu profesor, explica el significado de los mismos:

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ANÁLISIS DEL DESARROLLO ¿De qué manera los objetos celestes influyen en los seres humanos? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________


CUESTIONARIO ¿Qué es la astrofísica? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ______________________________________________________________ CONCLUSIONES PERSONALES _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _____________________________________________________________ Documentales recomendados: Montoya J. (2013) Cosmos: capítulo 1. En la orilla del océano cósmico. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=RTPOgZPyWAs

Nombre del alumno _________________________________________ Fecha _______________________ Reviso ______________________


PRÁCTICA 15

ACTIVIDAD INTEGRADORA Y EVALUACIÓN DE UNIDAD Lista de cotejo para evaluar la correcta realización de las prácticas de laboratorio. Puede usarse para evaluar práctica por práctica o las realizadas en cada unidad. Lista de cotejo para autoevaluación, coevaluación o AutoHeteroevaluación evaluación Competencias genéricas Criterio Si No Cumple con todos los pasos 5.4.- Construye hipótesis y diseña señalados establecidos en el y aplica modelos para probar su apartado de: desarrollo validez. experimental para obtener resultados pertinentes. 6.1 Elige las fuentes de Responde de manera correcta información más relevantes para y con anticipación a la un propósito específico y realización de la práctica, el discrimina entre ellas de acuerdo apartado de: guía de a su relevancia y confiabilidad. investigación previa. Durante la realización de las prácticas participa en la 6.4.Estructura ideas y discusión de las preguntas argumentos de manera clara, previas, el desarrollo coherente y sintética. experimental y comparte sus opiniones con su mesa de trabajo. Total Competencias disciplinares Criterios Si No Redacta conclusiones 1. Valora de forma crítica y personales donde: Valora de responsable los beneficios y forma crítica y responsable los riesgos que trae consigo el beneficios y riesgos que trae desarrollo de la ciencia y la consigo el desarrollo de la aplicación de la tecnología en un ciencia y la aplicación de la contexto histórico-social, para dar tecnología en un contexto solución a problemas. histórico-social, para dar solución a problemas. 8. Confronta las ideas Responde de manera correcta cuestionamientos del preconcebidas acerca de los los Análisis del desarrollo. fenómenos naturales con el conocimiento científico para Responde, de manera correcta explicar y adquirir nuevos mínimo el 80% del cuestionario conocimientos. final. Total

Coeevaluación Si No

Si

No


ANEXO 1 Actividades integradoras recomendadas: Visita al planetario de Colima: Teléfono:

3141533,

reservar

con:

Laura

Carbajal

http://museoxoloitzcuintle.col.gob.mx/tema.php?it=MTI5MA Planetario: Grupos completos: De martes a viernes de 10 de la mañana a 1 de la tarde y de 4 a 5:30 de la tarde Sábado y domingo de 2 a 8 de la tarde, cada 45 minutos Tienen un observatorio, pero solo atiende a 10 personas por vez, esta de martes a viernes en dos horarios: 9 o 10 de la noche, máximo podría atender a 20 personas, pero con reservación. Debido a que una demostración de los principios de la física relativista son difíciles de llevar a cabo en un laboratorio de educación media superior, se propone para su entendimiento la proyección de dos películas cuyo contenido se basan en los principios que rigen la física moderna y cuya unión podría llevarnos a explicar el funcionamiento del universo con una teoría unificadora, las dos películas propuestas son Interestelar y La teoría del Todo. La primera de ellas trata sobre un viaje interestelar, en donde el alumno será capaz de analizar las posibilidades que existen de un viaje de este tipo basado en la teoría física moderna, la existencia de agujeros de gusano o puentes Einstein-Rossen y los enigmáticos agujeros negros. De igual manera podrá observar los principios descritos por la física relativista. La segunda película trata sobre uno de los grandes genios de la física teórica, Stephen Hawking, quien ha desarrollado estudios sobre los agujeros negros y buscado durante su vida como científico la unificación de la teoría cuántica y relativista para poder describir el comportamiento del universo. En esta película el alumno podrá analizar como el autor propone unificar las contribuciones de grandes físicos como Schrödinger, Dirac, Einstein, entre otros. Otra actividad propuesta para el tema de astrofísica es la observación de la bóveda celeste, esta actividad puede llevarse a cabo con un campamento de observación astronómica, proponiéndose la laguna del naranjal por ser un lugar libre de obstáculos naturales y nos permiten una visión de la bóveda estelar de casi 180°.

F%c3%adsica%20iv  

http://bachillerato4.com/Documentos/Manuales/Febrero2018/6to/F%c3%adsica%20IV.pdf

F%c3%adsica%20iv  

http://bachillerato4.com/Documentos/Manuales/Febrero2018/6to/F%c3%adsica%20IV.pdf

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