S E L A R U T A N S A CIENCI
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Los materiales cerámicos y plásticos
BLOQUE: LOS MATERIALES
Capítulo
Todos los días usamos objetos fabricados con materiales cerámicos y plásticos, por ejemplo, cuando salimos a comer. 1. En la escena, ¿cuáles creen que son los objetos hechos con cerámica?, ¿y los de plástico? 2. ¿Qué pasaría si a los objetos de plástico que identificaron los fabricaran con cerámica? 3. ¿Qué propiedades en común y cuáles diferentes piensan que tienen los materiales cerámicos y los materiales plásticos?
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CONTENIDOS Materiales naturales y manufacturados. Clasificación de los materiales en familias. Familia de materiales cerámicos y plásticos. Diversidad, obtención, transformación, propiedades y usos de materiales cerámicos y plásticos. Vidrios. Reciclaje e identificación de plásticos. Acrílicos. Fibras textiles.
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Los cultivos se protegen con una cobertura de un material plástico.
¿Se imaginan la vida actual sin la variedad de materiales que nos rodean? Los edificios, por ejemplo, no se podrían construir sin metales, cemento, vidrios y plásticos. Tampoco habría frutas y hortalizas fuera de estación si no se protegieran los cultivos con películas plásticas. Ni se fabricarían lentes de contacto si no existieran materiales sintéticos. En los objetos que utilizamos a diario, también podemos identificar diferentes materiales. Por ejemplo, los vasos que usamos para beber pueden ser de vidrio o de plástico. Cada tipo de material tiene sus características y, por lo tanto, presentan ventajas y desventajas para un uso particular. Por ejemplo, el PVC es un plástico muy resistente a la lluvia y a la radiación solar y, por eso, se usa para construir persianas.
El origen y la clasificación de los materiales
Por muchos años, los seres humanos usaron materiales de origen natural, como cueros, madera, algodones, lana y seda. Pero casi todos los materiales que usamos ahora han sido previamente transformados mediante diferentes procesos. Veamos algunos ejemplos de materiales y su clasificación. Materias primas Arcilla, petróleo • Prácticamente no se usan en forma directa.
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Los materiales que usamos
se usan para elaborar
Materiales manufacturados
Materiales artificiales
Materiales naturales
Cerámicas, naftas
Plásticos • Se obtienen por procesos muy complejos.
Madera, arena, carbón, mármol • Se encuentran en la naturaleza. • Se los puede usar tal como se encuentran o con algunas modificaciones.
• Se elaboran a partir de materias primas por diversos procesos.
1. Identifiquen cuáles de estos materiales son naturales y cuáles, manufacturados: carbón, bronce, cemento, porcelana, querosene. 2. ¿Qué propiedades tiene el vidrio que lo hace adecuado para fabricar las hojas de las ventanas?
3. Propongan cinco materiales necesarios para construir una casa y agrúpenlos según su origen. a. Comparen las respuestas entre ustedes. ¿Coinciden? Luego de discutir, si es necesario, modifiquen la lista y los grupos que armaron.
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Otras clasificaciones de los materiales
Clasificar es agrupar según características comunes. Por ejemplo, en la página anterior, clasificamos los materiales según su origen. Pero también podemos agruparlos por sus propiedades. Esta forma de clasificación es muy útil ya que los usos que les damos a los materiales dependen de sus propiedades. De esta manera, los materiales se agrupan en diferentes familias: materiales cerámicos, materiales plásticos y materiales metálicos (que estudiaremos en el capítulo 6).
Las propiedades de los materiales cerámicos © Editorial Puerto de Palos S.A. - Prohibida su fotocopia. Ley 11.723
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A su alrededor encontrarán muchos materiales cerámicos, por ejemplo: la loza y la porcelana, los azulejos y los mosaicos de los pisos y paredes de baños y cocinas, y los ladrillos de casas y edificios. En esta familia también está el vidrio. Veamos las propiedades de los cerámicos. • Frágiles o quebradizos: al golpearlos o al intentar deformarlos, se rompen. • Duros: tienen resistencia al rozamiento y al desgaste. Son difíciles de rayar. • Resistentes a la compresión: soportan grandes pesos sin deformarse. • Aislantes térmicos y eléctricos: dificultan el paso del calor y de la electricidad.
Muchos platos, tazas y fuentes están hechos de loza, un material cerámico.
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GUÍA DE ACTIVIDADES
Antes de leer “Las propiedades de los materiales cerámicos”, realicen esta actividad para explorar las diferentes respuestas de los materiales a las fuerzas aplicadas desde el exterior.
• Resistentes a las altas temperaturas: en general, soportan altas temperaturas y resisten sus cambios bruscos. • Resistentes a la corrosión: el agua y el aire no los alteran. Tampoco los afectan los productos de limpieza, la nafta, el alcohol o el gasoil. • No son combustibles.
La mayoría de los artefactos del baño son de materiales cerámicos.
Las tizas son de material cerámico.
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DESCRIBIR
Lean la información sobre esta habilidad y, luego, realicen las actividades.
Cuando una arcilla se humedece con agua, adquiere una textura suave, y resulta un material blando y fácil de moldear. Así, se moldean objetos, como las macetas.
La elaboración de los materiales cerámicos La principal materia prima para elaborar materiales cerámicos es la arcilla, que se obtiene en las orillas de los ríos. Según el tipo de cerámico que se desea obtener, también se utilizan otros minerales. Por ejemplo, la porcelana es una cerámica blanca formada a partir de los minerales naturales caolín (un tipo de arcilla blanca), cuarzo y feldespato. Veamos cómo se hacen objetos de materiales cerámicos.
Luego del proceso de cocción, el material se vuelve duro (difícil de rayar), rígido (resistente a cambiar de forma) y frágil (se rompe o se quiebra al ser golpeado). El objeto moldeado se introduce en un horno preparado especialmente para cocer cerámicos.
Las características de los vidrios
Los vidrios son duros, frágiles e impermeables (no permiten el paso de líquidos ni gases). También son transparentes, pues se puede ver claramente a través de ellos. Esta propiedad los diferencia del resto de los materiales cerámicos. Los vidrios son útiles para fabricar envases ya que son muy duraderos y no se alteran por el contacto con otros materiales. Por eso, líquidos muy distintos, como el aguarrás, las gaseosas o la leche pueden almacenarse en envases de vidrio. Ni el vidrio del envase ni su contenido se modifican al estar en contacto. Además del vidrio común, existen vidrios termorresistentes o vidrios térmicos que no se rompen por cambios bruscos de temperatura. También, todos los vidrios se pueden reutilizar y reciclar. 1. El vidrio es muy adecuado para fabricar envases, sin embargo, se usan más envases de plástico que de vidrio. ¿Por qué creen que sucede esto?
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GUÍA DE ACTIVIDADES
2. En grupos, debatan cómo podemos colaborar en el proceso de reciclado de los envases de vidrio. Escriban las acciones propuestas en sus carpetas.
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La elaboración de los vidrios
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5 Desde hace mucho tiempo se conocen vidrios naturales de origen volcánico, llamados obsidianas. Estos vidrios se utilizaron para hacer objetos decorativos, utensilios, puntas de flechas y hachas. En la actualidad, para fabricar vidrio en todas sus variedades se mezclan productos naturales. Uno de ellos es la arena, pero también se usa carbonato de sodio y cal. Para elaborar vidrio, las materias primas se mezclan y se calientan en un horno a temperatura muy alta. En la Argentina, para fabricar vidrio se utilizan arenas extraídas principalmente de las costas del río Paraná y de los bancos de arena de la costa bonaerense. Los minerales de calcio, de los cuales se obtiene la cal, se extraen de yacimientos patagónicos. En cambio, el carbonato de sodio se importa. Para abaratar costos, se incorporan vidrios recuperados o molidos que provienen de la misma fábrica (descartes de material roto o fallado), o de la recuperación de envases domiciliarios o industriales. A este material que se recicla, se lo llama casco de vidrio.
Obsidianas tal como se las encuentra en la naturaleza.
Artesanías hechas de obsidianas.
CIENCIA Y ARTE El vitral es un arte muy antiguo que consiste en construir obras de arte con piezas de vidrios planos de distintos colores, unidas por un armazón metálico. Antiguamente, el armazón era de plomo, un metal muy moldeable a temperatura ambiente. Pero, debido a que es tóxico, fue reemplazado en muchos casos por cobre o cinc. Los vitrales son útiles para crear ambientes particulares, por la calidad, la cantidad y el color de la luz que ilumina el lugar donde se encuentran. Se usan en las ventanas de templos e iglesias y, en general, tienen imágenes que sirven para narrar episodios bíblicos. Cuando las imágenes pintadas sobre los vidrios son atravesadas por la luz, se genera un ambiente especial. La catedral de la ciudad de La Plata (capital de la provincia de Buenos Aires) tiene un vitral que mide 180 metros cuadrados, que se inauguró en diciembre de 1998. Su construcción duró 10 meses, http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Interior_de_la_Catedral_de_La_ y se utilizaron 25.000 vidrios importados, esmaltados Plata_X_-_Vitral_II.JPG?uselang=es y horneados uno a uno. Luego, fueron ensamblados mediante varillas metálicas. Si quieren seguir investigando Vitral de la Catedral de La Plata. sobre este tema, busquen información sobre cómo es el Este archivo se encuentra bajo la licencia Creative Commons Atribución 3.0, no adaptada. Autor: Sergio Panei Pitrau. proceso de construcción de vitrales.
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La fibra de vidrio
El vidrio se calienta, se vuelve líquido y se lo hace pasar por pequeños agujeros, para obtener los hilos de vidrio.
Una vez fríos, los hilos de vidrio, también conocidos como lana de vidrio, resultan sólidos pero flexibles.
Los hilos de vidrio se pueden entretejer para formar una malla o tela.
Por las características propias del material, la fibra de vidrio se utiliza para diversos usos industriales y artísticos. Por ejemplo: adornos, esculturas, cascos, veleros, lanchas, paneles aislantes para la construcción de paredes, etcétera. También se usa para fabricar fibra óptica, un material que transporta señales luminosas. La fibra de vidrio es un excelente aislante térmico, resiste a la acción de muchas sustancias (incluidos los ácidos), tiene gran maleabilidad (es fácil de moldear) y es muy resistente a la tracción (es difícil de estirar). 1. Elaboren una frase utilizando las siguientes palabras: materiales, cerámicos, objetos, madera. 2. Respondan a las siguientes preguntas. a. Si un vaso de vidrio y un mate de madera se cayeran al piso, ¿creen que se romperían? ¿Qué material es más frágil, el vidrio o la madera? b. ¿Podemos rayar la madera con un trocito de vidrio?, ¿por qué? ¿Y un vidrio con una punta
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El término fibra de vidrio se refiere a una especie de “tela o malla” realizada a partir de diminutos hilos de vidrio entrelazados. Su origen proviene del idioma inglés, fiber glass. Veamos cómo es el proceso de elaboración de este material.
de madera?, ¿por qué? ¿Qué material es más blando, el vidrio o la madera? c. ¿Por qué algunas fuentes que se usan para cocinar comida en el horno tienen las asas de cerámica? d. ¿Por qué los materiales cerámicos son muy adecuados para hacer pisos, y revestir paredes de baños y cocinas?
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Los materiales cerámicos y plásticos . Capítulo
Las propiedades de los materiales plásticos
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5 Los materiales plásticos comenzaron a fabricarse a comienzos del siglo XX. La materia prima se obtiene del petróleo. Son materiales sintéticos, ya que se elaboran a través de complejas transformaciones de las materias primas. Existe gran variedad de tipos de plásticos. Los termoplásticos son los que, cuando se calientan, se ablandan y se pueden volver a moldear. Por ejemplo, el polietileno que se usa para fabricar las bolsas de supermercado. Los termorrígidos o termoestables, en cambio, no se ablandan al ser calentados. Por ejemplo, la baquelita, que fue el primer plástico sintético que se fabricó. En general, los materiales plásticos tienen las siguientes propiedades: Los materiales plásticos son útiles para fabricar objetos muy diversos.
• Son combustibles. • Tienen alta resistencia a la corrosión, es decir, el aire y la humedad no los perjudica. • Algunos son más duros que otros. • No son atraídos por un imán. • Algunos plásticos son transparentes (se usan para las lentes de contacto); otros, translúcidos (se utilizan para hacer algunas pantallas de veladores); y otros, opacos (se usan para envasar productos que deben permanecer en la oscuridad). • Son impermeables al agua. • La mayoría son aislantes térmicos y eléctricos.
En la actualidad, ya es posible producir plásticos que son conductores de la electricidad. En el año 2000, se obtuvo el primer plástico conductor de la electricidad: el poliacetileno.
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Los materiales plásticos con los que se hacen los objetos se venden en trocitos llamados pellets.
GUÍA DE ACTIVIDADES
Luego de leer “Las propiedades de los materiales plásticos”, realicen esta actividad para explorar las propiedades de algunos plásticos.
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PET
Polietilentereftalato
PP
Polipropileno
Los distintos tipos de plástico se identifican mediante códigos. Esto se debe a que los procesos de reciclado son diferentes para cada tipo de plástico y, por ello, es necesario clasificarlos. Por ejemplo, los envases de plástico de las bebidas gaseosas, de los aceites, de las cremas para la cara, PEAD de las galletitas, entre otros, tienen Polietileno de alta densidad impreso un triángulo con flechas: esto significa que son reciclables. Dentro de este triángulo, hay un número y, fuera de él, unas PVC letras. Los números van del Policloruro de vinilo 1 al 7. Es importante reciclar los PEBD plásticos ya que estos materiaPolietileno de baja les no son biodegradables, es densidad decir, no pueden ser transformados en materiales más sencillos por organismos como bacterias, hongos, gusanos o insectos. OTROS Además, si los plásticos se tiran en cualquier lugar, pueden provocar muchos problemas porque permanecen inalPS terados durante mucho tiempo. Poliestireno
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Los plásticos reciclables
CIENCIA Y TECNOLOGÍA Los CD están hechos con un tipo de plástico llamado policarbonato. Durante la fabricación, el plástico se imprime con protuberancias muy pequeñas, ordenadas en una línea larga y en forma de espiral, que contiene los datos. Esta espiral comienza en el centro del disco y va hacia el borde externo. Luego, sobre toda la superficie, se aplica una capa muy fina de aluminio y se rocía una delgadísima capa de acrílico, para proteger el metal. Por último, se imprime la etiqueta sobre el acrílico. Averigüen qué diferencia hay entre los CD y los discos de vinilo que se usaban a mediados del siglo XX, y qué ventajas tiene usar CD en vez de estos discos. acrílico aluminio
etiqueta
1,2 mm policarbonato
Colocación de capa de acrílico en un CD.
Corte transversal de un CD (el esquema no está a escala).
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Los acrílicos Los acrílicos son materiales plásticos muy resistentes a los daños atmosféricos. Un objeto de acrílico puede permanecer largo tiempo al aire libre sin deteriorarse. Por eso, este material se usa mucho en la construcción de edificios y de carteles publicitarios para la vía pública. Los acrílicos son flexibles, más resistentes a los golpes que los vidrios y, si se rompen, no se astillan. Por esta razón, también se utilizan en la fabricación de los parabrisas de motos y lanchas de motor. Además, un objeto de acrílico pesa la mitad que uno de vidrio.
El acrílico en el arte
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Los acrílicos también sirven para elaborar la llamada pintura acrílica. A comienzos del siglo pasado, un grupo de pintores mexicanos quería pintar grandes murales para edificios públicos, algunos de ellos expuestos al aire libre. Necesitaban una pintura que se secara rápido y permaneciera estable ante los cambios climáticos. Así comenzó la investigación en busca de materiales coloreados de aplicación artística, y surgió la pintura acrílica. Esta tiene pigmende los murales de los artistas tos, que son los que le dan Muchos mexicanos aún se conservan en la el color, y un medio que los actualidad. une: el plástico acrílico, que le da consistencia a la pintura. Esta pintura se puede disolver con agua, es posible aplicarla prácticamente sobre cualquier superficie, se seca en pocos minutos al evaporarse el agua y es muy resistente al paso del tiempo.
CIENCIA ARGENTINA En 2010, en el marco del Programa de Apoyo al Desarrollo Científico Tecnológico que desarrollan la empresa DuPont Argentina y el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet), se asignó un premio al grupo del Dr. Pablo Levy. Este grupo logró la producción de nuevos materiales que resisten condiciones muy rigurosas. El dinero del premio, según el científico, servirá para armar un prototipo que puede tener uso espacial.
1. ¿Por qué los acrílicos son materiales que se usan para fabricar pantallas de luz? 2. Busquen en sus casas dos objetos o partes de objetos que estén hechos con acrílico. ¿Se podrían haber hecho con otro material?, ¿cuál?, ¿por qué?
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Los autos y los materiales
Los poliésteres reducen la cantidad de espuma de los asientos, esto hace que el peso disminuya.
Los policarbonatos se utilizan para los techos, y las ventanas laterales y traseras. Así, estas partes son muy livianas, y resistentes a los choques y al rayado.
Los asientos y los apoya manos y cabezas están fabricados de poliuretano. Este material es flexible, moldeable y atenúa las vibraciones.
100% ALGODÓN
Las chapas de plástico reforzado con fibras de carbono de las carrocerías son menos pesadas que las metálicas. Además, son más baratas y fáciles de fabricar.
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La industria química hizo posible la fabricación de autos cada vez más livianos. Esto influyó en el consumo de combustible ya que, al ser más livianos, estos vehículos necesitan menos energía para moverse. Además estos autos son más económicos porque queman menos combustible. Veamos cuáles son los materiales con los que se construyen los autos.
El tablero, la guantera y los paneles laterales de las puertas están fabricados con un plástico llamado ABS, que es muy resistente al rayado y soporta temperaturas muy altas.
Las fibras textiles
La ropa tiene una etiqueta donde se indica el material con que se hace la prenda.
Si observamos con una lupa el tejido de un pantalón o de una remera, veremos que están hechos con un entramado de hilos más o menos gruesos. Si tomamos uno de esos hilos, notaremos que, en realidad, están formados por un conjunto de otros hilos mucho más finitos que se hallan entrelazados, como en una trenza. Cada uno de estos hilitos más o menos cortos, que componen la hebra (el conjunto), es una fibra.
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Los materiales cerámicos y plásticos . Capítulo
Las fibras pueden ser de materiales naturales, como el algodón, la lana o la seda, o pueden ser sintéticas o artificiales, como el nailon y el poliéster. Veamos las principales características de algunas de las fibras que más usamos. Nombre del material que compone la fibra
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Origen
Capacidad de absorción del agua
Ventajas
Desventajas
Algodón
Natural, vegetal
Alta
Confortable, absorbe la transpiración.
Tarda en secarse, es poco resistente al roce.
Lana
Natural, animal
Alta
Confortable, absorbe la transpiración, muy buen aislante térmico cuando está tejida.
Tarda en secarse, es poco resistente al roce.
Seda
Natural, animal
Alta
Aspecto muy atractivo y muy suave al tacto.
Se arruga con facilidad, es cara.
Poliéster
Artificial o sintético
Baja
Casi no se arruga, es económico, más barato que el algodón o la seda, se seca muy rápido.
No absorbe la transpiración, no es confortable en verano.
Nailon (poliamida)
Artificial o sintético
Baja
No se arruga, se seca con rapidez, es muy resistente al roce.
No es confortable en verano porque no absorbe la transpiración.
CIENCIA A UN CLIC Ingresen a la siguiente página de Internet: http://goo.gl/IZ2r4* Aquí encontrarán un video que muestra cómo se fabrican los azulejos de cerámica. Cuando lo miren, presten atención para poder responder, después, a las siguientes preguntas. Pueden volver a verlo, deteniéndolo y avanzándolo según lo necesiten. Los materiales cerámicos, ¿son materiales modernos o ya se conocían hace mucho tiempo? ¿Qué características tienen? ¿Qué materiales se necesitan para fabricar azulejos de cerámica? ¿Cuáles son los que le aportan resistencia? ¿Qué función cumplen las bolas de aluminio durante la fabricación de los azulejos? ¿Por qué una de las caras tiene una superficie irregular? ¿Cómo se realiza el barnizado de la cara lisa de los azulejos? ¿Qué funciones cumple este barniz? Anoten todas las respuestas en sus carpetas. *Link acortado de la página: http://www.youtube.com/watch?v=MLAhujOMBjA&feature=related
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El Pensador científico
Lata de jugo.
Botella de vidrio de jugo.
Botella de plástico de jugo.
a. Consigan un envase de cada clase y busquen información sobre el precio, el peso, la resistencia del material, y si son reciclables. b. A partir de la información obtenida, completen la siguiente tabla sobre las ventajas y desventajas de cada tipo de envase (de tamaño y capacidad similar). Tipos de envase
Lata de aluminio
Botella de vidrio
Botella de plástico
Ventajas
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1. Lean el siguiente texto y, luego, resuelvan. Rocío va a comprar las bebidas de su grupo para llevar a la excursión que harán mañana. Pero, al llegar al mercado, encontró que los jugos se venden en diferentes tipos de envases. Rocío no sabe cuál elegir, porque necesita que ocupen poco espacio en la mochila, que sean económicos, y que los envases no se rompan, pero que, además, sean livianos y reciclables para no contaminar el ambiente.
Desventajas
c. Teniendo en cuenta las necesidades de Rocío, ¿cuál creen que es el tipo de envase más conveniente para que lleve varios jugos a la excursión?, ¿por qué? …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… 70 Libro 1.indb 70
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Capítulo
El Integrador
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1. Lean las siguientes preguntas y respondan 6. Relacionen con flechas los materiales con en sus carpetas. sus características y luego respondan. a. ¿Con qué secarían un poco de agua que Se usa para hacer cuchillos. se derramó en la mesa: con un trapo de Madera Es un aislante térmico. tela de algodón o con una bolsa de super- Vidrio Sirve para hacer hilos. mercado?, ¿por qué? Pizarrón Tiene plasticidad. b. ¿Podrían usar una punta de madera para Acero Es frágil. escribir sobre un vidrio?, ¿por qué? Algodón Es conductor eléctrico. c. ¿Qué ventajas tiene una ventana hecha Cobre Es un objeto. de policarbonato respecto de una de viEs más duro que la madera. drio? ¿Tiene alguna desventaja?, ¿cuál? Es impermeable. 2. Piensen y luego respondan en sus carpetas: ¿por qué las mallas que usamos para nadar en una pileta se fabrican con fibras sintéticas?
a. Comparen los resultados con los de otros compañeros. ¿Coinciden? ¿A qué suponen que se debe esto?
7. Copien el cuadro en sus carpetas y marquen 3. Respondan a las siguientes preguntas. a. ¿Por qué las paredes se hacen con la- con una X la opción que consideren correcta. Material Natural Elaborado por los humanos drillos? b. ¿Por qué se usa plástico para cubrir los Madera Poliéster cables eléctricos? c. ¿Por qué los platos y las fuentes suelen Cemento Acero ser de porcelana? Arena
4. En la construcción de una casa, se 8. Vuelvan a leer sus respuestas a las emplean materiales naturales y materiales manufacturados. Mencionen dos de cada tipo. preguntas de la apertura. Luego de estudiar el capítulo, ¿volverían a responder lo 5. Copien la siguiente tabla en sus carpetas y, mismo?, ¿por qué? Escriban cinco ideas que luego, completen los casilleros vacíos. aprendieron sobre los temas del capítulo. Objeto
Material sustituido
Rollo de hilo para atar Colchón
Algodón
Vestido
Seda
Material nuevo Polipropileno (PP) Espuma de poliuretano Poliéster
Ventajas
Inconvenientes
Peligroso en caso de incendio. Desprende humos tóxicos.
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