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II CIENCIAS Énfasis en Física 2do Grado Volumen II
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IICIENCIAS
II
Énfasis en Física
2do Grado Volumen II
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ciencias II2do Grado Volumen II
Énfasis en Física
Ciencias II. Énfasis en Física. Volumen II, fue elaborado en la Coordinación de Informática Educativa del Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa (ILCE), de acuerdo con el convenio de colaboración entre la Subsecretaría de Educación Básica y el ILCE.
SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICAJosefina Vázquez Mota
SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN BÁSICAJosé Fernando González Sánchez
Dirección General de Materiales EducativosMaría Edith Bernáldez Reyes
Dirección de Desarrollo e Innovaciónde Materiales Educativos
Subdirección de Desarrollo e Innovaciónde Materiales Educativos para la Educación Secundaria
Dirección Editorial
INSTITUTO LATINOAMERICANO DE LA COMUNICACIÓN EDUCATIVA
Dirección GeneralManuel Quintero Quintero
Coordinación de Informática EducativaFelipe Bracho Carpizo
Dirección Académica GeneralEnna Carvajal Cantillo
Coordinación AcadémicaVíctor Gálvez Díaz
Asesoría académicaMaría Teresa Rojano Ceballos (DME-Cinvestav)Judith Kalman Landman (DIE-Cinvestav)(Convenio ILCE-Cinvestav, 2005)
AutoresMirena De Olaizola León, Alejandra González Dávila, Hilda Victoria Infante Cosío, Oliverio Jitrik Mercado, Helena Lluis Arroyo, Abraham Pita Larrañaga, Juan José Sánchez Castro
ColaboraciónLeonor Díaz Mora, Margarita Petrich Moreno
Coordinación editorialSandra Hussein Domínguez
EdiciónPaloma Zubieta López
Primera edición, 2007 (ciclo escolar 2007-2008)
D.R. © Secretaría de Educación Pública, 2007 Argentina 28, Centro, 06020, México, D.F.
ISBN 978-970-790-954-0 (obra completa)ISBN 978-968-01-1453-5 (volumen II)
Impreso en MéxicoDistribución gratuita-ProhibiDa su venta
Servicios editorialesDirección de arte y diseño:Rocío Mireles Gavito
Diagramación:Fernando Villafán, Víctor M. Vilchis Enríquez
Iconografía:Cynthia Valdespino, Fernando Villafán
Ilustración:Imanimastudio, Curro Gómez, Carlos Lara, Juan Carlos Díaz, José Luis Díaz, Mayanin Ángeles, Víctor Eduardo Sandoval
Fotografía:Art Explotion 2007, Kurt Hollander, Cynthia Valdespino, Fernando Villafán
CIENCIAS I
Mapa-índice
Clave de logos
BLOqUE 3 Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos
secuencia14 ¿qué percibimos de las cosas?
secuencia15 ¿Para qué sirven los modelos?
secuencia16 ¿De qué está hecha la materia?
secuencia17 ¿Cómo se organiza la materia?
secuencia18 ¿Hace calor?
secuencia19 ¿Puede inflarse un globo sin soplarle?
secuencia20 ¿Por qué cambia de estado el agua?
proyecto 3 Un modelo de barco de vapor
Evaluación Bloque 3
BLOqUE 4 Manifestaciones de la estructura interna de la materia
secuencia21 ¿De qué están hechas las moléculas?
secuencia22 ¿qué hay en el átomo?
secuencia23 ¿Por qué enciende un foco?
secuencia24 ¿Cómo se genera el magnetismo?
secuencia25 ¿Existe la luz invisible?
proyecto 4 Maqueta de una planta generadora de electricidad
Evaluación Bloque 4
BLOqUE 5 Conocimiento, sociedad y tecnología
proyecto 5 Origen y evolución del Universo: una línea del tiempo
proyecto 6 Un díptico sobre las aplicaciones de la Física en el área
de la salud
Bibliografía
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160
166
168
176
182
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Trabajo individual
En parEjas
En Equipos
Todo El grupo
ConExión Con oTras asignaTuras
glosario
ConsulTa oTros maTErialEs
Cd dE rECursos
siTios dE inTErnET
biblioTECas EsColarEs y dE aula
vidEo
programa inTEgrador EdusaT
inTEraCTivo
audioTExTo
aula dE mEdios
oTros TExTos
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10
secuencia 14
11
IICIENCIAS
Las interacciones de la materia.
Un modelo para describir lo que no percibimos
BLOQUE 3
12
secuencia 14
Texto introductorio
Para empezarLee el texto.
• Antesdeleer,responde:¿Quécaracterísticasdebentenerlosmaterialesusadosparalaconstrucción?
sEsión 1
¿Qué percibimos de las cosas?
Desde quelahumanidaddominóelfuego,inventólaruedaydescubrióelusodelosmetales,constantementehabuscadomaterialesquesustituyanomejorenlosyaexistentes.Losejemplossonvariadosyentodoslosámbitos:lasraquetasdetenisqueoriginalmenteseconstruíandemaderasehicierondealuminio,luegodegrafitoyúltimamente,paradarlesmayorresistenciaymenorpeso,sehicierondepolipropileno,unmaterialquetambiénseusaenlasdefensasdelosautos.Unejemplocotidianoeslaropa,queanteriormenteseconfeccionabaexclusivamenteconfibrasvegetalesypielesdeanimales,ahorasefabricatambiénconfibrassintéticas,comoelpoliéster.
Enlaconstruccióndeviviendastambiénsehanincorporadonuevosmateriales.Enlosgrandesedificiosdelasciudadeselvidrio,elaceroyelaluminiosonmásutilizadosqueelcemento,lapiedrayelladrillo.Estosmaterialessehanelegidoporqueunvolumendeterminadodeellostieneunpesomenorqueeldelmismovolumendelosmaterialestradicionales;además,permitenmayoriluminaciónysuresistenciaesigualomayorquelosusadosanteriormente.
EltransbordadorespacialChallengerteníaquesoportarfuerzasytemperaturasextremastantoalasalidadelaTierracomoasuregreso,loquecondicionóquesuscomponentesposeyerancaracterísticasespeciales;porejemplo,laestructuradelanavedebíatenerunaresistenciamáximaaesfuerzosmecánicos,porlocualsecombinarondistintosmaterialesparalograrmayorresistenciayligereza.Parasuexteriorseusaronlosetasdecerámica,probadasenlaboratoriopararesistirtemperaturasdemásde1300°Cgeneradasporlafriccióndelapuntadelanaveconlaatmósferaterrestreasureingreso.
consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como cerámica.
Ahorasabesquelamasaesunapropiedadfundamentaldelamateria.Enestasecuenciaconocerásotraspropiedadesde lamateriacomoladensidady ladureza.Valorarás laimportanciadeconocerlaspropiedadesdelamateriaparaescogerlosmaterialesdeusocotidianomásapropiados.
Loscristalesdeesteedificiofavorecenlailuminaciónsinquelatemperaturadelinterioraumentedemasiado.
13
IICIENCIAS
Una vendedora de joyas te ofrece un collar que pesa 300 g y asegura que está hecho de oro puro. Te lo vende a la mitad del precio normal, por lo que te hace dudar si en realidad es de oro puro o contiene una parte de otro metal, como la plata. Como es domingo y no puedes pedir que examinen la pieza en una joyería, ¿qué harías para saber si es o no de oro puro?
Piensa en una solución sabiendo que en tu casa sólo cuentas con algunas cosas como otras joyas de oro puro, una balanza y una jeringa para medir volúmenes pequeños de líquidos.
Lo que pienso del problemacontesta en tu cuaderno:
1. ¿Quépesamás:unkilogramodehierroounkilogramodealgodón?
2. Siunlitrodeaguapesaunkilogramo,¿unlitrodecualquierotrolíquidopesaráunkilogramotambién?Argumentaturespuesta.
3. ¿Pesaránlomismodosanillosdeidénticasmedidas,peroelaboradosunoconoroyotroconplata?Explicaturespuesta.
4. ¿Unbultodecementode40kgtendráelmismotamañoqueunbultodeyesode40kg?Justificaturespuesta.
5. ¿Qué le sucedealvolumendeuntrozodemigajóncuandosecomprime?¿Pesarámenos?¿Porqué?
Manos a la obraActividad UNOanalicen algunas propiedades que presentan distintos objetos. Para ello:
1. Contesten:¿Todoslosmaterialestienenlasmismaspropiedades?Expliquen.
2. Consigantresdiferentesmaterialesdelentornodesucomunidadodesucasa.
3. Observenycomparenlascaracterísticascomunesylasdiferenciasquepresentanlosdistintosobjetos.
4. Presenten las observaciones en una tabla comparativa como la que se muestra ycomentenlosresultadosconelgrupo.
Material Propiedades características comunes Diferencias
Consideremos lo siguiente…a continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
nueva destreza empleada
analizar: Determinar las relaciones entre los elementos
que componen una situación, fenómeno o problema.
14
secuencia 14
Texto de información inicial
¿Qué propiedades tiene la materia?Newton identificólamasa,porunlado,comolamedidadelainerciay,porotro,comoelatributodeloscuerposmaterialesquehacequeseatraigangravitacionalmente.Enlosfenómenoseléctricos,comoelrayo,seencuentrapresenteotrapropiedadfundamental:lacarga.
Algunaspropiedadesdelamateria,comolasópticas,seaprecianasimplevista.Distinguimosunlíquidoopacocomolalechedeunotransparentecomoelagua.Vivimosenunmundorepletodecolores.
Sinembargo,paradistinguirotraspropiedades,esnecesariointeractuarmecánicamenteconlamateria.Deestamanera,podemosverquelamielesmás viscosa queelagua.Peroexistenmuchasotraspropiedades,comolamaleabilidad,laporosidadyla elasticidadquesondiferentesencadamateria.Algunasdeellas,comoenelcasodelagua,varíansieshielo,agualíquidaovapor.
Solamentepodemosdarvaloresnuméricosdecualquierpropiedaddelamateriaparasistemas materiales.Unsistemamaterialesunagregadodemateriaconlímitesdefinidos.Así,cualquierobjetosólidoesunsistemamaterial,perotambiénloesunpez,elocéanoolaTierra.
Cuandohablamosdepropiedadesdelamateria,comolamasaoelvolumen,notienesentidopreguntar“¿quémasatienelamateria?”;encambio,sítienesentidopreguntarquémasatienelaTierraoelpez.
Cuerpo: Porción macroscópica de materia con
frontera definida. Por ejemplo: un pedazo de
madera y una gota de agua.
Viscosidad: Es la resistencia de un líquido al
movimiento o flujo. La viscosidad disminuye
cuando la temperatura aumenta.
Elasticidad: Es la propiedad de un sólido de
recuperar su forma original cuando es
deformado, como ocurre con una liga.
Maleabilidad: Propiedad que tienen algunos
metales que permite hacer de ellos láminas muy
delgadas.
Materia: Es todo aquello que ocupa un lugar en
el espacio.
Porosidad: Estructura de algunos materiales
sólidos que presenta espacios intersticiales
(poros) de tamaño varias veces mayor que las
dimensiones moleculares, pero aun así,
indistinguibles a simple vista.
5.Comenten:
a) ¿Notaronalgunacaracterísticaopropiedadqueseencuentreentodoslosobjetos?¿Cuál?
b) Entrelosmaterialesquetrajeronparamostrarenelsalón:
i. ¿Cuáles se estiran y recobran su forma original al dejar de aplicarles unafuerza?
ii. ¿Cuálessonlosmáspesados?
iii. ¿Algunossontandurosquenopuedenrayarseconunclavo?¿Cuálesson?
iv. ¿Algunosserompenfácilmente?¿Cuáles?
¿Cuáles son las propiedades generales y específicas de la materia?
Lean el texto.
• Durantelalectura,ponganespecialatenciónenlaspropiedadesdelamateria.
15
IICIENCIAS
contesten en su cuaderno:
1. ¿Quépropiedadesdelamateriapodríanreconocerasimplevista?¿Porqué?
2. ¿Quépropiedadesdelamateriapodríanmediryquéunidadesusarían?Mencionenejemplos.
Vínculo entre secuenciasRecuerda que los conceptos de masa y de peso los revisaste, respectivamente, en la Secuencia 8: ¿Cuáles son las causas del movimiento? y en la 9: ¿La materia atrae a la materia?
Reflexión sobre lo aprendido
¿Qué propiedades de la materia podrían ayudarte
a resolver el problema? ¿Por qué?
Lacantidaddematerianospermiteestablecer,ademásdelamasa,elvolumenocupadopordichosistema.Estoesimportanteengasesylíquidos,dondehayquedefinirelvolumenocupadoporelsistemacomoelvolumendelrecipienteocontenedorquelosencierra.
Ladensidadesunapropiedadquesedefinecomoelcocientedelamasayelvolumendelsistema:d=m.
v
Mismovolumen,distintamasa. Distintovolumen,mismamasa.
16
secuencia 14
Actividad DOSconstruyan un modelo de balanza.
1. Vananecesitar:
a) Ganchodealambreparacolgarropa.
b) Hilo
c) Dostapasigualesdefrascoconundiámetroaproximadode10cm.
2. Realicenloqueseindica:
a) Hagantresperforacionesconmuchocuidadoenlaorilladelapartesuperiordelastapas.
b) Amarrenlastapasinsertandounhiloencadaorificio.
c) Juntenlostreshilosdecadatapaycuélguenlosenlosextremosdelgancho.
d) Busquenquelastapasquedenhorizontalesajustandolalongituddeloshilos.
e) Nivelenlabalanzademaneraque,sosteniendoelganchoenelcentro,lastapasquedenalamismaaltura.
3. ¡Listo! Con este sencillo dispositivo, podrán comparar lamasadedistintosmateriales.
• VananecesitarestabalanzaenlaActividadTRES.
sEsión 2
nueva destreza empleada
construir un modelo: Utilizar
objetos o dispositivos, dibujar
esquemas o diagramas para
representar objetos, procesos y
fenómenos.
Balanzaenequilibrio.
17
IICIENCIAS
nueva destreza empleada
aplicar tecnología: Utilizar objetos o dispositivos, para medir,
representar, analizar o comprobar fenómenos naturales.
Actividad TRESMasa, volumen y densidad
apliquen la tecnología de su balanza para medir masas y densidades.
• Realicenlapráctica:
1. Material
a) Balanza
b) Plastilina
c) Trespelotasconelmismodiámetro,de3cmaproximadamenteydediferentesmateriales:hule,unicelyplastilina.
d) Cubetaconagua
2. Procedimiento
experiencia a: Mismo volumen y diferente masa
a) Con la balanza, comparen las masas de laspelotas:¿Cuáltienemayormasaycuálmenos?Para ello, coloquen alternadamente las trespelotitasenambosladosdelabalanza.
b) Comparenlaflotabilidaddelaspelotas.Paraellosumérjanlasenlacubetaconaguaymarquenenellas,conunplumónelniveldelaguao“líneadeflotación”.
experiencia B: Misma masa y diferente volumen
a) Ponganenlabalanzalaesferadeunicelyunapelotita de plastilina cuya masa permitaequilibrarlabalanza.
b) Comparen laflotabilidadde lasdospelotasdevolumen distinto. Para ello sumérjanlas en lacubeta con agua y marquen en ellas con unplumónelniveldelaguao“líneadeflotación”.
18
secuencia 14
4. análisis de resultados
• Respondan:
experiencia a: mismo volumen y diferente masa
a) Conpelotasdelmismovolumen, ¿cómoes laflotabilidadcuandoaumentamos lamasa?
b) ¿Dequédependelaflotabilidad?
experiencia B: misma masa y diferente volumen
a) Conpelotasdeigualmasa,¿cómoeslaflotabilidadcuandoaumentamoselvolumen?
b) ¿Laflotabilidaddependedelvolumen?Justifiquensurespuesta.
5. comunicación
• Elaborenunreportedelapráctica.
comenten:
1. ¿Laflotabilidaddelaspelotasdependesólodelamasaosólodelvolumen?¿Porqué?
2. ¿Cómoserelacionanlamasayelvolumenconlaflotabilidad?Mencionendosejemplos.
3. Delaspropiedadesdelamateriaqueconocen,¿cuálserelacionadirectamenteconlaflotabilidaddeuncuerpo?¿Porqué?
4. Nombrendosejemplosdondeseaprecieestapropiedad.
3. Resultados
• Registrenlosdatosobtenidosentablascomolasquesemuestran:
Tabla 1. experiencia a: mismo volumen y diferente masa
PelotasMasa
(Mayor, intermedia, menor)
VolumenFlotabilidad
(Mayor, menor, nula)
Hule
Sonigualesenlastresunicel
Plastilina
Tabla 2. experiencia B: misma masa y diferente volumen
Pelotas Masa VolumenFlotabilidad
(Mayor, menor, nula)
unicelSonigualeslasdos
Plastilina
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora sabes que el volumen y la masa de los materiales se relaciona
con la flotabilidad de un cuerpo. ¿Este conocimiento sobre la
flotabilidad te sirve para resolver el problema? Explica tu respuesta.
19
IICIENCIAS
Para terminarLean el texto.
• Antes de leer, respondan: ¿Cómo logran flotar a diferentes profundidades lossubmarinosylospeces?
Densidades de algunas sustancias
sólidos Líquidos
Materialg
cm3Material
gcm3
Platino 21.5 Mercurio 13.6
Oro 19.3 Glicerina 1.26
Plomo 11.3 Aguademar 1.03
Plata 10.5Agua (a 4ºC y1 atm)
1.00
Cobre 9.0 Benceno 0.81
Hierro 7.9 Alcoholetílico 0.79
Aluminio 2.7 Aceitedecocina 0.91
Texto de formalización
Lospecesóseospuedenregularlacantidaddeairedentrodesuvejiganatatoria,loquelespermiteflotaradistintasprofundidadesenelagua.
¿Por qué flotan los objetos?La flotabilidaddeuncuerpoestárelacionadaconsudensidadyconladensidaddelfluidodondeessumergido.Elcuerpoflotarásisudensidadesmenoraladelfluido.Lamaderaflotasobreelaguayelhierrosehundeenella,porquelaprimeratienemenordensidadqueelaguayelsegundo,mayor.
Porejemplo,sabemossiunapersonapuedeflotarenelaguasisabemoscuálesladensidaddelaguaycuálesladensidaddelapersona.Ladensidaddelaguadulceesde1.0
g cm3 yladensidadmediadel
cuerpohumanoesde0.950g
cm3 .Elaguadelmarcontiene,entreotroscompuestos,
saldisuelta,loquehacequeseamásdensa;asíqueenlasuperficietieneunadensidadde1.027 g
cm3 .Porlotanto,esmuchomásfácilflotarenelmarqueenotrolugarconaguadulce.
Elcuerpohumanopuedecambiarsudensidadvariandolacantidaddeairequetengaensuspulmones,permitiendoelvolumendesucuerpoaumenteodisminuyaconservandosumismamasa.
20
secuencia 14Resuelvan las siguientes situaciones en su cuaderno:
• Sabiendoqueelaceiteflotaenelaguayutilizandola tabla de densidades de algunas sustancias,pronostiquen:
1. ¿Quéocurresijuntamosaceiteyalcoholetílicoenunrecipiente?Compruebensusprediccioneshaciendoelexperimento,siesnecesario.
2. ¿Quésucederíasiunautomóvilcayeraenunaalbercallenademercurio?
Reflexión sobre lo aprendido
Con lo aprendido en el texto anterior
sobre la variación de la densidad,
respondan: ¿Por qué los buzos que se
sumergen en el agua, usan pesas de
plomo en sus cinturones?
Para argumentar su explicación, utilicen
el concepto de densidad.
Lo que aprendimosResuelvo el problema“Unavendedoradejoyasteofreceuncollarquepesa300gyaseguraserdeoropuro.Telovendealamitaddelprecionormal,porloquetehacedudarsienrealidadesdeoropuroocontieneunapartedeotrometalcomolaplata.Comoesdomingoynopuedespedirqueexaminenlapiezaenunajoyería,¿quéharíasparasabersiesonodeoropuro?
Piensaenunasoluciónsabiendoqueentucasasólocuentasconalgunascosascomootras joyas de oro puro, una balanza y una jeringa para medir volúmenes pequeñosdelíquidos”.
Reflexión sobre lo aprendido
Compara lo que pensabas al inicio
de la secuencia sobre dos anillos
de idénticas medidas elaborados
uno con oro y otro con plata y lo
que sabes ahora. ¿Hay diferencias
entre lo que pensabas y lo que
sabes ahora? Explica tu respuesta.
Para resolver el problema, contesta en tu cuaderno:
1. Sitengo10 gdeoroy10gdeplata,¿quévolumenocupacadametal?
2. Sitengouncentímetrocúbicodeoroyotrodeplata,¿cuáleslamasadecadauno?
3. Silamasadelasjoyasquetevendenesde300g,¿quépropiedaddelamateriatepermitecomprobarqueestamasasíesoro?
• Escribeunaconclusiónexplicandolaformacomoresolveríaselcaso para asegurar que el collar es de oro. Utiliza para tuargumentaciónlosconceptosdemasa,volumenydensidad.
Paracontrolarelniveldeflotacióndelossubmarinos,seaprovechalamismatécnicaquelaqueempleanlospeces,llenandoovaciandoelaguadeciertoscompartimentosespeciales.
21
IICIENCIAS
¿Para qué me sirve lo que aprendí?el gas LP, utilizado ampliamente como combustible en los hogares, tiene la propiedad de ser más denso que el aire, además de que es venenoso e inflamable. se le ha agregado un olor característico para advertirnos de su presencia y poder tomar medidas preventivas para evitar catástrofes.
1. Enunahabitación cerrada, ¿a qué altura se acumula este gas cuando se escapa?Explicaturespuesta.
2. ¿Quémedidasdeseguridadtomaríasparaventilarcorrectamenteelespaciocuandoseescapaciertacantidaddeestegas?
Lo que podría hacer hoy…Durante un incendio, si se respira, el aire caliente puede quemar los pulmones; además, respirar el humo provoca envenenamiento. Tanto el aire caliente como el humo son menos densos que el aire a temperatura ambiente.
• Encasodeunincendio,¿cómodebenevacuarlahabitaciónparaevitarinhalarairecalienteyhumo?Argumentensurespuesta.
Para saber más… 1. Diccionario de Física(2004).Madrid:Oxford-Complutense.
2. Hewitt,PaulG.(2004). Física conceptual.México:PearsonEducación.
1. [email protected] específicas de la materia(video).27defebrerode2007.http://dgtve.sep.gob.mx/tve/maestros/video_semana/030414_especificas.htm
Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Las características de la materia en la programación de la red satelital edusat.
22
secuencia 15
Para empezar Modelando el Universo
Lee el texto.
• Antesdeiniciarlalectura,responde:¿CómoharíasunmodelodelSistemaSolar?
sesión 1
Texto introductorio
¿Para qué sirven los modelos?
Desde la antigüedad,loshombresylasmujeresdediferentesculturashantratadodeexplicarcómosemuevenlosobjetosquesevenenelcielo.EnlaantiguaGreciahabíadosexplicacionesacercadelmovimientodelosastros.Unadeellas,propuestaporAristarco(310-230a.deC.),suponíaquetantolaTierracomolosplanetassemuevenalrededordelSol.Laotraidea,sostenidaporAristóteles(384-322a.deC.),enunciabaquetodoslosastrosgiranalrededordelaTierra.Deestamaneraseconstruyeronestasdosexplicacionesopuestas,laheliocéntricaylageocéntrica,conlaaceptacióndelasegundaporcasi2000años.
PtolomeodeAlejandría(85-165)nodeseabacontradecirlaideaaristotélicapero,alavez,queríaexplicarloqueveíaenloscielosalolargodelosdíasylosmeses.Paratalefectoelaboróelprimermodeloexplicativodelmovimientoaparentedelosastrosenlabóvedaceleste.PtolomeoimaginóunaesferadecristalquepodíagiraralrededordeuncentrofijoenlaTierra.Adheridasalasuperficiedelaesfera,sesituabanlasestrellaslejanas.
ElSolylosplanetaspodíangirar,asuvez,alrededordeejesfijosrespectoaestaesfera.Lastrayectoriasseguidasporlosplanetas-segúnestemodelo-sellamaron“epiciclos”.ElmodeloerataneficazparapredecirlasobservacionesquefuetomadocomounaverdadhastaqueKepler,afinalesdelsigloXVI,concretólarevolucióncientíficainiciadaporCopérnicoen1543.
consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como heliocéntrico.
ElmodelodePtolomeomuestraalUniversoconlaTierraenelcentro.
23
IICIENCIAS
Responde: ¿Qué hace a una descripción del sistema solar mejor que otra?
Hasta este momento has estudiado algunos fenómenos físicos, a partir de suscaracterísticasobservables.Enestasecuenciaidentificarásdequémaneralaelaboraciónde representacionesomodeloscientíficoshacontribuidoa laexplicacióndemuchosfenómenos físicos. Valorarás el papelde losmodelos científicospara comprender ypredecirloquesucedeennuestroentorno.
Consideremos lo siguiente…a continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Lo que pienso del problemaen tu cuaderno:
1. ¿Unpapaloteesunobjeto,unfenómenoounproceso?Explica.
2. Enformasencilla,describecómoesunpapalote.
3. ¿Cómopuedesrepresentar lascaracterísticasyelfuncionamientodeunpapalote?Mencionaalmenosdosformasderepresentación.
intercambien sus puntos de vista acerca de:
1. Lasdiferentesmanerasderepresentarlascaracterísticasdeunpapalote.
2. ¿Cómoseríaunmodelodelfuncionamientodeunpapalote?
3. ¿Quéesunmodeloyparaquésirve?
Estás diseñando tu nuevo papalote o cometa y quieres comentar con tus amigos las características que debe tener para que vuele mejor. ¿Cómo podrías describir y representar estas características para compartirlas con otras personas? ¿Sería esta representación un modelo científico? Argumenta tu respuesta.
KeplersupusoqueelSolseencuentraenelcentrodelsistemaylaTierraylosdemásplanetasgiranalrededordeél,entrayectoriaselípticas.EstaexplicaciónheliocéntricadelSistemaSolarconstituyelamejordescripcióndelmovimientodelosplanetas.LasteoríaselaboradasposteriormenteporNewtonconfirmaríanestemodelo.
AhorasabemosquenuestroSistemaSolarseencuentraenunagalaxiajuntoconmillonesdeestrellas.
ExistenmillonesdeestrellasenelUniverso.NuestroSolesunadeesasestrellas.
Sistema Solar
24
secuencia 15
Actividad UNO elaboren un diagrama que explique cómo es el ciclo del agua en el planeta Tierra.
1. Realicenlosiguiente:
a) Seleccionenadoscompañerosdelgrupoparapasaralpizarrón.
b) Dibujenunalíneaenmediodelpizarrónparadividirloendospartes.
c) Cadaunodelosdoscompañeroselaboraráundiagramadelciclodelagua.
d) Ambosexplicaránquéaspectostomaronencuentaparasudiagrama.
e) Evalúenlosdiagramasdesuscompañeros.Tomenencuenta:
i. Cuáldeelloscontienemayornúmerodecaracterísticasdelciclo.
ii. Silasfigurasencadadiagramarepresentanclaramentelasetapasdelfenómenofísico.
2. Comenten si los diagramas pueden considerarsemodelos del ciclo del aguaono.Justifiquensurespuesta.
Manos a la obraLean el texto.
• Antesdecomenzarsulectura,respondanlapreguntadeltítulo.
Texto de información inicial
¿Qué son los modelos?En los contextos científicos,unmodeloesunarepresentaciónparticulardeunobjeto,proceso,sistemaofenómenoqueseelaboraparafacilitarsudescripciónyestudiarsucomportamientoapartirdeunaideainicialqueseaclarayfácilmenteverificableparatodos.Porejemplo,lamaquetadeunacasaesunmodeloquepermitedescribiralgunasdesuscaracterísticasgeneralespero,desdeluego,noeslacasa.
Paralaelaboracióndeunmodeloseempleanlasobservacionesylosconocimientosquesetienendelobjeto,procesoofenómenoporestudiar,yseseleccionansuscaracterísticasmásimportantesolasquenosinteresanmás.Asícomosabemosquelascasassiempretienenparedes,techos,puertasyventanas,necesitamosrepresentarestoscomponentesenelmodelo.Enelmodelodeunacasatambiénpodríamosrepresentarlainstalacióneléctricacontodossuscomponentescomofocos,contactos,interruptoresdeenergía,asícomolaslíneaseléctricasenparedesytechos.Delamismamanera,siconocemoslascaracterísticasdelospapalotes,podríamoshacerundiseñoquerepresenteunbuenmodelodealguno.
nueva destreza empleada
elaborar diagramas: Es la realización de representaciones gráficas de fenómenos que
acompañan frecuentemente a las descripciones técnicas, a los textos expositivos y a las
instrucciones. Se pueden dividir en:
1. Diagramas de procedimiento. Por ejemplo, al representar los pasos necesarios para
aplicar una inyección o para utilizar un equipo de cómputo.
2. Diagramas de proceso. Por ejemplo, al representar cómo se lleva a cabo el
metabolismo de las grasas en el organismo.
25
IICIENCIAS
Sabías que…Sepuedendistinguirvariasfasesenlaelaboracióndeunmodelo:
1.Tenerclaraunapreguntaqueelmodelonosayudaráaresponder.Porejemplo:¿Cuáleslaformaquelepermiteaunaviónvolar?
2.Recopilar información respecto al objeto o fenómeno que se desea representar eidentificarsuscaracterísticasesenciales.Porejemplo,paraelaborarelmodelodeunavión,podemosomitir sucolor,puesestacaracterísticano sirveparacomprendercómovuela.Laformasíesunacaracterísticaesencial.
3.Reflexionarentornoalascaracterísticasdelobjetoofenómenoqueserepresentaránenelmodeloyquelepermitiránmantenerciertasemejanzaconél.Porejemplo,laformadelasalasqueposibilitanelvuelodelavión,eltamañodelfuselaje,laformadelalerónylafuerzaqueproporcionaelmotor.
Paraelaborarunmodelosedebentomarencuentaalgunascaracterísticasesencialesdelobjetodeestudio.
Unamaquetaeslareproducciónaescala,entresdimensiones,dealgorealoficticio.Lamaquetadeunacasanoesunmodelocientífico.
Enlascienciasesposible,alusarmodelos,estudiarycomprendercómoocurrenfenómenosquenopodemosobservarfácilmenteomanipulardirectamente,comoelmovimientodelosplanetasalrededordelSol,loquesucedeenelinteriordeunátomoolacantidaddeenergíainvolucradaenunaerupciónvolcánica.
Engeneral,losmodelosenlaFísicarequierenderepresentacionesmatemáticas,comoecuaciones,gráficasydiagramas.Asísepuedenmodelar,siguiendolosejemplosanteriores,lavelocidaddelosplanetas,lacantidaddecargaqueexisteenunapartícula,lascausasdelmagnetismo,oelincrementodelatemperaturaenlazonacercanaaunaerupciónvolcánica.
26
secuencia 15
Actividad DOSModelos
comparen las características de algunos modelos. Para ello:
1. Examinenlosdiferentesmodelosdelatabla.
2. Completenlatablasegúnelejemplo.
ModeloObjeto, proceso
o fenómeno representado
características del objeto, proceso o fenómeno que se
tomaron en cuenta para elaborar el
modelo
características del objeto, proceso o
fenómeno que nO se tomaron en cuenta
para elaborar el modelo
Planos 1)Formadelcasco,cubierta,mástiles,cabina,cuartodemáquinas,timón,espacios.2)Tipodecosasquetansporta:mercancía,marinosmercantes…
Consumodeenergía,materialesdefabricación,colordelcasco,movimiento.
Diagrama
Maqueta
Mapa
uso de la fórmula de caída libre v = gt para calcular la velocidad de caída sin considerar la resistencia del aire.
nueva destreza empleada
comparar: Identificar o describir
similitudes y diferencias entre
grupos de organismos, materiales
o procesos.
direcciónvelocidad
27
IICIENCIAScontrasten los resultados que obtuvieron. Para ello:
1. Establezcanlasdiferenciasquehayentreellos.
2. Modifiquensusrespuestas,siloconsideranconveniente.
3. Comenten:
a) ¿Quémodelosincorporanmayornúmerodecaracterísticasdelobjeto,procesoofenómenoquerepresentan?¿Porqué?
b) ¿Quérepresentacionesconsideranmásútilesparamodelar:i)objetos,ii)procesosyiii)fenómenos?
c) ¿Habían hecho un modelo anteriormente? Comenten su experienciaconelgrupo.
d) ¿Cuálocuálesdelosmodelosanterioressonmodeloscientíficos?
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora que has interpretado y analizado la información que
proporcionan los modelos anteriores, contesta:
1. ¿Cuál o cuáles nos permiten conocer mayor número de
características de los objetos que representan?
2. ¿Cuál modelo emplearías para representar tu papalote?
Justifica tu respuesta.
Recuerda que tus respuestas te permitirán contestar el problema.
Para terminar¿Cómo se utilizan los modelos?
Lean el texto.
• Ponganespecialatenciónenlascaracterísticasdelosdistintostiposdemodelos.
sesión 2
Texto de formalización
¿Cómo utilizan los científicos los modelos?Cuando laspersonasdedicadasalascienciasobservanunfenómeno,seplanteanpreguntascomoéstas:¿Cuálessonlosfactoresoelementosqueintervienen?,¿cómoparticipacadaelemento?,¿cómoserelacionaelfenómenoconotrosprocesosofenómenos?
Pararesponderlas,loscientíficosconstruyen,enocasiones,modelosconbaseenloqueobservanylainformaciónpreviaqueposeen.Porejemplo,paraladescripcióndelSistemaSolarfuenecesario,primero,observarquelosplanetassemuevenenlaesferaceleste,después,seformularonideasyrelacionesquepermitieronlaelaboracióndeunmodeloteóricosobrelaposicióndelaTierraenelUniverso.
Siunmodelonoexplicademanerasatisfactorialasobservacionesylosconocimientosquesetienendelobjetoofenómeno,seconstruyeunonuevo,conmayorcapacidaddeexplicaciónypredicción.Enotroscasos,puedencoexistirmodelosdiferentesparaexplicarelmismofenómeno.
Losmodelostambiénpermitenpredecirelcomportamientodeunprocesoofenómeno,silascaracterísticasquenosinteresanserepresentanconmagnitudesfísicas,queseanmedibles.Porejemplo,sideseamosconocerlosefectosquetieneelchoquedeautossobresusocupantes,podemosrepresentarlosconmaniquíesquesecolocanenlosasientosdelcoche,yasíestudiarlosdañosquepuedensufrirlaspersonasenelmomentodeunimpacto.Elmaniquíes,enesteejemplo,elmodelodeuncuerpohumanoporquetienerepresentadaslasvariablesmásimportantesenladescripcióndechoque:masa,resistenciadeloshuesos,posiciónenelasiento,oporcentajedeagua.
28
secuencia 15
Si,ademássetieneunarepresentaciónmatemáticadelasvariablesinvolucradas,noesnecesariodestruiruncoche:puedesimularseelchoqueconlaayudadelascomputadorasydeigualmaneramedirlosdañossinquenadiesalgaherido.Porrazonesdepresupuesto,lostécnicosycientíficosoptangeneralmenteporlosegundo.
Losmodelosqueseconstruyenencienciastienenlassiguientescaracterísticas:• Sonunarepresentaciónesquemáticao
simplificadadeunobjeto,procesoofenómeno.Porejemplo,elsistemacirculatoriotienefuncionesquenoseaprecianenundibujo.
•Tomanencuentalascaracterísticasesencialesdelproceso.Dehecho,paraelaborarelmodelodelafotosíntesissedebentomarencuentalassustanciasqueserequierenparaelprocesoylasqueseproducen;noseconsiderasilahojaesalargadaocorta,osiesunárbolaltoobajo.
•Sonrepresentacionesperfectiblesquesepuedenmejorarconbaseennuevosdescubrimientos.Porejemplo,losmapasactualesdelaTierramuestrancaracterísticasquenoseconocíanenlaantigüedad.
Paraelestudiodelaresistenciayseguridaddelosautomóvilesseempleanmaniquíesquerepresentanaadultosyniños.
Paraelestudiodelcuerpohumano,sehacenmodelosparaobservarloquesucedecuandoalgunadesuspartessufrealgúndañoyencontrarcómopuederepararseosustituirse.
Losmodelosdeprocesosseutilizanparaestudiarfenómenos,comoelfuncionamientodeunsistemadelcuerpohumanocomoelrespiratorio,obienparaestudiarunproceso,comoeldelaoxigenacióndelasangre.
Losmodelosconceptualesrepresentanunaidea,unahipótesisounateoría.UnejemploeslasegundaleydeNewton.
F=ma
29
IICIENCIAS
Actividad TRESidentifica las características de un modelo científico.
• Realizalosiguiente:
1. experiencia a
• Observalasdosimágenes:
Losmodelosdeobjetossonrepresentacionesendosotresdimensionesquepermitenelconocimientodecosasalasquesetienedifícilacceso.
Vínculo entre secuenciasRecuerda que la constante de gravitación universal la revisaste en la Secuencia 9: ¿La materia atrae a la materia?
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora sabes lo que es un modelo, sus
características y tipos. ¿Cómo elaborarías tu
modelo para resolver el problema?
nueva destreza empleada
identificar: Reconocer las características
o propiedades de organismos, hechos,
materiales o procesos.
a) ¿Qué modelo representa mayor número de características del automóvilreal?
b) ¿Quédiferenciasencuentrasentreambasrepresentaciones?
c) ¿Qué semejanzas y diferencias tienen ambas representaciones con elautomóvilreal?
d) ¿Paraquiénpodríanserútilesestosmodelos?¿Porqué?
Fotodeautomóvilaescala.Fotodeautomóvilreal.
•Permitenhacercomparacionesypredicciones.Porejemplo, podemos elaborar dos modelos de unbarcoy comparar cómo se comportancuando seencuentrenenunmarconmuchooleaje.
• Pueden ser modelos teóricos y analógicos. Losmodelosteóricospuedenpresentarideas,relacionesy ecuaciones. Losmodelos analógicos plasman lateoríaenrepresentacionesdedosytresdimensiones,esdecir,diagramas,maquetas,etcétera.
MantosuperiorMantoinferior
Núcleoexterno
AtmósferaCortezacontinental
Cortezaoceánica
Núcleointerno
30
secuencia 15
a) ¿Porquéestarepresentaciónesunmodelo?
b) ¿QuécaracterísticasdelSistemaSolarserepresentanconunmodelocomoéste?
c) ¿Se puede entender la estructura del Sistema Solar, a pesar de habereliminadoalgunosdesuscomponentes,comolosasteroidesyloscometas?¿Porqué?
d) ¿CómoseconstruyóestemodelosinoesposibleobservardemaneradirectatodoslosastrosdelSistemaSolar?
3. experiencia c
• Observalafórmulaquerepresentalaenergíapotencialgravitacional:
a) ¿Quérepresentaestemodelo?
b) ¿Quécaracterísticasestánrepresentadasenél?
comparen sus respuestas con las de otros equipos.
• Comentenconsuscompañeros:
1. ¿Cuálessonmodeloscientíficos?Justifiquensurespuesta.
2. ¿Paraquéseempleaunmodelocientífico?
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora que has identificado las características de algunos modelos, responde:
1. ¿Cuál sería el más apropiado para resolver el problema? ¿Por qué?
2. ¿Qué fuentes consultarías para obtener mayor información sobre los papalotes?
2. experiencia B
• ObservalarepresentacióndelSistemaSolar:
Ep=mgh
31
IICIENCIAS
Lo que aprendimosResuelvo el problema“Estás diseñando tu nuevo papalote o cometa y quieres comentar con tus amigos las características que debe tener para que vuele mejor. ¿Cómo podrías describir y representar estas características para compartirlas con otras personas? ¿Sería esta representación un modelo científico? Argumenta tu respuesta”. Para resolver el problema toma en cuenta los siguientes aspectos:
1. ¿Cuálessonlascaracterísticasesencialesquelepermitenaunpapalotevolar?
2. Mencionaalgunascaracterísticasquenosonesencialesparaelvuelodeunpapalote.
3.¿Quétipodemodelovasautilizarparamostrarlascaracterísticasdetupapalote?¿Esunmodelocientífico?Justificaturespuesta.
expongan las descripciones de sus modelos.
• Comenten:
1. ¿Quétipodemodeloemplearon:deobjetos,deprocesosodeconceptos?
2. ¿Todoslosmodelosqueelaboraronrepresentanlascaracterísticasdelospapalotesocometas?Expliquenquélessobraoquélesfalta.
3. ¿Sepuedencomplementarunosmodelosconotros?
Reflexión sobre lo aprendido
Revisa lo que pensabas acerca de los modelos y sus características
al inicio de la secuencia. ¿Hay diferencia entre lo que pensabas y lo
que sabes ahora? Explica tu respuesta.
32
secuencia 15¿Para qué me sirve lo que aprendí?¿Qué pasos seguirías para elaborar un modelo que explique cómo será tu comunidad dentro de 200 años?
1. Describetuprocedimiento.
2. Elaboratumodelo.
comenten sus respuestas.
• ¿Creesquetumodeloseaútilparapredecirloquesucederá?
Lo que podría hacer hoy…el abastecimiento de agua es un problema nacional.
1. Discutecontuscompañeroscuálseríaunaposiblesoluciónparaevitareldesperdiciodeaguadentrodelaescuela.
2. ¿Quétipodemodelousaríanparaexplicarlasoluciónpropuesta?
expongan sus modelos.
• Evalúenlosmodelosqueconsiderenmásviablesparallevarsealapráctica.
33
IICIENCIAS
Para saber más… 1.Meiani,A.(2004).El gran libro de los inventos.México:SEP/PlanetadeAgostini.
2.Owen,M.(2003).Volar.México:SEP/McGraw-Hill.
3. Vancleave, Janice (2002). Astronomía para niños y jóvenes. México: SEP/Limusa:Noriega.
1. Diccionario de Física(2004).Madrid:Oxford-Complutense.
2. Hewitt,P.(1992).Conceptos de Física.México:Limusa-Noriega.
3. MartínR.C. (1996).Enseñanza de las ciencias en Educación Secundaria.Madrid:Rialp.
4. Walker,J.(1990).Física recreativa: La feria ambulante de la Física.México:Noriega.
5. Wood,R.W.(2004).Ciencia creativa y recreativa. Experimentos fáciles para niños y adolescentes.México:McGraw-HillInteramericana.
1. Aguilar,G.,et al.La mecánica de Galileo y Newton.ILCE.5demarzode2007.
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/03/htm/sec_9.html
2. Hacyah,S.Relatividad para principiantes.ILCE.5demarzode2007.
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/03/htm/sec_9.html
34
secuencia 16
Texto introductorio
Para empezarLa Grecia atomista
Lee el texto.
• Antesdelalecturacontesta:¿Cómoestáformadalamateria?
sesión 1
¿De qué está hecha la materia?
Cuando pensamosenladrillos,lamayoríaimaginamoslosobjetosqueseutilizanparaconstruircasasyedificios.Existenladrillosdediferentesclasesymaterialesquepermitenconstruirtodotipodeedificaciones.Talvezentoncestepreguntesquétienenqueverlosladrillosconlaestructuradelamateria.Bueno,losladrillossonparalasconstruccionesloquelosátomossonparalasmoléculasyambos–átomosymoléculas–formantodoloquenosrodea.
ElconceptodeátomoexistedesdelostiemposdelaGreciaAntigua.Demócrito,enelaño400a.deC,hablódelosátomoscomolaspartículasmáspequeñasdelasqueestabaconstituidalamateria.Aestasdiminutaspartículasqueyanopodíandividirseenpartículasmáspequeñaslasllamóátomos,quequieredecirindivisibles.
EnlaregióndelMarEgeodurantelossiglosVyIVa.deC.florecieronlascienciasylasartes.
Turquía
Mar egeo
Grecia
35
IICIENCIAS
Lo que pienso del problemaResponde en tu cuaderno:
1. ¿Quétantosepuededividirunobjeto,comountrozodeladrillo,enpedazoscadavezmáspequeños?Justificaturespuesta.
2. ¿Lamateriaqueconformaelsuelo,elaguayelaireeslamismaquelaqueformaelcuerpodelserhumano?¿Cómolosabes?
3. ¿Puedesverloscomponentesmáspequeñosdelosobjetos?Explica.
4. A partir de lo que se sabe sobre la estructura de la materia, ¿qué característicastendrátumodeloparaexplicarlaspropiedadesdemasayvolumen?
Consideremos lo siguiente…A continuación encontrarás el problema que tendrás que resolver con lo que hayas aprendido durante la secuencia.
Tienes que elaborar para la feria de ciencias de tu escuela un modelo de la estructura de la materia que permita explicar alguna de sus propiedades.
comenten: ¿creen que la comparación entre ladrillos y átomos sea útil para explicar la estructura de la materia?
Ahoraconoceselpapeldelosmodelosenlasciencias.Enestasecuenciacontrastarástusideassobrelaestructuradelamateriaconalgunosdelosmodelosquesehanpropuestoparaexplicarla.Valoraráselprocesodedesarrollodelasexplicacionescientíficassobrelaestructuradelamateria.
36
secuencia 16
Propiedad Material Descripción de su estructura
Dibujo de la estructura que determina la propiedad
Dureza
Porosidad
elasticidad
Divisibilidad
Manos a la obraActividad UNOanalicen algunas propiedades de la materia.
• Realicenlapráctica.
1. Material
a) Dosmaterialesduros.
b) Dosmaterialesporosos.
c) Dosmaterialeselásticos.
d) Dosmaterialesqueconsiderenquesepuedendividirfacilmente.
2. Procedimiento
• Realicenlosiguiente:
a) Seleccionenunmaterialconelquepuedanexplicarcadacaracterísticadelamateria:dureza,porosidad,elasticidad,divisibilidadeimpenetrabilidad.
b) Describan para cada objeto, cómo creen que es la estructura quedeterminacadapropiedad.
c) Elaboren un dibujo en el pizarrón que represente cada explicaciónescrita.
d) Elaborenenelpizarrónunatablaconsusdescripciones.
3. Resultados
• Registrenlosdatosobtenidosenunatablacomolaquesemuestra.
37
IICIENCIAS4. análisis de resultados
• Respondan:
a) ¿Cómosellamanlaspartículasqueconstituyenlosmateriales?
b) ¿Quédiferenciahayentrelaestructuradeunmaterialduroyunocompactoyporoso?
c) ¿Porquéloscuerposdurosnosepuedenpenetrarfácilmente?
d) ¿Porquéalgunosmaterialessepuedenestirar?
5. comunicación
• Elaborenunreportedelaprácticaensuscuadernos.
Dibujen en el pizarrón un modelo de la estructura de la materia.
Dureza.Uncuerpoesmásduroqueotrosilopuederayar.
Porosidad. Unmaterialesmásporosoentantomásespaciostengaentrelaspartículas.
elasticidad. Uncuerpoeselásticosirecuperasuformaoriginaldespuésdesudeformación.
Divisibilidad.Lamateriapuedeserdivididaencuerposmáspequeños.
alta Porosidad
Baja Porosidad
38
secuencia 16
¿De qué está hecha la materia?Para explicarlosfenómenosdelaNaturaleza,cincosiglosa.C.losfilósofosgriegosloscomparabanconsituacionescotidianas,comosisetrataradeobjetosanimados. Paralosgriegos,lafilosofíanaturalestabaestrechamentevinculadaalcambiocontinuo.
Porejemplo,paraTalesdeMiletoelaguaformabatodaslascosas;paraAnaxímenesfueelaireloquedioorigenatodoloquevemos;HeráclitodeÉfesocreíaqueelfuegoeralamateriayfuerzaquedabaorigenatodoelUniverso:“Todocambia,nadaperdura”,decía.Encambio,Empédoclesseñalóquelatierra,elagua,elfuegoyelairefueronelorigendetodocuantoexisteenelUniverso.
Porsuparte,Aristótelesaceptóestaideadeloscuatroelementosypropusounomás,eléter,quejuntoconlatierra,elagua,elaireyelfuegoconstituíantodocuantoexistía.Platón,ensuobraTimeo, asocióacadaunodeloscuatroelementosunpoliedro:alfuegoeltetraedro,alaireeloctaedro,alaguaelicosaedroyalatierraelhexaedroocubo.Enaquellaépocasecreíaposibletransformarunelementoenotro,porejemplo,elplomoenoro,cambiandolacantidaddeelementoocalentándolo.
EnEuropa,durantelaEdadMedia,periodoqueabarcadelsigloValsigloXV,prevalecióelpensamientoaristotélico.YaenelsigloXVII,NewtonpropusoquetodoslosobjetosenelUniversoestabanconstituidosporpartículasocorpúsculosyporespaciovacío.Eraunaextensión,comopuedeapreciarse,delmodeloatómicodeDemócrito,conlaparticularidaddequelos“átomos”interactúanadistancia,esdecir,ejercenfuerzascomolagravitacional,demaneradirectaeinstantáneasobrelasdemáspartículas,contrarioalacreenciadequesóloexistíanfuerzasdecontacto.
Elmodelo corpusculardeNewtonprevalecióhastaelsigloXIX.Estecientíficoinglésllegóaconsiderarinclusoqueobjetosgigantescoscomolosplanetas,objetospequeñoscomounapelotayaunlosquenopodemosverasimplevista,puedenestudiarsecomosifueranpartículasocorpúsculospequeñosycompactos.EstaideadeNewtonllevabaimplícitasuconviccióndequetodosestosobjetostienenalgoencomún:losátomos.
consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como corpúsculo.
Modelogriegodeloscuatroelementos.
Texto de información inicial
Lean el texto.
• Durantelalectura,ponganespecialatenciónenlasteoríassobrelaestructuradelamateria.
Los cuatro elementos de Aristóteles: Supone que toda la
materia está formada por agua, aire, fuego y tierra, y
que los materiales y sustancias son distintos en función
de la proporción de estos elementos.
39
IICIENCIAS
Las ciencias y la comunidad científicaLedecíanelEstagiritaporsulugardeorigen,Estagira.Alos18añossefueaAtenas,dondepor veinte años estuvo en la Academia dePlatón, primero como discípulo y luegoenseñando.
Fue consejero y guía de Alejandro Magno, aquien no quiso acompañar en su expediciónmilitar hacia Asia. A su regreso a AtenasAristóteles fundó su escuela, el Liceo, dondedabasusleccionespaseandoconsusdiscípulosyselespusoelnombrede“peripatéticos”.Estaescuelafueunodeloscentrosdeinvestigacióncientífica más importantes de la antigüedad.Se creó por primera vez una de las másimportantes bibliotecas de los más diversostemas: investigación histórica y obras sobreBiologíayFísica.
ElemperadorAlejandroMagnoconservósiempreungranrespetoporsumaestroincluso,loapoyóeconómicamenteylemandóejemplaresdelafaunaylafloradesuimperioparaqueelmaestrolosestudiara.
Tambiéntratótemasdepolítica.Asegurabaqueparaelbuenfuncionamientodeunaciudad-estadonosóloesnecesariounificarvoluntadeshaciaunmismofin;serequieredeleyessensatasyapropiadasquerespetenlasdiferenciasyeduquenalosciudadanosenlaresponsabilidaddentrodelalibertad.
LafilosofíadeAristóteles,juntoaladePlatón,constituyeellegadomásimportantedelpensamientodelaGreciaantigua.
Aristóteles(Estagira,384-Calcis322a.deC.)
Actividad DOSAristóteles y Newton
identifiquen las similitudes y diferencias de su propia explicación sobre las propiedades de la materia con el modelo griego de los cuatro elementos.
1. Escriban alguna posible explicación sobre las propiedades de la materia según elmodelogriegodeloscuatroelementos.
Propiedad según el modelo griego de los cuatro elementos
Dureza
Porosidad
Divisibilidad
sesión 2
40
secuencia 16
elaboren un modelo o representación gráfica de las propiedades de la materia.
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora reconoces que algunos aspectos del modelo griego de los cuatro
elementos presentan dificultades para elaborar un modelo de la estructura de
la materia. ¿Cuál de ellos tomarías en cuenta para la elaborar tu propio modelo
sobre la estructura de la materia del problema?
2.Expliquensegúnsuspropiaspalabraslassiguientespropiedadesdelamateria.
Propiedad según sus propias palabras
Dureza
Porosidad
Divisibilidad
3. Comparen las explicaciones en cada propiedad. Identifiquen las semejanzas y lasdiferenciasquehayentreambas.
Propiedad semejanzas Diferencias
Dureza
Porosidad
Divisibilidad
Texto de formalización
Para terminarLean el texto. • IdentifiquenlasaportacionesdeDaltonparaexplicarlaestructuradelamateria.
¿Y después del modelo griego?Demócrito y Leucipopropusieronlaprimerateoríaatómicallamada“DiscontinuidaddelaMateria”.Estaconsistíaenquelamateriasepuededividirentrozos,comounapiedraqueserompe,yluegocadatrozopartirseotravezyasí,sucesivamente,hastaobtenerunasdiminutaseindivisibles,alasqueDemócritollamóátomos,lascualesconstituyenalamateria.Así,habíaátomosdehierro,deagua,aire,rocas,etcétera.
41
IICIENCIASEstaprimeraaproximaciónnoseconsideraunateoríacientíficataly
comolaentendemoshoyendía,yaquenoseapoyabaenexperimentosrigurosos.LaprimerapruebasobrelaexistenciadelátomofueencontradaporJohnDaltonaprincipiosdelsigloXIX,yapartirdeahísefueronproponiendodiversosmodelosparaexplicarlaestructuradelamateria.
Actualmenteresultaríacasiimposibleavanzarenelconocimientodelosfenómenosnaturalessinreconoceralosátomosocorpúsculoscomoconstituyentesdelamateria.Básicamente,elmodeloatómicodeDaltonpuederesumirseenlossiguientespostulados:• Loselementosestánconstituidosporátomosquesonpartículas
básicasdelamateria.Sonindivisiblesynopuedensercreadosnidestruidos.
• Losátomosdeunmismoelementosonidénticos,tienenelmismopesoylasmismaspropiedades.
• Losátomosdediferenteselementossecombinanentresíintegrandomoléculasqueformancompuestos.
• Losátomosdeloselementospuedencombinarseparaformarmásdeuncompuesto,dependiendolacantidaddecadauno.
• Cadaátomosecomportacomounaunidadindependientedelasotras.Deestemodo,lalluvia,laspiedras,latierra,nosotrosmismosylasestrellasmáslejanasestamosformados
porpequeñaspartículasllamadasátomos.Dehecho,cadaelemento,porejemplo,zinc,sodioohidrógeno,estáformadoporátomosdeunasolaespecie.
Lo que aprendimosResuelvo el problema“Tienesqueelaborarparalaferiadecienciasdetuescuelaunmodelodelamateriaquepermitaexplicarlaspropiedadesdemasayvolumen.Paraellodeberásdefinir:
1. Eltipodemodeloqueelaborarás.
2. Lascaracterísticasdelamateriaquerepresentarátumodeloyquepermitenexplicarlaspropiedadesdemasayvolumen.”
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora conoces algunos aspectos que te pueden ayudar para
representar la estructura de la materia. ¿Cuál de ellos te sirve
para explicar la masa y el volumen de un cuerpo? Recuerda
que tu respuesta te servirá para resolver el problema.
AlgunossímbolosusadosporDaltonparaidentificarloselementosconocidoshastaentonces.
Hidrógeno Hierro
Azogue Zinc
Carbono Cobre
Oxígeno Plomo
Fósforo Plata
Azufre Oro
Magnesio Platino
Estroncio Mercurio
Vínculo entre secuenciasRecuerda las características de los modelos que se revisaron en la Secuencia 15: ¿Para qué sirven los modelos?
comenten:
1. ¿QuénuevoselementosaportaelmodelodeDaltonparaexplicarlaestructuradelamateria?
2. ¿Cuáleslaimportanciaactualdereconocerlosátomoscomolosconstituyentesbásicosdelamateria?
42
secuencia 16Para resolver el problema responde en tu cuaderno:
1. Delosmodelosrevisadosdurantelasecuencia,¿aquémodeloseparecemáseltuyo?
2. Describecómoexplicatumodelolaspropiedadesescogidas.
comenten:
1. Las diferencias y similitudes entre sus propiosmodelos y losmodelos griego y deNewton.
2. MencionenunejemplodeunapropiedaddelamateriaquenoseexpliquemedianteelmodelodeAristóteles.
Reflexión sobre lo aprendido
Revisa lo que pensabas al inicio de la secuencia respecto a tu modelo para explicar
la estructura de la materia. ¿Existe diferencia entre lo que pensabas y lo que sabes
ahora? Explica tu respuesta. ¿Crees que la analogía entre ladrillos y átomos del
texto introductorio sea útil para explicar la estructura de la materia?
¿Para qué me sirve lo que aprendí?escribe las respuestas en tu cuaderno:
• ¿Cómoimaginasqueestáformadoungranodearenapordentro?
Ahora opino que…explica en tu cuaderno:
1. ¿Cómofueelprocesodecambioenlasexplicacionessobrelaestructuradelamateria?
2. ¿Esteprocesoserásimilareneldesarrollodeotrasideascientíficas?¿Porqué?
Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: La estructura de la materia en la programación de la red satelital edusat.
43
IICIENCIAS
Para saber más…1.Hawking,Stephen(1997).Breve historia del tiempo.Madrid:Alianza.
2.Gallegos,L.(2002).Comparación entre la evolución de los conceptos históricos y las ideas de los estudiantes. El modelo de la estructura de la materia. Tesisdoctoral.UniversidadAutónomadeMéxico.
3. Kuhn, T.S. (1971). La estructura de las revoluciones científicas. Fondo de CulturaEconómica.México.
1.AguilarSahagún,Guillermoet al.La teoría cinética de los gases.1dejuliode2007.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/36/htm/sec_5.html
2. UNAM. La materia: un compuesto. 2 de marzo de 2007. http://www.cienciorama.unam.mx/index.jsp?pagina=materia&catid=108&subcatid=123
44
secuencia 17
Para empezarLee el texto.
• Antes de comenzar la lectura, responde: ¿Por qué existen tantos materialesdistintos?
sesión 1
Texto introductorio
¿Cómo se organiza la materia?
La materia…nohaymaneradenoverla,palparla,sentirla,olerla.Estamoshechos,afindecuentas,demateria.Todoloquenosrodeaes,enúltimainstancia,materia.Haytantasclasesdemateria,contantascaracterísticasdiferentes,queparecieraimposibledescribirlastodas.
Desdepequeñosdescubrimosalgunaspropiedadescomunesatodalamateria,comolamasayelvolumen.Ladensidadeslarelaciónentreambas.Porejemplo,ladensidaddelagualíquidaesdiferentedeladelvapordeagua,yaquelamismamasadeaguaocupavolúmenesdiferentes.
Sibienelconceptodedensidadnosdaunabuenadescripcióndecómoescadamaterial,noessuficienteparaexplicartodassuspropiedadesycomportamientos.Paracomprendermejorlamateriaesnecesarioconocerdequéestáhecha,estoes,cuálessonlaspartículasquelaconstituyenycómoseorganizan.
Lamateriaensusdiferentesformasconstituyeelmundoquenosrodea.
45
IICIENCIAS
Ahora conoces algunos modelos que explican la constitución de la materia. En estasecuencia explicarás algunas características y comportamientos macroscópicos de lamateria, como losestadosdeagregación,apartirde la teoríacinéticadepartículas.Valoraráslaparticipacióndeestateoríaenlaconstruccióndelconocimientocientífico.
Lo que pienso del problemaResponde en tu cuaderno:
1. ¿Porquéunpocodetalcouotropolvosemuevenenlasuperficiedelagua,aunsiestátotalmentequieta?
2. ¿Seapreciaríamovimientoenunlápizsilocolocassobreagua?¿Porqué?
intercambien sus puntos de vista sobre:
• ¿Quéprovocaelmovimientodelaspartículasdetalcoopolvoespolvoreadasenelagua?
Vínculo entre secuenciasRecuerda que los conceptos de densidad, volumen y masa se revisaron en la Secuencia 14: ¿Qué percibimos de las cosas?
Consideremos lo siguiente…a continuación encontrarás el problema que tendrás que resolver con lo que hayas aprendido durante la secuencia.
Cuando añadimos ciertos materiales al agua notamos fenómenos sorprendentes, por ejemplo, que cantidades mínimas de talco, canela o pimienta en polvo, al espolvorearse sobre un poco de agua en total reposo, se mueven apreciablemente.
¿Cómo explicas este hecho desde el punto de vista de la estructura de la materia?
46
secuencia 17
Actividad UNODescriban el fenómeno de difusión en un líquido. Para ello:
• Realicenlasiguientedemostración.
1. Comenten:¿Porquélatintasedifundeenelagua?
2. Vananecesitar:
a) Vasoconagua
b) Gotero
c) Unpocodetinta,colorantevegetaloesenciadevainilla.
3. Realicenloqueseindica:
a) Pidanauncompañerosuparticipación.
b) Solicítenle que agregue dos gotas de tinta,colorante o esencia al agua, sin agitar, yprocurandoqueelaguaestéentotalreposo.
c) Observendetenidamentequépasaconlatintaalestarencontactoconelagua.
4. Intercambiensusopiniones:
a) ¿Por qué creen que no se requiere agitar paraquelatintasedifundaenelagua?
b) ¿Qué indica este fenómeno en cuanto a laestructuradelamateria?
c) Si dejan pasar suficiente tiempo, ¿la tinta sedifundiráporcompletoenelagua?Difusión: Una sustancia se combina con
otra cuando sus moléculas se dispersan
en todas direcciones, y en cualquier
porción del líquido se pueden encontrar
moléculas de ambas sustancias.
nueva destreza empleada
Describir: Reconocer las características, las
propiedades o el funcionamiento de algo: organismos,
objetos y procesos científicos.
Manos a la obra
47
IICIENCIASLas mil formas de la materia
Lean el texto.
• Ponganespecialatenciónenlosestadosdeagregaciónquesedescribenenlalectura.
Texto de información inicial
¿Un mundo de moléculas?Dentro delasmuchasdiferenciasysemejanzasquelosmaterialesysustanciaspuedentenerentresí,hayunaspectoevidente:cuandoaplicamosunafuerzadeformanteauncuerpo,sedeformaenmayoromenorgrado.Haymaterialesqueresistenbienaestasfuerzas.Aotros,encambio,esfácilcomprimirlos.
Larespuestadelosmaterialesantelasfuerzasdeformantesylasfuerzasqueloscomprimenpermiteclasificarlosengrandesgrupos,llamadosestados de agregación.
Tabla 1. algunos estados de agregación de la materia
estado de agregación
Respuesta ante la
deformación
ante la fuerza de deformación, qué pasa con la forma
Respuesta ante la
compresión
ante la compresión, qué
pasa con el volumen
ejemplo
sólido Pocodeformable
Conservalaforma IncompresibleConservael
volumen
Líquido DeformableTomalaformadelrecipientequelo
contieneIncompresible
Conservaelvolumen
Gaseoso Muydeformable
Tomalaformadelrecipientequelo
contiene
Muycompresible
Elvolumendisminuyeperosiempreocupatodoelespacio
disponible
48
secuencia 17Losestadossólido,líquidoygaseososonlostresestadosdeagregacióndelamateriamáscomunesyfácilesdeidentificaranuestroalrededor.Loslíquidosylosgasestienenlapropiedaddefluir,esdecir,anteunamínimafuerzaqueselesaplique,porcionesdeellossedesplazansobrelasporcionesrestantesdelmaterial.Porelloselesllamagenéricamentefluidos.
Laexplicaciónparaestosfenómenosesquelamateriadebeestarformadadepequeñasfracciones,seccionesopartículas,yaquesifuesealgocontinuo,noseríaposibledeformarlanicomprimirla,pormuygrandequefueselafuerzaaplicada.Sóloconsiderandopartículasmaterialesyespaciosvacíospodemosexplicarestecomportamiento.
Lapartículamaterialmáspequeñaquedefinelascaracterísticasdeciertassustanciaseslamolécula.Lasmoléculassecomponendeotraspartículasaúnmáspequeñas:losátomos.Podemosdarnosunaideadesutamañoconsiderandoquehaybillonesdeellosenunasolapartículadepolvo.Nuestromundoes,enefecto,unmundodepartículas–átomosomoléculas–queseorganizandemuchasmaneras,produciendocomoresultadolaasombrosavariedaddelamateria,asíseaennuestroorganismooenlagalaxiamásremota.
Estado de agregación: Conjunto de
características de la materia
relacionadas con la manera en que sus
partículas están acomodadas o
agregadas.
en su cuaderno:
1. Mencionencincoejemplosde:
a) Sólidos
b) Líquidos
c) Gases
2. Para cada ejemplo, describan qué tandeformableycompresiblees.
comenten:
1. ¿Porquéungasnoconservasuforma?
2. ¿Quépasaríasiunasillaoloscimientosdeunedificionofueransólidos?
49
IICIENCIAS
Actividad DOSLas moléculas se organizan
construyan un modelo de los estados de agregación de la materia.
• Realicenlapráctica.Paraello:
i. Formentresequipos.
ii. Cadaunorealizaráunaexperiencia.
1. Material
a) 27pelotitasdeunicelde1a2cmdediámetro.
b) Paquetede50palillosdemadera.
c) Recipientedeplásticode3a4litrosdecapacidad.
d) Recipientedeplásticode10a20litrosdecapacidad.
e) Dosbolsasdeplásticotransparentedediferentetamaño.
f) Cordel,hilooalambredelgadoparaamarrarlasbolsas.
g) Globogrande.
2. Procedimiento
experiencia a: el comportamiento de las moléculas en los gases
a) Inflenelgloboligeramente.
b) Observenlaformaqueadoptaelaireenelinteriordelglobo.
c) Oprimanelgloboconlasmanos.
d) Observensielairequecontienecambiadeforma.
e) Vacíentodaslaspelotitasdeunicelenlabolsademenortamaño.
f) Inflenlabolsaconlaspelotitasdelamismamaneraqueloharíanconunglobo.
g) Amarrenlabolsa.
h) Agítenlaenérgicamente.
i) Observencómosemuevenlaspelotitasyquétantoespacioocupan.
j) Repitanlospasoseaiconlabolsagrande.
k) Anotensusobservaciones.
50
secuencia 17experiencia B: el comportamiento de las moléculas en los líquidos
a) Vacíentodaslapelotitasdeunicelenelrecipientede3a4litros.
b) Muevanconsuavidadyencírculoselrecipienteopalangana.
c) Observencómosemuevenlaspelotitas.
d) Vacíenlaspelotitasenlacubetayrepitanelpasob.
experiencia c: el comportamiento de las moléculas en los sólidos
a) Poniendomuchocuidadodenoherirse,unancon lospalillos9pelotitasdeunicel,detalmaneraquepuedanarmaruncuadradocon3pelotitasporlado,comoelquesemuestraenlafigura.
b) Armenotrosdoscuadradosde3x3.
c) Tomencadacuadradodepelotitasyúnanlosconpalillosconlosotroscuadrados,demodoquepuedanarmaruncuboconlas27pelotitas,comosemuestraenlafigura.
d) Metanelbloquedepelotitasenlapalanganaorecipiente.
e) Agitenelrecipientedevariasmaneras.
f) Observenatentamentecómosemuevenlaspelotitasunidasporpalillos.
g) Coloquenelbloquedepelotitasenlacubetayrepitanelpasof.
51
IICIENCIAS3. Resultados
a) Registrensusobservacionesalcompletarunatablacomolaquesemuestra.
b) Llamaremoscontenedoraaquelloquecontuvolaspelotitasencualquieradeloscasos,yaseanlasbolsas,elrecipiente,palanganaocubeta.
experiencia¿cómo fue el
movimiento de las pelotitas?
¿Qué sucede con la forma del conjunto de pelotitas al cambiarlas de contenedor?
¿Qué sucede con el volumen del conjunto de pelotitas al
cambiarlas de contenedor?
a
B
c
c) Tomennotadelosresultadosobtenidosporlosdemásequipos.
4. análisis de resultados
• Contestenlassiguientespreguntas:
a) ¿En cuál caso el conjunto de pelotitas modificó tanto su forma como suvolumenalpasardeuncontenedoraotro?Expliquen.
b) ¿Quépasóconlaformadelairedentrodelglobocuandolooprimieron?
c) ¿En cuál caso el conjunto de pelotitas conservó tanto su forma como suvolumenalpasardeunrecipienteaotro?
d) ¿Encuálconservósólolaforma?
e) ¿Encuálconservósólosuvolumen?
f) ¿Quéestadodeagregacióndelamateriaseestaríarepresentandoencadacaso?
g) ¿Encuáldeloscasospodríamosmeteratodaslaspelotitasenuncontenedorcadavezmásymáspequeño?
h) Cuandolaspelotitassepasanauncontenedordediferentetamaño,¿cómocambialadensidaddelmaterial?Fundamentensurespuesta.
5. comunicación
• Elaborenunreportedelaprácticaensuscuadernos.
Hagan en el pizarrón un mapa conceptual de las características de los tres estados principales de agregación de la materia.
• Comentenlautilidaddelosmodelospararepresentarlosestadosdeagregacióndelamateria.
52
secuencia 17
Para terminarLean el texto.
• Ponganatenciónenlosefectosdelaenergíacinéticaenlosdistintosestadosdelamateria.
Texto de formalización
sesión 2
Reflexión sobre lo aprendido
En los modelos de la actividad anterior, ¿en cuál de los estados de
agregación las pelotitas pueden moverse con mayor facilidad? ¿En qué
te ayuda esto para resolver el problema?
¿Muchas moléculas y muy movidas?Las moléculas,quesoncomolosladrillosqueconformantodaslascosas,semuevencontinuamente.Aestaconclusiónllegamosnecesariamentecuandoobservamosfenómenoscomolossiguientes:
• Sidejamosguayabas,mangosoplátanosenunahabitacióncerradadurantealgúntiempo,alregresarnotaremoselolorcaracterísticodeesafrutaesparcidoenelaire.
• Siagregamos,sinagitar,unasgotasdeesenciadevainillaaunvasodeleche,despuésdeunratoveremosquelalecheadquirióuntonoligeramenteamarillo,ademásdelolorysabordelavainilla.
Nadadeestoocurriríasilasmoléculaspermanecieranquietas.Aunquepequeñísimas,nopodemosolvidarqueson,afindecuentas,materia,ycomotalestánsujetasalasleyesdeNewtondelmovimiento.Llevanasociadaciertacantidaddeenergíamecánica.Laenergíamecánicaeslasumadelaenergíacinéticaylapotencial.Todaslasmoléculastienen,porelsólohechodemoverse,ciertaenergíacinética.Laenergíacinéticaestárelacionadaestrechamenteconlavelocidaddelasmoléculas;amayorvelocidad,muchomayorenergíacinética.Laenergíapotencialdelasmoléculasprovienedelainteracciónconlasmoléculasvecinas.
53
IICIENCIAS
Lacantidadrelativadeunauotraformadeenergíaestámuyrelacionadaconelestadodeagregación.Lateoría cinética molecularsebasaenlasleyesdeNewtondelmovimiento.Fuedesarrolladaporvarios
científicos,comoelsuizoDanielBernoulli,quienpostulóquelosgasessonpartículasquesemuevenentodasdirecciones.Posteriormente,elfísicoaustriacoLudwigBoltzmannexplicólaspropiedadesmacroscópicasdelosgasesapartirdeunadescripciónestadísticadelmovimientodelaspartículas.
Unodelosefectossorprendentesdeestemovimientomolecularperpetuoeselmovimiento browniano, llamadoasíenhonordelbotánicoescocésRobertBrown,quiendescubrióquepequeñosfragmentosdemateria,perceptiblesasimplevista,comopartículasdepolvoopolen,semuevencontinuamenteendireccionesaleatoriascuandoestáninmersosenunlíquidoogas,debidoaquesongolpeadosincesantementeporlasmoléculasdelfluido.
Aleatorio: Suceso o
resultado incierto,
que ocurre al azar.
Silasmoléculasdeuncuerpotienenmásenergíapotencialquecinética,sumovimientoserámuylimitado,ysólovibranentornoaunaposicióndeequilibrio.Enesecaso,formaránuncuerposólido.Silaenergíacinéticaesmásomenoslamismaquelapotencial,hablaremosdeunlíquido.Cuandolaenergíacinéticaesmuchomayorquelapotencial,setratarádeungas.Lateoríacinéticaexplicalosestadosdeagregacióndelamateria.
consulta tu diccionario para encontrar el significado de palabras como estadística.
Lateoríacinéticaexplicaelmovimientobrownianodeunapartículaligera,comopolvo,polenotalco,cuando,acausadeloschoquesconlasmoléculasdelfluidoenelqueestáinmersa,recorretrayectoriaszigzagueantes.
54
secuencia 17contesten en su cuaderno:
1. Enunvolumendado,¿encuáldelos tres estados de agregaciónhabrámásmoléculas?¿Porqué?
2. ¿Existeunestadodeagregaciónenelquelasmoléculasesténenreposo?Argumentensurespuesta.
comenten:
• Desde el punto de vista de lateoríacinéticamolecular,¿cómoexplican el movimiento de laspartículasdepolvoenelaire?
Elairequecomponelaatmósferaterrestrecontienemoléculasdevariosgases,ytodasellassemuevenconstantemente.
Lo que aprendimosResuelvo el problema“Cuandoañadimosciertosmaterialesalaguanotamosfenómenossorprendentes, como que cantidades mínimas de talco, canela opimientaenpolvo,alespolvorearsesobreunpocodeaguaentotalreposo,semuevenapreciablemente.
¿Cómoexplicasestehechodesdeelpuntodevistadelaestructuradelamateria?”.
escribe la solución al problema en tu cuaderno.
• Toma en cuenta el siguiente aspecto: ¿Qué relación tiene elmovimiento de las moléculas de un fluido con el movimientoobservadoenlaspartículasespolvoreadasenelagua?
Reflexión sobre lo aprendido
Revisa lo que pensabas al inicio de la secuencia acerca de los
estados de agregación de la materia, y el movimiento de las
moléculas ¿Hay alguna diferencia entre lo que pensabas y lo
que sabes ahora? Explica tu respuesta.
Vínculo entre secuenciasRecuerda que las fuerzas electromagnéticas se mencionan en la secuencia 6: ¿Por qué cambia el movimiento?
Los choques elásticos se analizaron en la secuencia 8: ¿Cuáles son las causas del movimiento?
Para recordar los conceptos de energía cinética y potencial, revisa la secuencia 11: ¿Quién inventó la Montaña Rusa?
Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Cómo se organiza la materia? en la programación de la red satelital edusat.
55
IICIENCIAS
¿Para qué me sirve lo que aprendí?el conocimiento de los estados de agregación de la materia es fundamental para la fabricación y empleo de muchos materiales que utilizamos con frecuencia.
1.Elabora una lista de cuatro objetos y sustancias quesuelasutilizarenundía.
2.¿Quépasaríasitodosellosestuvieranenunestadodeagregacióndiferente?
Ahora opino que… La teoría cinética molecular representó un gran avance en la comprensión del comportamiento de la materia, y permitió explicar diversas propiedades macroscópicas de la misma, como los estados de agregación.
1.¿Cómoexplicaríaslatransferenciadecargaeléctricadeuncuerpoaotroapartirdelateoríacinética?
2. ¿Qué limitaciones consideras que tiene la teoríacinética?
3.¿Losmodelosy lasteoríascientíficassonexplicacionesdefinitivasde losfenómenosnaturales?Argumentaturespuesta.
Para saber más…1. Diccionario de Física(2004).Madrid:Oxford-Complutense.
2. Allier,RosalíaA.et al.(2005).La Magia de la Física.TercerGrado.México:McGraw-Hill.
3. Félix,Alejandroet al.(2001).Lecciones de Física.México:CECSA.
1. García-Colín,Leopoldo.Y sin embargo se mueven.ILCE.7demarzode2007.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/36/htm/ysin.html
2. Morcillo,JuanG.ImágenesderocasenlaTierra.PortaldeCienciasExperimentales.UniversidadComplutensedeMadrid.5demarzode2007.http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.htm
3. M.A.Gómez.Movimiento browniano.Elrincóndelaciencia.IES.VictoriaKent.Madrid,España.5dejuniode2007.http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Practica/pr-52/PR-52.htm
4. Braun,Eliezer.Un movimiento en zig-zag.ILCE.7dejuniode2007.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/13/htm/sec_4.html
56
secuencia 18
Texto introductorio
Para empezarLean el texto.
• Antesdelalectura,respondan:¿Enquéocasionesserequieremedirlatemperatura?
sesión 1
¿Hace calor?
En el siglo XVI,sepodíasentirqueundíaeramáscalurosoqueelanterior,peronadieeracapazdeprecisarquétantomás.Lomismoocurríacuandounmédicoqueríasabersielpacienteteníafiebre;selimitabaapalparsupropiafrenteyladelenfermo.Latemperaturasedefiníaexclusivamentecomolasensacióndefríoocalientesegúnsepercibeconlossentidos.
Nuestravidadiarianoseríalamismasinofuéramoscapacesdemedirconprecisiónlatemperatura.Porejemplo,laindustriafarmacéuticanecesitacontrolarlosprocesosquesellevanacaboparalacreacióndelasmedicinas,yparaesto,saberaquétemperaturahayquecalentarunasustanciaparaquetengadeterminadaspropiedades.Lomismoocurreconlacríadepollos:esconvenientequeesténenunlugarconunatemperaturacontroladaparaquecrezcandelamejormanera.
Tambiénesimportantemedirlatemperaturaparasabercómoconservarmejorlosalimentos;entendermejorlosprocesosbiológicos,físicosoquímicosqueocurrenenlanaturaleza;activarlosmecanismosdeenfriamientoenunmotoralllegaraciertatemperatura,etcétera.Enfin,sonmuchaslassituacionesenlasquelamedicióndelatemperaturaesfundamental.
Ahorasabescómoestáformadalamateriadeacuerdoconlateoríacinética.Enestasecuenciarelacionaráselmovimientodelasmoléculasconlatemperaturayvaloraráslaimportanciademedirlaconprecisión.
Consideremos lo siguiente…A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.
Cuando hace mucho frío en la noche necesitas cubrirte con más cobijas. ¿Por qué? ¿Las cobijas nos dan calor? Justifica tu respuesta.
Enunhospitalesnecesariomedirlatemperaturapuesparaquelasangreseconserveenbuenascondicionesdebemantenersea4°C.
57
IICIENCIAS
Lo que pienso del problemaResuelve en tu cuaderno:
1. Cuando tienes fiebre, la temperatura de tu cuerpo aumenta. ¿Siempre “tienestemperatura”osólocuandoestásenfermo?
2. Enunanochefría,¿esmayorlatemperaturadetucuerpooladeunacobija?
3. ¿Lascobijasnosdancalor?¿Porqué?
4. ¿Existediferenciaentrecalorytemperatura?Explica.
Manos a la obraActividad UNOcomparen mediciones de temperatura. Para ello:
1. Comenten:¿Podemosusarnuestrossentidosparasabersialgoestácaliente?
2.Vananecesitar:
a) Tresrecipientes(puedenservasos,ollaspequeñasuotros).
b) Termómetro
3.Realicenlosiguiente:
a) Llenen uno de los recipientes con agua caliente, otro conaguafríayotroconaguatibia.
b) Coloquenunadesusmanosenelaguacalienteylaotraenelaguafría.
c) Dejen las manos sumergidas dentro de los recipientes almenosunminuto.
d) Introduzcandespuéslasdosmanosenelaguatemplada.
e) Midanconuntermómetrolatemperaturadelaguatibia.
4. Contestenensucuaderno:
a) ¿Aquétemperaturaseencontrabaelaguatibia?
b) ¿Sintieronelaguatempladaalamismatemperaturaconlasdosmanos?Describanloquesintieron.
intercambien sus opiniones sobre:
1. ¿Porquéelaguatempladasesientemáscalienteenunamanoqueenotra?
2. ¿Nuestros sentidos miden con precisión la temperatura?Expliquen.
58
secuencia 18Termómetro
Lean el texto.
• Durante la lectura, pongan atención a las diferentes escalas que se utilizan paramedirlatemperatura.
Texto de información inicial
¿Cómo se mide la temperatura?Para medirlatemperaturaseusauntermómetro.Esteinstrumentodemediciónsebasaenladilatacióntérmica:cuandolosmaterialessecalientan,seincrementaelvolumenqueocupan.Unasituacióncotidianaenlaqueesposibleobservarladilatacióntérmicaescuandoponemoslalecheacalentar;alrecibircalor,aumentaelvolumenqueocupa,poresosubeelniveldelalecheenlacacerola,einclusopuedellegaraderramarse.
Casitodoslosmaterialesseexpandenalcalentarse.Elmercurio,cambiaapreciablementesuvolumenconpequeñasvariacionesenlatemperaturayporestemotivoseutilizaenlostermómetros.
Paraelaboraruntermómetro,seencierraunapequeñacantidaddemercurioenuntubocapilardevidrio.Alponerencontactoeltermómetroconuncuerpoamayortemperatura,ladilatacióndelmercurioprovocaquesubalacolumnadellíquido.Lalongituddelacolumnasepuedeentoncesrelacionarconlatemperatura.Paraelloseasignanvaloresnuméricosarbitrariosadistintaslongitudesdelcapilardemercurio.
Existenvariasescalasparamedirlatemperatura,comolaCelsius,laFahrenheitylaKelvin.EnlaescalaCelsius,elnúmeroceroseleasignaalatemperaturaenlaqueelaguasecongelayel100alatemperaturadeebullicióndelagua.SellamaasíenhonoraAndersCelsius,elastrónomosuecoquepropusoestaescala.LaescalaFahrenheitasignaelvalorde32alatemperaturaalaquesecongelaelaguay212alatemperaturaalaquehierve.Seledioesenombreenhonoralcreadordelostermómetros,DanielGabrielFahrenheit.EnlasCienciasseusalaescalaabsolutaodeKelvin.
Diferentesescalasparamedirlatemperatura.
Escala Kelvin Escala FahrenheitEscala Celsius
212˚F
176˚F
140˚F
104˚F
68˚F
32˚F
-4˚F
-40˚F
-76˚F
-112˚F
-148˚F
373.15K
353.15K
333.15K
313.15K
293.15K
273.15K
253.15K
233.15K
213.15K
193.15K
173.15K
100˚C
80˚C
60˚C
40˚C
200˚C
0˚C
-20˚C
-40˚C
-60˚C
-80˚C
-100˚C
Temperaturade evaporación
del agua
Temperaturade solidificación
del agua
59
IICIENCIASRespondan es sus cuadernos:
1. ¿Cuáleslaventajadeutilizarmercurioenlostermómetros?
2. Deacuerdoconlafigura¿acuántoequivalen200°CenK?
Actividad DOSMovimiento de las moléculas
Relacionen la temperatura con el movimiento de las moléculas.
1. Observenconatenciónlasiguientefiguraquerepresentalasmoléculasdeungasadiferentestemperaturasyseparadasporunabarrera.
Vínculo entre secuenciasPara recordar el concepto de vector revisa la Secuencia 7: ¿Por qué se mueven las cosas?
Elcuadroconfondorosarepresentaungasamayortemperaturayelfondoazulrepresentaungasatemperaturamenor.Cuandosequitalabarreraquelossepara,losgasessemezclan.
2. Comenten:
a) ¿Quérepresentanlasflechasaunladodecadaunadelasmoléculas?
b) ¿Quéformadeenergíaestárelacionadaconlarapidezdeunamolécula?
c) ¿Enquécasolasmoléculassemuevenmásrápidootienenmásenergíacinética:cuandoelgasestáamayoroamenortemperatura?
d) Imaginenquelasmoléculassoncomopelotasdetenisrebotandodeunladoaotro.Cuandosequitalabarrera,unapelotaquevamuyrápidochocaconunaquevamáslento.¿Quépasaríaconlarapidezdecadaunadelaspelotas?
e) ¿Quépasacuandolasmoléculasdelgasqueestánamayortemperaturaempiezanachocarconlasqueestánaunatemperaturamenor?
f) ¿Quéocurreconlatemperaturadelamezcladegasesdespuésdequitarlabarrera?Expliquenlosucedidoentérminosdeloschoquesdelasmoléculasylaenergíacinética.
nueva destreza empleada
Relacionar:Establecervínculosolazosentre
objetos,organismos,conceptos,situaciones,
etcétera;apartirdelconocimientoquese
poseesobresuspropiedades,usosyfunciones.
sesión 2
BarreraGasatemperaturaalta,con
unaenergíacinéticamediaelevada.Gasatemperaturabaja,con
unaenergíacinéticamediareducida.
Losgasessemezclan:ahoraambostienenlamismaenergíacinéticamediayestánalamismatemperatura(temperaturadeequilibrio).
Seretiralabarrera
60
secuencia 18
Actividad TRESidentifiquen el sentido de la transferencia de calor. Para ello:
• Antesde laactividad, comenten lo siguiente: ¿El calor se transfieredeuncuerpocalienteaunofríoo,porelcontrario,deunofríoaunocaliente?
1. Material
a) Tresrecipientes(comovasosuollaspequeñas).
b) Termómetrodemercurio,clínicoocientífico.
c) 250ml deaguacaliente.
d) 250ml deaguafría.
2. Procedimiento
a) Viertan250mldeaguaenlaolla.
b) Caliéntenlahastaquealcanceunatemperaturade35°C.¡Tenganmuchocuidadoalmanipulareltermómetroylosrecipientescalientes!
c) Viertan250mldeaguafríaenunvaso.
d) Midanlatemperaturadelaguafría.
e) Mezclenelaguacalienteyelaguafríaeneltercerrecipiente.
f) Midanlatemperaturadelamezcla.
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora ya sabes que la temperatura está relacionada con el movimiento
de las moléculas de un cuerpo. ¿Cómo será el movimiento de las
moléculas del aire cuando la temperatura es baja, y cómo será cuando
la temperatura es alta? Justifica tu respuesta.
Recuerda que tu respuesta te ayudará a resolver el problema.
61
IICIENCIAS3. Resultados
• Completenlatablaensucuaderno:
Temperatura agua caliente agua fría
inicial: Ti
Final (mezcla): Tf
cambio de temperatura: Tf -Ti
4. análisis de resultados
a) ¿Cuál fue el cambio de temperatura para el agua fría? Hagan la resta de latemperaturafinalmenoslainicial.
b) ¿Cuálfueelcambiodetemperaturaparaelaguacaliente?
5. comunicación
• Elaborenunreportedelaprácticaensuscuadernos.
comenten:
1. ¿Porquéaumentólatemperaturadelaguafría?Explíquenloentérminosdelateoríacinética.
2. ¿Cómointerpretanelsignonegativoenelvalordelcambiodetemperaturadelaguacaliente?
3. ¿Elcalorsetransfieredeuncuerpocalienteaunofrío,oviceversa?
Vínculo entre secuenciasPara revisar las formas en las que se manifiesta la energía revisa la Secuencia 10: ¿Cómo se utiliza la energía?
Reflexión sobre lo aprendido
Ahora ya sabes que la temperatura es proporcional a la energía
de las moléculas del sistema. También comprobaste que el calor
cambia la temperatura de un cuerpo. En consecuencia, el calor
debe ser una forma más de energía. Utiliza este conocimiento
para explicar cómo es la transferencia de energía entre tu cuerpo
y el viento, en una noche fría.
Recuerda que tu respuesta te servirá para responder el problema.
62
secuencia 18
Actividad CUATRODescriban formas de aumentar la temperatura de un sistema.
1.Contesten:¿Quésucedeconlatemperaturadelaguafríasiseagitalabotellaquelacontiene?
2.Vananecesitar:
a)Botelladeplásticode500mlcontapa
b) 300mldeagua
c) Termómetrodemercurio
d) Trapo
3.Realicenlosiguiente:
a) Coloquen300mldeaguafríaenlabotella.
b) Midanlatemperaturadelaguayajustenlatapa.
c) Cubrancompletamentelabotellaconuntrapo.
d) Agítenlavigorosamentedurante10minutos.
e) Midanlatemperaturadelagua.
4.Comenten:
a) ¿Ocurrióloquepensabanconlatemperaturadelagua?Expliquen.
b) ¿Qué forma de energía está relacionada con elmovimiento?
intercambien sus opiniones:
• ¿Conquémecanismossepuedeaumentarlatemperaturadeunsistema?
sesión 3
63
IICIENCIAS
¿Es lo mismo calor que temperatura?La teoríacinéticamolecularexplicóloquesignificalatemperaturadeunsistema.Enunsistemacontemperaturaalta,lasmoléculasseestánmoviendorápidamentealazarendiferentesdirecciones,mientrasqueabajatemperaturalasmoléculaslohacenmáslentamente.Latemperaturareflejaelpromediodelaenergíacinéticadelasmoléculasdeuncuerpo.Silatemperaturaesalta,lasmoléculas,enpromedio,semuevenmásrápido.
Sehadiseñadounaescalaparamedirtemperatura,laescala absolutaoKelvin,enlaqueelceroabsolutocorrespondeaunasituaciónenlaquelasmoléculasestaríancompletamentequietas.EstonoesposibleenningúnlugardelUniverso:seconsideraqueelespacioexteriortieneunatemperaturaaproximadade3Kporencimadelceroabsoluto,loquecorrespondeaunatemperaturade-270ºC.
Entonces,silatemperaturaesproporcionalalaenergíadelasmoléculasysabemosqueelcalorcambialatemperatura,enconsecuencia,elcalordebeserunaformamásdeenergía:laenergíatransferidaentredoscuerposdebidoaqueestánadiferentestemperaturas.
Lateoríacinéticailustróelprocesodetransferenciadecalor:cuandoseponendossistemascondiferentetemperaturaencontacto,lasmoléculasdelsistemaquetienemayortemperaturatransfierenenergíacinéticaalchocarconlasmoléculasdelsistemacuyatemperaturaesmenor.Cuando,enpromedio,lasmoléculasdelosdossistemastienenunaenergíasimilar,sedicequealcanzaronelequilibriotérmicoy,pordefinición,lamismatemperatura.
Puestoqueelcaloresunaformadeenergía,debecumplirsetambiénelPrincipiodeConservacióndelaEnergía.Siexistetransferenciadeenergíaentredoscuerpos,elcalorquerecibeuncuerpoeselmismoquecedeelotro.Aunqueenellenguajecotidianosueledecirse“¡tengocalor!”,esincorrectodesdeelpuntodevistadelaFísica:elcaloresenergíaentránsito,asíquenopuede“poseerse”.
Enundíacaluroso,deberíamosexclamar:“¡Quétemperaturaambientaltanalta!”.
Texto de formalización
Vínculo entre secuenciasPara recordar en qué unidades se mide la energía, repasa la Secuencia 11: ¿Quién inventó la montaña rusa?
Vínculo entre secuenciasPara recordar el Principio de conservación de la energía, revisa la Secuencia 10: ¿Cómo se utiliza la energía?
Para terminar…¿Es lo mismo calor que temperatura?
Lean el texto.
• Durantelalecturasubrayenlasideasprincipales.
Siemprequeexisteunadiferenciadetemperaturaentreobjetos,vaaexistirunatransferenciadeenergíaenformadecalor.
-20°c80°c calor 0°c calor
64
secuencia 18
Sabías que…Laconduccióneslatransferenciadecalorqueexisteentredoscuerposqueestánencontactoyqueseencuentranadiferentestemperaturas.Unejemploescuandosirveselcafécalienteenunataza:altocarla,sesientecaliente.
Otraformadetransferirelcaloresporconvección.Cuandoenciendesunavela,porejemplo,elairealrededordelaflamasecalienta,yseexpandealigualqueelmercurio;porlotanto,sudensidaddisminuyey,comoelairecalienteasciende,obligaalairefríoabajar,elcual,asuvez,alestarmáscercadelaflama,secalienta.Esteciclodalugaraunacontinua circulación de aire en la que se transfiere el calor a lasregionesfrías.
Todoslosmaterialesoponenresistencia,enmayoromenormedida,alatransferenciadecalor.Losmaterialesquepresentanunaresistenciaalta son llamados aislantes térmicos. Un ejemplo de este tipo dematerialeseselaire.Sinembargo,debidoalfenómenodeconvección,elairepuedetransferircalorconfacilidad.Porestarazónsesuelenusarcomoaislantestérmicosmaterialesporososofibrosos,quesoncapacesdeinmovilizarelaireconfinadoensuinterior.Deestamanerasedificultalatransferenciaporconvección,ademásdelatransferenciaporconducción.
Comoelcalorsetransfieredebidoalchoquedemoléculas,elmejoraislantetérmicoeselvacío,esdecir,unmedioqueprácticamentenotengamoléculasyqueporlotantonotransfieraelcalorniporconducciónniporconvección.Asífuncionanlostermos,poresopuedenmantenerelcafécalientepormuchotiempo.
comenten:
1. ¿Quéeslatemperatura?
2. Si dos cuerpos están a la misma temperatura, ¿existe intercambio de calor?¿Porqué?
3. Sielcaloresunaformadeenergía,¿enquéunidadessemide?
4. EnelexperimentodelaActividadTRES,¿secumpleelPrincipiodeConservacióndelaEnergía?Expliquen.
65
IICIENCIAS
Reflexión sobre lo aprendido
Revisa lo que pensabas al inicio y al final de la
secuencia sobre si una cobija te “da” calor. ¿Cambió
lo que pensabas? Explica tu respuesta.
Lo que aprendimosResuelvo el problema“Cuandohacemuchofríoenlanochenecesitascubrirteconmáscobijas.¿Porqué?¿Lascobijasnos‘dan’calor?Justificaturespuesta.”
Responde el problema en tu cuaderno. Para ello:
1. Reflexiona:Cuandoacabasdetomarunacobijaocuandotemetesalacama,¿enesemomentolasientescalienteohastaquellevasunratitoadentroytapado?
2. Latemperaturadetucuerpoesaproximadamentede36°C.¿Quétemperaturatendrálacobijasielairedelahabitaciónestáa15°C?Explica.
3. Recuerda que hay transferencia de calor cuando existe una diferencia entre lastemperaturasdedoscuerpos.Entonces,sialacostartetutemperaturaesmayorqueladelacobija,¿enquésentidoseproducelatransferenciadecalorcuandotetapasconella?
4. ¿Sinotetaparasconlacobijatransmitiríasmásomenoscaloralaire?Explica.
5. Mencionalasformasenquetucuerpotransmitecalorenunanochefría.Justificaturespuesta
6. ¿Es correcto desde el punto de vista físico decir que las cobijas nos “dan” calor?Explica.
7. ¿Quématerialutilizaríasparataparte,unedredóndeplumasounabolsadeplástico?¿Porqué?
Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Calor y temperatura en la programación de la red satelital edusat.
66
secuencia 18
Ahora opino que…La temperatura a nuestro alrededor hace posible la vida en la Tierra. En otros lugares, como en el planeta Mercurio, las temperaturas varían entre 180°C y 427°C.
• Contestaentucuaderno:
1. ¿CreesqueexistavidaenMercurio?¿Porqué?Justificaturespuestautilizandolaideadetemperatura.
2. ¿QuépuedepasarconlavidaenlaTierrasicontinúaelcalentamientoglobal?¿Porqué?
¿Para qué me sirve lo que aprendí?Vas a ir a una fiesta y quieres pintar tus pantalones favoritos de negro. Si el tinte que usas es un polvo ¿qué harías para que se disolviera más rápido en agua? ¿Utilizarías agua tibia o fría? ¿Por qué?
67
IICIENCIAS
Para saber más… 1. Gasca,Joaquín(2003).Fuerzas físicas. México:SEP/EdicionesCulturales
Internacionales.
1. Biblioteca de la ciencia ilustrada (2002).México:FernándezEditores.
2. Diccionario de física(2004).Madrid:Oxford-Complutense.
1. Hermans-Killam,LindayDorisDau.14deoctubrede2001.¿Cómo viaja el calor?IPAC/NASA.5demarzode2007.http://www.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/transfer_sp13oct01.html
2. Hermans-Killam,LindayDorisDau.8deseptiembrede2001.¿Qué es el calor y cómo se produce?IPAC/NASA.5demarzode2007.http://www.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/heat_sp_06sep01.html
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